МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный технический университет»
Факультет технологии пищевых производств
Кафедра технологии пищевых производств
КОНТРОЛЬНАЯ СЕМЕСТРОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Биотехнология продуктов питания из сырья животного происхождения»
на тему:
«ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОНЦЕНТРАТОВ СЫВОРОТОЧНЫХ БЕЛКОВ В ТЕХНОЛОГИИ ПРОДУКТОВ ДЕТСКОГО И СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ»
Выполнила:
студентка группы ППМ-1
Проверила:
ст. преподаватель кафедры ТПП
Волгоград, 2017
Содержание
Введение……………………………………………………………………...3
1 Понятие о концентратах сывороточных белков…………………………4
2 Технология производства КСБ…………………………………………...5
3 Физико-химические характеристики КСБ……………………………….7
3.1 Растворимость…………………………………………………………7
3.2 Вязкость………………………………………………………………..8
3.3 Гелеобразование………………………………………………………8
3.4 Диспергируемость…………………………………………………….8
4 Применение КСБ…………………………………………………………..9
4.1 В молочной промышленности……………………………………….9
4.2 В составе продуктов лечебно-профилактического питания……...10
4.3 В детском питании…………………………………………………..10
4.4 В спортивном питании………………………………………………11
4.5 В других отраслях…………………………………………………...11
Заключение…………………………………………………………………12
Список использованных источников……………………………………..13
Приложения………………………………………………………………...15
Введение
Применение белоксодержащих добавок животного и растительного происхождения, а так же белковых препаратов, позволяет: нормализовать общехимический и аминокислотный состав; компенсировать отклонения в функционально-технологических свойствах; обеспечить вовлечение в производство пищевых продуктов побочных видов белоксодержащего сырья; улучшить качественные характеристики готовой продукции, снизить себестоимость вырабатываемой продукции. В последние годы во многих странах наблюдается увеличение производства молочно-белковых концентратов (МБК): казеина, казеинатов, копреципитатов и концентратов сывороточных белков (выделенных из сыворотки методом ультрафильтрации). Молочно-белковые концентраты широко используют в качестве белковых добавок или наполнителей при производстве различных пищевых продуктов. Кроме того, многие из них обладают ценными функциональными свойствами – водосвязывающей, водо - и жироудерживающей, эмульгирующей и пенообразующей способностью.
Сывороточные белки обладают наибольшей пищевой и биологической ценностью и являются перспективным сырьем при производстве продуктов детского и специального назначения, обладают ценнейшими биологическими свойствами, они содержат оптимальный набор жизненно необходимых аминокислот и, с точки зрения физиологии питания, приближаются к аминокислотной шкале «идеального» белка, т. е. белка, в котором соотношение аминокислот соответствует потребностям организма [1].
Целью работы является рассмотреть преимущества использования концентратов сывороточных белков в производстве продуктов детского и специального назначения, рассмотреть примеры таких продуктов. Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи – рассмотреть технологию производства концентратов сывороточных белков, их виды и физико-химические свойства.
Понятие о концентратах сывороточных белковСывороточные белки представляют собой группу различных фракций глобулярных белков, отличающихся друг от друга по структуре и свойствам, и составляют 20% всех белков молока. Главными представителями сывороточных белков являются в - лактоглобулин (50-55%) и б-лактальбумин (20-25%). Остальное количество сывороточных белков приходится на альбумин сыворотки крови, иммуноглобулины, многочисленные минорные белки, например лактоферрин, лактопероксидаза и другие ферменты [2].
Сывороточные белковые концентраты (КСБ) вырабатывают из свежей подсырной (сладкой) сыворотки методом ультрафильтрации или диафильтрации. Сывороточные белковые концентраты, так же, как и сыворотка, практически не содержат казеинов. Сывороточные белковые концентраты имеют чистый сывороточный вкус.
Из сладкой (подсырной) сыворотки, деминерализованной или недеминерализованной, получают денатурированные сывороточные белки (КСБ) под названием лактальбумин. Сначала сыворотку нагревают, при этом белки денатурируют и осаждаются. Осажденные белки восстанавливают и промывают с целью уменьшения содержания минеральных веществ и лактозы, а затем сушат. Содержание белков в лактальбумине может достигать 90%, но это денатурированные сывороточные белки (приложение 1).
