автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Разработка способов получения и контроля качества полифункциональных композиций для напитков с антиоксидантными свойствами

На правах рукописи

СР^

ФИСЕНКО Михаил Олегович

РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ И КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫХ КОМПОЗИЦИЙ ДЛЯ НАПИТКОВ С АНТИОКСИДАНТНЫМИ СВОЙСТВАМИ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Специальность: 05.18.04 - Технология мясных, молочных и рыбных

продуктов и холодильных производств

3 МАЯ 20 ¡2

Ставрополь — 2012

005019115

005019115

Работа выполнена на кафедре технологии молокан молочных продуктов ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий»

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Мельникова Елена Ивановна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Жидков Владимир Евдокимович Ставропольский технологический институт сервиса (СТИС), ректор

кандидат технических наук Будрик Владислав Глебович ГНУ ВНИМИ Россельхозакадемии заместитель директора

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет им. императора Петра I»

Защита состоится «17» мая 2012 года в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.245.05 при ФГБОУ ВПО Северо-Кавказском государственном техническом университете, 355028, г. Ставрополь, пр. Кулакова, 2, ауд. К308

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Северо-Кавказский государственный технический университет. С авторефератом диссертации можно ознакомиться на сайте СевКав-ГТУ www.ncstu.ru и ВАК РФ Министерства образования и науки РФ.

Автореферат разослан «17 » апреля 2012 года.

Ученый секретарь Лъ+ у у^с^ /

диссертационного совета /^ Шипулин В.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Государственная программа «Основы государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 года» предусматривает создание пищевых продуктов с заданным химическим составом и установленным физиологическим действием, способным предотвратить развитие алиментарно-зависимых заболеваний, таких как сердечно-сосудистые, онкологические, сахарный диабет и др.

Проблема снижения адаптационной устойчивости организма как следствие постоянного воздействия негативных факторов окружающей среды занимает основное место в экологии человека и приобретает все большую актуальность.

Согласно литературным данным более 100 заболеваний человека являются следствием «окислительного стресса», который возникает в результате нехватки антиоксидантов. Один из путей решения этой проблемы - обогащение традиционных продуктов массового потребления природными биологически активными соединениями.

К перспективным источникам антиоксидантов, традиционно, относится, растительное сырье. Но известно, что и вторичные продукты переработки молока также содержат ангиоксиданты, в частности, творожная сыворотка в виду своего ценного химического состава. В настоящее время это невостребованный ресурс молочной отрасли, переработка которого на пищевые цели не превышает 25%. В этой связи применение творожной сыворотки для обогащения традиционных продуктов антиоксидангами представляется нам особенно актуальным.

Исследованиям в этих областях посвящены работы Бахтина И.А., Храмцова А.Г., Евдокимова И.А., Антипьева Е.В., Терах Е.И., Просенко А.Е., Клебанова Г.И., Яшина А.Я., Мельниковой Е.И., Полянского К.К., Rliodes C.J., Halliwell В. и др.

Однако, проблема обогащения традиционных продуктов питания антиоксидантами остается актуальной и приобретает все большую социальную значимость в условиях развивающегося демографического кризиса РФ.

Учитывая тенденции роста объемов производства и расширения ассортимента функциональных продуктов, на наш взгляд, перспективно получение полифункциональных пищевых композиций, сочетающих компоненты растительного и животного сырья, характеризующихся позитивным действием на организм человека, в том числе высокой антиоксидангной активностью. Реализация таких композиций в технологиях напитков открывает дополнительные возможности в решении проблемы комплексной, экологически без-

опасной и экономически целесообразной переработки вторичного молочного сырья, позволяет получить напитки функциональной направленности, эффективно предотвращающие состояние «окислительного стресса».

Исследования по теме диссертационной работы выполнялись в соответствии с тематикой НИР кафедры технологии молока и молочных продуктов «Развитие физико-химических и биотехнологаче-ских основ производства молочных продуктов различного функционального назначения» (№ г. р. 012.00605297,2006 - 2010 гг.).

Цель работы - получение полифункциональных композиций заданного уровня качества на основе творожной сыворотки и применение их в технологиях напитков с антиоксидантными свойствами (АОС).