Сывороточные белковые концентраты обладают множеством полезных функциональных свойств, большая часть которых объясняется наличием в них нативных (неденатурированнных) сывороточных белков: эмульгирующие, влагосвязывающие, пенообразующие, гелеобразующие [3].
Технология производства КСБ
Производство концентрата сывороточного белка (КСБ) включает в себя следующие основные этапы.
Приемка молочной сыворотки и оценка качестваМолочную сыворотку принимают по массе и качеству. Качество сырья должно быть проверено лабораторией предприятия в соответствии с требованиями действующей нормативно-технической документации и гигиеническими нормами.
Охлаждение и резервированиеПринимаемую молочную сыворотку охлаждают до температуры 4-7°С и направляют в емкости, снабженные изоляцией для накопления и промежуточного резервирования.
Очистка от казеиновой пыли и обезжириваниеОчистка молочной сыворотки осуществляется на сепараторе-очистителе, с последующим обезжириванием на сепараторе-сливкоотделителе. Массовая доля жира в очищенной сыворотке не должна превышать 0,05%. Данные показатели обеспечивают специализированные сывороточные сепараторы. Процесс очистки от казеиновой пыли можно также производить на специализированном сите, например, вибрационном.
Очищенная от казеиновой пыли и жира сыворотка поступает в пастеризационно-охладительную установку, где пастеризуется в соответствии с требованиями, предъявляемыми к пастеризации молочного сырья.
УльтрафильтрацияДля получения концентрата сывороточного белка (КСБ) пастеризованную молочную сыворотку подвергают обработке на установке ультрафильтрации с целью выделения сывороточных белков. В зависимости от вида планируемого готового концентрата процесс ультрафильтрации проводят до получения содержания белка в пересчете на сухое вещество – 35, 60 или 80% (КСБ 35, КСБ 60, КСБ 80). При этом, в случае получения концентрата сывороточных белков 80%, так называемый ретентат (жидкий КСБ получаемый после ультрафильтрации) подвергают диафильтрации, т. е. ретентат разбавляют подготовленной водой и повторно направляют на ультрафильтрацию с целью повышения содержания белка. При производстве КСБ может быть использована микрофильтрация для обеспечения микробиологической чистоты готового продукта, а также для снижения содержания жира в готовом продукте.
При ультрафильтрации молочной сыворотки помимо ретентата образуется второй продукт, так называемый пермеат (безбелковая сыворотка), представляющий собой раствор лактозы с содержанием сухих веществ порядка 4,5%. Пермеат перерабатывается по схожей схеме с технологией сухой деминерализованной сыворотки, согласно технологии производства сухого пермеата.
СгущениеПри производстве КСБ 35 или КСБ 60 для снижения затрат на сушку возможно досгущение ретентата после ультрафильтрации. При этом процесс осуществляется с учетом вязкости и содержания белка в конечном сгущенном продукте. КСБ 80 в связи с высоким содержанием белка в ретентате после ультрафильтрации не подвергают сгущению и сразу направляют на сушку.
СушкаСушку концентрата сывороточного белка осуществляют на распылительной сушилке с форсуночным распылителем. Температура воздуха, поступающего из калорифера в сушильную башню, должна быть в пределах 180 – 190°С. Температура готового продукта на выходе из сушильной башни не должна превышать 28°С. При этом КСБ 35 возможно сушить в распылительных сушилках с дисковым распылителем.
Остаточное содержание влаги в готовом продукте не превышает 3%. Готовый сухой концентрат сывороточного белка фасуют в бумажные мешки с полиэтиленовыми вкладышами или БИГ БЭГИ и направляют на склад. Приемка молочной сыворотки и оценка качества [4].
Физико-химические характеристики КСБ РасворимостьТепловая обработка в интервале температур 60-140°С вызывает значительное изменение структуры и растворимости сывороточных белков, в том числе и таких сравнительно термостабильных, как б-лактальбумин и в-лактоглобулин. Чувствительность к тепловой денатурации в большей степени зависит от pH раствора. Наиболее чувствительны к тепловой обработке белки при pH 4,6, а также в интервале 5,8-6,2, минимум чувствительности они проявляют при pH 2,5-3,5 и выше 6,5.
Установлено, что растворимость в воде препаратов молочных белков зависит от способа их получения. Растворимость большинства концентратов сывороточных белков, полученных ультрафильтрацией, составляет около 90 % в интервале рН 3-8 (максимальная растворимость до 96% наблюдается при рН 6,5). Растворимость концентратов сывороточных белков, полученных термокоагуляцией, при рН 2,5-3,0 составляет 78%, а при рН 3,5 – 51% [5].
Основным фактором, существенным образом, снижающим растворимость сывороточных белков при нейтральных рН, является присутствие ионов двухвалентных металлов, в частности кальция и магния. Избежать снижения растворимости белков можно путем введения ионов кальция в продукт в связанной форме – в виде протеинатов. Не менее эффективным способом регулирования растворимости белков является использование гидролиза, который повышает растворимость белков в кислой среде и в присутствии ионов кальция. Таким образом, высокая растворимость сывороточных белков в широком диапазоне значений pH, позволяет использовать их в продуктах с различной кислотностью, однако низкая термостабильность ограничивает их применение в технологии производства готовых напитков.
Вязкость
Вязкость препаратов сывороточных белков зависит от условий и технологии их получения. Концентраты сывороточных белков, полученные ультра - и нанофильтрацией, имеют сравнительно низкую вязкость (1 % раствор около 1·10-3 Па·с). При этом увеличение концентрации раствора до 10% влечет за собой увеличение вязкости до (3–5)·10-3 Па·с. Данные свойства белков делают возможным их использование в высококалорийных напитках, в рецептурах которых может содержаться до 10 % белка. Таким образом, низкие значения вязкости водных растворов препаратов сывороточных белков позволяют использовать их как в производстве продуктов зондового питания, так и в функциональных напитках, предназначенных для широкого круга потребителей.
ГелеобразованиеРастворы концентратов сывороточных белков образуют гели при концентрации белка больше 8-10 % и нагревании до температуры 80-85°С и выше. При этом прочность геля возрастает с увеличением ионной силы и рН с 4,5 до 7,5 [6].
ДиспергируемостьДиспергируемость является одной из важных физико-химических характеристик препаратов сывороточных белков при производстве инстантных напитков. Диспергируемость зависит от способа получения препарата и характеризует его способность к смачиванию, набуханию и дальнейшему переходу в раствор. Как правило, изоляты и гидролизаты сывороточных белков обладают более высокой диспергируемостью по сравнению с концентратами.
4 Применение КСБ
Согласно ГОСТ Р 53456-2009 [7] различают концентраты сывороточных белков в зависимости от массовой доли белка. КСБ-УФ-35 – концентрат сывороточного белка, полученный методом ультрафильтрацией, с массовой долей жира 35%. КСБ-УФ-35 представляет собой мелкий порошок от белого до кремового цвета, однородный по всей массе. Имеет вкус и запах, свойственный пастеризованной молочной сыворотке, сладковатый по вкусу, без посторонних запахов. Физико-химические показатели КСБ-УФ-35 приведены в приложении 2. КСБ-УФ-55 – концентрат сывороточного белка, полученный методом ультрафильтрацией, с массовой долей белка 55% – по органолептическим показателям схож с КСБ-УФ-35, отличается лишь в физико-химических значениях, приведенных в приложении 2.
КСБ-60 в пищевых системах проявляет жиро - и влагосвязывающие свойства, эмульгирующую способность, хорошую растворимость в кислых растворах. КСБ-70-85 в дополнение к указанным проявляют стабилизирующие и гелеобразующие свойства, хорошо растворимы при более нейтральном рН и комнатной температуре. Среди свойств следует также отметить способность сывороточных белков вступать в реакции с сахарами (реакция Майяра), что формирует характерный карамельный привкус и цвет некоторых продуктов кондитерского и хлебопекарного производства [8].