Для достижения поставленной цели определены следующие задачи:

- обосновать способы физико-химической и биотехнологической модификации творожной сыворотки в полифункциональные углеводосодержащие композиции с повышенной антиоксидантной активностью (АОА);

- оптимизировать условия получения полифункциональных композиций (ПФК) на основе творожной сыворотки с применением углеводного комплекса цикория и топинамбура;

- предложить новые экспрессные способы контроля качественных характеристик т ворожной сыворотки, композиций на ее основе, напитков и устройства для их реализации;

- установить химический состав, коллоидную стабильность, антиоксвдантную активность, функционально-технологические свойства и срок годности ПФК с применением традиционных и оригинальных методик;

- усовершенствовать технологии напитков с АОС на основе ПФК;

- изу чить химический состав, физико-химические свойства, АОА, показатели качества и безопасности, сроки годности напитков, произвести оценку экономической эффективности предложенных технологических и технических решений и их опытно-промышленную апробацию на предприятиях отрасли.

Научные положения, выносимые на защиту.

- способы, условия получения, состав и свойства ПФК на основе творожной сыворотку

- усовершенствованные технологии, состав и свойства, показатели качества напитков с повышенной АОА на основе ПФК.

Научпая новизна.

Предложены способы и оптимизированы условия физико-химической и биотехнологической трансформации творожной сыво-

ротки с применением инулинсодержшцего сырья (цикорий, топинамбур) в ПФК.

Разработаны оригинальные способы для определения показателей качества и безопасности ПФК и напитков на их основе.

Подобраны и оптимизированы рецептуры напитков с АОА на основе ПФК, разработаны технологические решения для их реализации.

Установлен химический состав, свойства, показатели качества и безопасности, АОА, сроки годности ПФК и напитков на их основе.

Практическая значимость.

Предложенные способы физико-химической и биотехнологической трансформации творожной сыворотки позволяют получить ПФК (патент № 2409966) с АОС и повышенным коэффициентом эквивалентной сладости для алкогольных и безалкогольных напитков.

Разработаны устройства (проточная ячейка детектирования (патент № 2367938) и устройство для определения коллоидной стабильности (патент № 2426096)), позволяющие зкспрессно определить качество творожной сыворотки, ПФК и напитков на их основе. Запатентованные технические решения прошли апробацию в условиях физико-химической лаборатории ОАО «Молкомбинат Воронежский».

Проведенная опытно-промышленная апробация напитков с повышенной АОА (ООО «Миллеровский винзавод» г. Миллерозо Ростовской обл.) подтвердила экономическую, технологическую целесообразность и социальную значимость предложенных решений.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертационное исследование соответствует п. 3 и п. 7 паспорта специальности 05.18.04 - «Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены в период 2008-2011 г. на ежегодных отчетных научных конференциях Воронежской государственной технологической академии - очно; научно-практических международных и всероссийских конференциях: XVI и XIX Российских молодежных научных конференциях «Проблемы теоретической и экспериментальной химии» (г. Екатеринбург, 2006 и 2009); X - XI Международных конференциях молодых ученых «Пищевые технологии» (г. Казань, 2009 - 2010); IV Всероссийской конференции «Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья» (г. Барнаул, 2009); VIII Международном симпозиуме «Новые нетрадиционные растения и перспективы их использования» (г. Москва, 2009) - очно; III Всероссийской конференции с международным участием «Аналитика России» (г. Краснодар, 2009); Международной научно-практической конференции «Пищевая промышленность: состояние, проблемы, перспективы» (г. Оренбург, 2009); Всероссийской молодежной конференции «Биотехнология растительного сырья, качество

и безопасность продуктов питания» (г. Иркутск, 2009); Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (г. Воронеж, 2009) — очно; III Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Современное состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания» (г. Челябинск, 2010); II Международной научно-технической конференции «Новое в технике и технологии пищевых производств» (г. Воронеж, 2010) - очно; IV Международной конференции «Экстракция органических соединений» (г. Воронеж, 2010) — очно; I-II Международной научно-практической конференции «Современная наука: теория и практика» (г. Ставрополь, 2010-2011); Международной научно-технической конференции «Современные достижения биотехнологии» (г. Ставрополь, 2011).

Результаты работы экспонировались на конкурсах и выставках, награждены 8 дипломами и 1 сертификатом участника.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 25 работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, 4 статьи в научно-технических журналах, 17 тезисов докладов и 3 патента РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка использованных источников и приложений. Работа изложена на X страницах машинописного текста, содержит X таблиц и X рисунков. Список литературы включает X наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены основные направления исследований, сформулированы цель и задачи диссертации.

Глава 1. Аналитический обзор литературы. Проанализировано современное состояние и перспективные направления развития пищевой промышленности.

Определены перспективные способы получения новых композиций с высокой антиоксидантной активностью, пищевой ценностью, коэффициентом сладости, коллоидной стабильностью, увеличенным сроком годности на основе творожной сыворотки творожной сыворотки.

Проанализировано современное состояние и перспективы применения антиоксидантов в напитках. Обоснован выбор объектов исследования, подтверждена актуальность темы.

Глава 2. Объекты, материалы и методы исследований.

Экспериментальные исследования проводили в соответствии с

разработанной схемой (рисунок 1).

Объекты исследования: творожная сыворотка, получаемая при производстве обезжиренного творога на линии «Tewes Bis» (ОАО Молкомбинат «Воронежский») и ее ультрафильтрат; инулинсодержащее сырье (корневые клубни цикория и топинамбура); молочно-растительные экстракты цикория, топинамбура и стевии; алкогольные и безалкогольные напитки на их основе.

Рисунок 1 - Схема проведения исследований

Экспериментальные исследования проводили в научно-исследовательских лабораториях ВГУИТ, микробиологической лаборатории ООО фирма «Малыш» (г. Воронеж), научно-

испытательной лаборатории автономного научно-технического центра «Комбикорм» (г. Воронеж), химической лаборатории ОАО «Прогресс» (г. Липецк), филиале Менделеевского центра стандартизации и метрологии (г. Орехово-Зуево).

Методы исследований — стандартные и общепринятые в исследовательской практике, а также модифицированные, специальные и оригинальные, выполненные с применением современных приборов и информационных технологий для оценки свойств сырья, полуфабрикатов и продукции. Химический состав полифункциональных композиций и напитков на их основе определяли следующим образом: аминокислоты — методом капиллярного электрофореза на приборе «Капель-105»; углеводы -методом высокоэфективной жидкостной хроматографии на приборе «Varian 920 — LC»; антиоксидантную активность — амперометрическим методом на приборе «Цвет-Яуза-01-AA»; биофлавоноиды - спектрофотометрическим методом. Для оценки качества творожной сыворотки, полифункциональных композиций и напитков нами разработаны и запатентованы:

- устройство для определения мутности жидких дисперсных систем, основанное на измерении интенсивности света, рассеянного пробой;

- проточная ячейка детектирования осмофорических компонентов, принцип действия которой основан на регистрации изменения частоты колебаний сенсора с нанесенным на него специфическим модификатором при сорбции им компонентов жидких фаз.

Технико-экономические показатели рассчитывали по методикам определения экономической эффективности в молочной промышленности. Математическую обработку эксперимента проводили методами математической статистики, оптимизацию рецептур - симплекс-методом. Расчеты, построение графиков и их описание осуществляли с помощью приложений Microsoft Office 2007, Компас График и «MathCAD, version 14.0».

Глава 3. Получение полифункцноналг>иых композиций на основе творожной сыворотки. Для адаптации химического состава и свойств ультрафильтрата творожной сыворотки к технологии напитков с АОС нами обосновано его применение в качестве экстрагента углеводного комплекса растительного сырья (цикорий, топинамбур) с последующей биоконверскей инулина в полученных экстрактах.

При менение нового экстрагента позволяет повысить эффективность процесса за счет увеличения ионной силы раствора (табл. 1), содержащего минеральные вещества, в сравнении с водой -традиционным экстрагентом.