4.1 В молочной промышленности
КСБ-35 по составу похож на обезжиренное молоко и применяется как источник сухих веществ молока для частичной или полной замены сухого обезжиренного молока при производстве кисломолочных продуктов, молочных напитков, мягких сыров, мороженого, десертов, печенья и крекеров, снеков, растворимых супов. При этом он обеспечивает различный белковый и минеральный состав готовых продуктов.
4.2 В составе продуктов лечебно-профилактического питания
Высокобелковые сывороточные концентраты с содержанием белка от 70% и выше целесообразно направлять на производство лечебно-профилактического питания. Медицинское применение КСБ связано с потреблением напитков и продуктов, содержащих препараты сывороточных белковых концентратов, что в клинической практике позволяет предотвратить или добиться выздоровления от болезней, связанных с белковой недостаточностью, повысить скорость восстановления и помочь сократить продолжительность пребывания в стационаре, а также снизить общие экономические издержки на лечение. Сывороточные белки в лечебно-восстановительном питании могут быть применены в составе напитков, в том числе содержащих менее 10 % белка в качестве его единственного источника. Их также включают в клинические пищевые растворы с содержанием белка до 30 %. Иногда коммерческие препараты (формы) сывороточных белков рекомендуют добавлять непосредственно в молоко или воду. Предпочтение отдается концентратам с содержанием белка от 70 % и выше [9].
4.3 В детском питании
Сывороточные белки традиционно используются при производстве заменителей женского молока и детских молочных продуктов вместо цельного коровьего молока. Это связано с необходимостью максимального приближения состава этих продуктов к составу женского молока, которое называют альбуминным. Содержание сывороточных белков в нем превышает содержание казеина, тогда как в коровьем молоке соотношение обратное. Обогащение детского питания белками сыворотки молока позволяет сделать соотношение казеина и сывороточных белков оптимальным для детского организма.
При производстве смесей для детского питания используют высокобелковые сывороточные концентраты для обогащения и приведения состава смесей по соотношению сывороточных белков к казеину аналогично грудному молоку, т. е. 60:40 против 20:80 в коровьем молоке.
4.4 В спортивном питании
Сывороточные белковые концентраты активно используются в производстве сухих протеиновых смесей для спортивного питания как источник легкоусвояемого белка, так называемые быстрые протеины. Сухие белковые смеси на основе сывороточного белка выпускаются с различными вкусовыми и витаминно-минеральными добавками, при этом содержание белка в них может варьировать от 24 до 80 %.
4.5 В других отраслях
Высокобелковые сывороточные концентраты, особенно обезжиренные, могут быть использованы при производстве взбитых кондитерских изделий и десертов как заменитель яичного белка, так как обладают высокой пенообразующей и стабилизирующей способностью. Концентраты сывороточных белков с содержанием белка до 70 % целесообразно направлять на производство продуктов питания общего потребления: молочные, хлебобулочные и кондитерские продукты, мясные и рыбные изделия, напитки. При этом КСБ используются как белковые обогатители и технологически важные ингредиенты [10].
КСБ-60 и более используются при изготовлении мясных и рыбных продуктов, в молочной промышленности для определенных видов плавленых сыров, йогуртов и десертов, в кондитерской промышленности в производстве молочного шоколада.
Интерес для производителей продуктов питания представляет модифицированная форма КСБ, называемая микропартикулированным сывороточным белком (МСБ). МСБ за счет формирования в нем укрупненных белковых частиц, имитирующих шарики молочного жира, является компонентом для жирового замещения и используется как «имитатор жира» при производстве низкожирных продуктов. Он обладает свойствами, аналогичными свойствам КСБ. Помимо этого усиливает молочный цвет; сдерживает рост кристаллов в замороженных десертах; связывает и равномерно распределяет влагу в продукте, формирует мягкую и эластичную структуру. Использование МСБ в производстве йогуртов, десертов, мороженого, молочных напитков, сырных и творожных продуктов способствует снижению калорийности, улучшению структуры и стабильности продуктов, формированию вкуса. Введение МСБ в мясные фарши приводит к повышению рН, что положительно сказывается на водосвязывающей способности.