Таблица i -- Сравнительная характеристика ионной силы экстрагентов

Наименование экстрагента Ионная сила, моль/л

Вода питьевая 0,0099409

Цельное молоко 0,085

Ультрафильтрат творожной сыворотки 0,074

В процессе экстрагирования существенно улучшаются органо-леггшческие показатели творожной сыворотки вследствие сорбции лактозой ароматических компонентов растительного сырья. Это подтверждается изменением формы и площади «визуального образа» экстрактов в сравнении ультрафильтратом творожной сыворотки (рис. 2).

i<

Модификаторы сенсоров: 1 — полистирол; 2 — дифе-нилкарбазид; 3 - ПЭГС; 4 - апиезон L; 5 - поливи-нил-ацгтат; 6 - динонил-фталат.

S= <123.>усд^ед. £>2С7уся.ед. 294.5 усл ед

Рисунок 2 - «Визуальные образы», полученные с применением проточной ячейки детектирования: а - ультрафильтрат творожной сыворотки; молочно-растительные экстракты: б — цикория, в —топинамбура

В качестве основных факторов, влияющих на экстрагирование, нами изучены: XI — температура, °С; Х2 -продолжительность процесса, мин; ХЗ - гидромодуль; Х4 - рН экстрагента, ед. рН; Х5 - степень измельчения клубней, мм. Все факторы совместимы и некоррелируемы между собой. Критерий оценки оптимизации процесса экстрагирования - массовая доля сухих веществ в экстракте (Y, %).

Для построения статистической модели применяли центральное композиционное ротатабельное униформ-планирование (дробный факторный эксперимент 25-1). В результате статистической обработки экспериментальных данных получены уравнения регрессии, адекватно описывающие процессы экстрагирования физиологически ценных нутриентов топинамбура (1) и цикория:

Y = 14,92 + 0,18-Xj + G,96X2-0,12-Xi - 0,21-X, + 0,27-XrX; -- 0,09-Х,-Х5 + 0,14- Х2-Х3 + 0,72-Х 1 + 0,23-Х22 + 0,57-Х32 + + ОДЗ-Х»2 — 0,16-Xs2 (1)

Ридж-анализ позволил установить оптимальные параметры экстрагирования нутриентов корневых клубней инулинсодержащего сырья (табл. 2).

Таблица 2 - Оптимальные условия получения молочно-растительных экс-фактов (патент РФ № 2409966)

Темпе- Про- Гид- рН Степень

ратура, должи- ромо- сре- измельче-

Наименование X, ,°С тель- дуль, ды, ния

показателя ность, Х3 Х4 , корневых

Х2, мин ед. клубней,

Xs, мм

Экстракт топинамбура 52 45 1 :7 4,5 1,3

Экстракт цикория 46 50 1 : 6 4,6 1,4

Для повышения коэффициента эквивалентной сладости полученных композиций предложено проводить ферментативную биоконверсию инулина до содержания в них фруктозы 4-5 %, что обеспечивается степенью его гидролиза 28 - 30 %.

Оптимизированы параметры биоконверсии инулина в молочно-растительных экстрактах цикория и топинамбура (температура - 48 °С, продолжительность процесса - 160 мин; количество ферментного препарата - 0,17 ед./г инулина; рН среды - 4,6 ед), обеспечивающие заданную степень гидролиза.

Широкий спектр функциональных нутриентов (табл. 3) с известными механизмами позитивного действия позволяет позиционировать полученные пищевые композиции как полифункциональные и примененять их для обогащения продуктов витаминами, минералами, антиоксидантами и придания пребиотических свойств.

Основной моносахарид экстрактов (рис. 3, табл. 4) - фруктоза, характеризуется высоким коэффициентом сладости (Ксл = 1,8 ед. SES), низким гликемическим индексом (ГИ=19) и относится к функциональным нутриентам.

а) б)

•т "

» о g

Й о

ч Ï 2

, а 2 «

Е 1 g 51S 1 О и

» I i CL,

g » с- M « a 2 S S"

Рисунок 3 - Хромагограммы углеводного состава молочно-растительных экстрактов цикория (а) и топинамбура (б)

Таблица 3 - Сравнительная характеристика состава и свойств

ультрафильтрата творожной сыво эотки и полученных экстрактов

Наименование показателя Значенне

ультрафильтрат творожной сыворотки молочно-растительные экстракты

цикория топинамбура

Массовая доля сухг.х веществ, % 4,9 18,5 19,5

Массовая доля углеводов, %, в т.ч.: лактоза фрз/кгоза инулина 3,8 17,1 3,5* 4,8* 6,4* 18,0 3,4* 5,3* 6,6*

Массовая доля обшего белка, % 0,15 0,42 0,5

Массовая доля минеральных веществ: кальций,% фосфор, % медь, мг % цинк, мг % марганец, мг % железо, мг % 0,081 0,046 0,005 0,035 0,042 0,001 0,090 0,070 0,005 0,085 0,053 0,570 0,100* 0,065 0,010 0,096 0,057 0,520

Массовая доля витаминов, мг%: В2 (рибофлавин) С (аскорбиновая кислота) Е (токоферол) 0,1 4,0 0,03 0,21* 24,2* 7,34* 0,27* 23,1* 7,57*

Массовая доля биоАлавоноидов, % - 0,026* 0,047*

* функциональные нутрненты экстрактов в соответствии с ГОСТ Р52349-2005.

Эквивалентная сладость полученных композиций (1<сЛ=0,87 и 0,91 для экстрактов цикория и топинамбура соответственно) позволяет применять их для частичной или полной замены сахарозы в рецептурах напитков.

Таблица 4 - Содержание моно- и дисахаридов в молочно-растительных экстрактах топинамбура и цикория

Углеводы Время удерживания, мин Массовая доля углеводов в молочно-растительных экстрактах, %

цикория топинамбура

Фруктоза 8,5 ±0,1 4,8 5,3

Глюкоза 9,9 ± 0,1 2,3 2,4

Сахароза 18,0± 0,1 0,1 0,3

Лактоза 24,2 ±0,1 3,5 3,4

Суммарное содержание 10,7 11,4

Экстрагирование повышает АОА творожной сыворотки. Выраженной способностью ингибировать процессы окисления

характеризуются витамины (В, С, Е), аминокислоты (метионин тирозин, цистеин), биофлавоноиды и оксикоричные кислоты, содержащиеся в экстрактах, что позволяет рекомендовать полученные композиции для повышения АОА продуктов питания.

Установление сроков годности и показателей качества ПФК проводили традиционными методами, а также с помощью разработанных и запатентованных нами проточной ячейки детектирования (метод пь езокварцевого микровзвешивания) и устройства для определения мутности (нефелометрический метод) (рис. 5).

Корреляция полученных результатов с данными микробиологического и физико-химического анализов позволила установить сроки годности экстрактов: 10 суток при температуре (4 ± 2) °С (табл. 6).

Таблица 6 - Установление срока годности ПФК различными методами

Метод анализа Контролируемый показатель Пороговое значение показателя, гарантирующее качество

Молочко-растительные экстракты

цикория | топинамбура | стевии

Микробиологический Содержание микроорганизмов, КОЕ/см3 5104

Потснцио-метрический Активная кислотность, ед. рН 4,47 4,49 4,55

Титр »метрический Титруемая кислотность, см3 ЫаОН концентрацией 1 моль/дм3 11.4 11,6 11,1

Нефелометрический Мутность, ЕМ/дм3 100 102 95

Сенсоро-метрический Площадь «визуального образа», усл. ед. 341 308 349

Ампероме-трический Аптиоксидангная активность, мг/дм3 105 104 130

см3 раствора МаОН концентрацией 1 I

Продолжительность хранения, сут Кислотность молочко-растительных экстрактов: активная: ( -—¡-—цикория —-топинамбура —- стевии)

титруемая: ( »"«И-'-цикория —топинамбура -—^¡"»стевии)

170 "§145 «120

95

б)

; * '

70

4

0 3 6 9 12 ¡5 Продолжительность хранения, сутки

г)

515

а « 440

I 5

СП

« § 365

Л о и со

§ о-

14 290

В)

/У

1 А V

0 3 6 9 12 15

Продолжительность хранения, сутки

160

з а,

В- Гг 2 и 8 -5 0)

Я О 3 м О. о з Ьй £ я ч

-.....Ж,..!__г .......