Концентраты сывороточных белков используются в мясной промышленности для улучшения вкуса конечных продуктов, придания аромата, улучшения текстуры, повышения качества продуктов в целом. В производстве хлеба и булочек концентраты сывороточных белков могут применяться для частичной замены яичного белка и играют важную роль в формировании аромата и внешнего вида готовой продукции [11].
Заключение
Многие отрасли пищевой промышленности, в особенности молочной промышленности, в поисках качественных, альтернативных и экономически выгодных источников сырья приходят к выводу об эффективности использования сывороточных ингредиентов, формируя тем самым спрос на них. Концентраты сывороточных белков являются наиболее востребованными продуктами переработки сыворотки на современном рынке. Их применение в производстве молочных продуктов, в частности детского и лечебно-профилактического питания, способствует улучшению не только органолептических характеристик продукта. Применение КСБ влияет на технологический процесс выработки продуктов, на усвояемость продукта организмом человека.
Список использованных источников
Байтукенова, сывороточных белков при производстве молока специального назначения / , // Молочнохозяйственный вестник. – 2015. – № 1 (17). – 79 С. Использование сывороточных белков при производстве функциональных напитков [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ac-t. ru/stati-i-sovetyi/nauchnyie-stati/ispolzovanie-syivorotochnyix-belkov-pri-proizvodstve-funkczionalnyix-produktov (дата обращения 03.04.2017).
Сывороточные белковые концентраты [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www. interproduct. ru/goods/listgoods/WPC/ (дата обращения 03.04.2017). Молочная промышленность. Производство КСБ [Электронный ресурс]. – http://dmprocess. ru/primenenie/molochnaya-promyshlennost. html (дата обращения 05.04.2017). Токаев, опыт и перспективы использования препаратов сывороточных белков в производстве функциональных напитков / , , // Молочная промышленность, 2007. – № 10. – С. 55-56. Горбатова, и физика белков молока. – М. : Колос, 1993. – 286 с. ГОСТ Р 53456-2009. Концентраты сывороточных белков сухие. Технические условия. – Введ. 01.01.2011. – Москва : Стандартинформ, 2010. – 12 с. Храмцов, КСБ-УФ для непрерывного производства мягкого сыра/ , , // сб. научных трудов СевКавГТУ. – Серия «Продовольствие», 2008. – № 4 – С. 36-38. Вторичное молочное сырье и его переработка [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://pandia. ru/text/78/266/66317.php (дата обращения 05.04.2017). Характеристика технологических процессов концентрирования компонентов молочной сыворотки [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://scicenter. online/myasnyih-molochnyih-tehnologiya/132-harakteristika-tehnologicheskih-protsessov-50195.html (дата обращения 05.04.2017). Шипулин, и практические аспекты биотехнологии мясопродуктов с использованием микропартикулированного сывороточного белка / , // Современная наука и инновации, 2013. – № 1. – С. 55-62.ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
1 – Состав основных сывороточных белковых продуктов
Массовая доля, % | СБК34 | СБК80 | Лактальбумин | СБИ |
Влаги | 4-5 | 4-5 | 4-5 | 4-5 |
Белка | 34 | 80 | 80-90 | ≥90 |
Лактозы | 50-55 | <5 | <5 | <1 |
Жира | 1-2 | 5-7 | 5-7 | 5-7 |
Золы (минеральных солей) | 7-8,5 | <3 | <3 | <3 |
Приложение 2
2 – Физико-химические показатели КСБ
Наименование показателя | Значение | ||
КСБ-УФ-35 | КСБ-УФ-55 | КСБ-УФ-80 | |
Массовая доля белка, %, не менее | 35,0 | 55,0 | 80 |
Массовая доля влаги, %, не более | 4,0 | 4,0 | 4 |
Массовая доля жира, %, не менее | 3,0 | 5,0 | 10 |
Кислотность, °Т, не более | 22 | 33 | 21 |
Индекс растворимости, см3 сырого осадка, не более | 0,2 | 0,3 | 0,3 |
Группа чистоты, не ниже | II | - | - |