. ....... .„,. ,...... —

-ЗС" —ГГЗД»«......

"Ч

0 3 б 9 12 15

Продолжительность хранения, сутки Молочно-растительные экстракты: цикория -«»-топинамбура ..........стевии

Рисунок 5 - Изменение кислотности (а), мутности (б), площадей визуальных «образов» (в), антиоксидантной активности (г) молочно-растительных экстрактов

Разработанная технологическая схема получения предусматривает применение серийного оборудования.

ПФЬС

Глава 4, Совершенствование технологий напитков с антиокевдантной активностью. Для реализации ценного состава и свойств новых ПФК обосновано их применение в технологиях наиболее распространенных ассортиментных групп алкогольных

(аперитивы) и безалкогольных напитков: на ароматизаторах и пряно-ароматическом сырье, которые характеризуются устойчивой тенденцией к росту объемов производства и продаж.

С применением симплекс-метода математического планирования оптимизированы рецептуры напитков на основе ПФК и растительного сырья с фармакологическим действием. Критерий оптимизации - максимальная пищевая ценность напитков (табл. 7).

Таблица 7 - Пищевая ценность напитков

Пищевые компоненты % удовлетворения суточной потребности человека за счет потреблен!« 100 см3 налитка

Аперитив на основе экстракта стевии Напиток на основе экстракта цикория Напиток на основе экстракта топинамбура

Свободные аминокислоты, % 0,05 0,21 0,14

Углеводы, % в т.ч.: лактоза сахароза фруктоза ИНУЛИН 12,92* 5,52 7,40 1,46 2,70 4,58 28.72* 1,83 2,76 3,28 28,18*

Органические кислоты, % 28,60* - -

Биофлавоноиды, % 18,35* 12,40* 16,80*

Оксикоричные кислоты, % 10,00* - -

Минеральные соединения, %: кальций фосфор 2,78 1,92 7,75 2,40 7,50 2,40

Витамины, мг%: в2 С Е 3.15 13,56* 0,11 11,60* 18,36* 25,87* 10,00* 16,20* 22,10*

Энергетическая ценность, ккал/100 г L 133,30 30,00 27,00

* - физиологически функциональный ингредиент- для данного продукта в соответствии с ГОСТ Р 52349-2005

Применение ПФК в технологиях традиционных напитков, позволяет получить качественно новые продукты функциональной направленности с повышенной антиоксидантной активностью (рис. 6), биологической и коллоидной стабильностью.

Комплексный анализ микробиологических и физико-химических показателей позволил установить срок годности напитков на основе полифункциональных композиций: 90 суток для аперитива, 12 суток для безалкогольных напиггков.

1 - ультрафильтрат творожной сыворотки; 2, 3, 4 — молочно-раститеяьные экстракты цикория, топинамбура и сгевии соответственно;

5 — безалкогольный газированный напиток:

6 - чайный напиток;

7 - аперитив; 8-зеленый чай, 9 - бальзамы

Рисунок 6 - АОА в пересчете на дигидрокверцетин в ПФК и некоторых напитках

Модификация технологической схемы производства напитков купажированием заключается во введении дополнительных операций получения экстрактов растительного сырья с полным сохранением последовательности и режимов традиционной технологии (рис. 7). При получении аперитива проведение инверсии сахарозы предусматривается в присутствии молочной кислоты, содержащейся в ультрафильтрате творожной сыворотки, что позволяет исключить применение традиционного рецептурного ингредиента - лимонной кислоты.

Преимущества новых технологических решений заключаются в полной замене лимонной кислоты, сахарозы (20-75 %) и воды (2326 %) при одновременном обогащении напитков физиологически ценными нутриентами: биофлавоно идами, инулином, лактозой, аминокислотами, минеральными веществами, витаминами, дитерпеновыми гликозидами, водорастворимыми ксантофиллами и хлорофиллами, оксикоричными кислотами.

мг/дм3 250

200 ]■

123 4 56789

Рисунок 7 — Принципиальная технологическая схема получения безалкогольного напитка на ароматизаторах с АОС

ВЫВОДЫ

1. Теоретически и экспериментально обосновано применение экстрагирования и биоконверсии для модификации углеводного состава, антиокс иданп го й активности и органолептических свойств ультрафильтрата творожной сыворотки.

2. С применением методов математического моделирования установлены оптимальные параметры экстрагирования нутриентов цикория/топинамбура соответственно: температура 46/52 °С, продолжительность 50/45 минут, гидромодуль 1:6/1:7, рН экстрагента 4,6/4,5 ед., степень измельчения 1,4/1,3 мм; оптимизированы условия био-

конверсии инулина в полученных экстрактах, обеспечивающие степень его гидролиза 28-30 %.

3. Запатентованы устройства для экспрессного анализа показателей качества жидких дисперсных систем, позволяющие определить коллоидную стабильность и органолептические характеристики, гарантирующие безопасность творожной сыворотки, ПФК и напитков на их основе.

4. Анализ углеводного, аминокислотного, витамннно-мине-рального состава, антиоксидантной активности, показателей качества и безопасности, сроков годности молочно-растительных экстрактов (10 суток) позволил обосновать их полифункциональность и рекомендовать их применение в технологиях напитков с АОС.

5. На основании оптимизированных рецептур (симплекс-метод), усовершенствованы технологии напитков с АОС (безалкогольный напиток на ароматизаторах, безалкогольный напиток на пряно-ароматическом сырье, аперитив) на основе ПФК, предусматривающие замену в них сахарозы (от 20 до 75 %), лимонной кислоты (100 %), обогащение физиологически функциональными ингредиентами: витаминами, макро-и микроэлементами, биофлавоноидами, инулином.

6. Установлен химический состав, антиоксидантная активность, пищевая ценность, функциональность, показатели, гарантирующие качество и безопасность, сроки годности новых напитков (12 суток при температуре (4 ± 2) °С для безалкогольного газированного и чайного напитков и 3 месяца для аперитива).

7. Разработаны проекты технической документации («Аперитив» ТУ 9176 - 122 - 02068108 - 2008, «Безалкогольный газированный напиток» ТУ - 9226 - 078 - 02061808 - 2010, «Чайный напиток» ТУ - 9314 - 143 - 02061808 - 2011). Предложенные технологии и разработанные устройства для определения качества апробированы на ООО «Миллеровский винзавод» г. Миллерово Ростовской обл., ОАО «Молвест» г. Воронеж. Ожидаемый экономический эффект от реализации новых продуктов составит: 100 руб. с 1 дал для аперитива, 58 руб. с 1 дал для безалкогольного газированного напитка на ароматизаторах, 70 руб. с 1 дал для напитка на пряно ароматическом сырье.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Мельникова, Е.И. Молочнсуэастительный экстракт стевии в технологии алкогольных напитков [Текст] / Е.И. Мельникова, С.И. Нифталиев, М.О. Фисенко // Пиво и напитки. —2008. — № 6. — С. 30 — 31.

2. Определение содержания природных антиоксидантов в модифицированных формах творожной сыворотки [Текст] / Е.И. Мель-

никова, С.И. Нифталиев, М.О. Фисенко и др. И Хранение и переработка сельхозсырья. - 2009. - №7. — С. 22 — 23.

3. Получение новых форм творожной сыворотки и их реализация в технологии напитков [Текст] / Е.И. Мельникова, Е.В. Богданова, М.О. Фисенко и др. // Известия ВУЗов. Пищевая технология. - 2009. -№4.-С. 38-40.

4. Исследование коллоидной стабильности безалкогольных напитков на основе модифицированных форм творожной сыворотки [Текст] / Е.И. Мельникова, В.В. Хрипушин, М.О. Фисенко и др. // Пиво и напитки. - 2010. - № 5. - С. 50-51.

Статьи и материалы конференций

1. Мельникова, Е.И. Новая вкусоформирующая добавка-подсластитель в технологии алкогольных напитков [Текст] / Е.И. Мельникова, М.О. Фисенко // Материалы сб. науч. труд. «Проблемы и перспективы современной науки». - Томск, 2008. - С. 87.

2. Мельникова, Е.И. Разработка технологии алкогольного напитка с повышенной аятиоксидантной активностью [Текст] / Е.И. Мельникова, С.И. Нифталиев, М.О. Фисенко // Материалы XI международной научно-практической конференции «Современные проблемы техники и технологии пищевых производств» - Барнаул, 2008. С. 173-177.

3. Мельникова, Е.И. Экстрагирование инулинсодержащего сырья в фазу истинного раствора молока [Текст] / Е.И. Мельникова, М.О. Фисенко // Материалы отчетной науч. конф. ВГТА за 2008 г. — Воронеж, 2009. - Ч. I. - С. 140 -141.

4. Мельникова, Е.И. Прогнозирование качества и безопасности алкогольного напитка методом пьезокварцевого микровзвешивания [Текст] / Е.И. Мельникова, М.О. Фисенко, С.И. Нифталиев // Фундаментальные исследования. — 2009. — №7. — С. 24.

5. Мельникова, Е.И. Новые вку со формирующие добавки-подсластители для молокосодержащих продуктов [Текст] / Е.И. Мельникова, М.О. Фисенко // Воронежский агровестник - 2009. - № 1(70).-С. 27-28.

6. Определение антиоксидантной активности молочно-расгительных экстрактов [Текст] / Е.И. Мельникова, С.И. Нифталиев, М.О. Фисенко и др. // Материалы Ш всероссийской конференции с международным участием «Аналитика России» - Краснодар, 2009. С. 403.

7. Растительные экстракты в технологии молокосодержащих напитков [Текст] / Е.И. Мельникова, Е.В. Богданова, М.О. Фисенко и др. // Материалы IV Всероссийской конференции «Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья» — Барнаул, 2009.-С. 167.

8. Определение антиоксидантной активности депротеинизиро-ванной творожной сыворотки [Текст] / Е.В. Богданова, М.О. Фисенко, Е.И. Мельникова и др.// Материалы XIX Российской молодежной научной конференции — Екатеринбург, 2009. — С. 8 -9.

9. Оптимизация условий гидролиза инулина в молочно-растительном экстракте топинамбура [Текст] / М.О. Фисенко, Е.И. Мельникова, Я.И. Коренман и др.//Материалы X международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» - Казань, 2009. - С. 424.

10. Мельникова, Е.И. Перспективы использования цикория в технологии молокосодержащих продуктов [Текст] / Е.И. Мельникова, Е.Б. Станиславская, М.О. Фисенко // Материалы VÍII международного симпозиума «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования» - Москва, 2009. - С. 385 - 387.

11. Мельникова, Е.И. Перспективы использования топинамбура в технологии молокосодержащих продуктов [Текст] / Е.И. Мельникова, С.И. Нифталиев, М.О. Фисенко 7/ Материалы VIII международного симпозиума «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования» - Москва, 2009. - С. 382 - 384.

12. Мельникова, Е.И. Анализ химического состава молочно-растителыюго экстракта топинамбура [Текст] / Е.И. Мельникова, М.О. Фисенко // Материалы XLVIII отчетной научной конференции за 2009 г. -Воронеж, 2010. -Часть 1. -С. 46.

13. Оптимизация условий экстрагирования инулина из топинамбура [Текст] / М.О. Фисенко, Е.И. Мельникова, Я.И. Коренман и др.// Материалы IV международной конференции «Экстракция органических соединений» - Воронеж, 2010. - С. 412.

М.Мельникова, Е.И. Способы повышения ангиоксидантной активности напитков [Текст] / Е.И. Мельникова, М.О. Фисенко // Современные наукоёмкие технологии. — 2010. - №10. — С. 181 - 182.

15. Мельникова, Е.И. Анализ аминокислотного состава молоч-но-растительного экстракта из топинамбура [Текст] / Е.И. Мельникова, М.О. Фисенко // Материалы Всероссийской молодежной конференции «Биотехнология растительного сырья, качество и безопасность продуктов питания». — Иркутск. — 2009. — С. 53 — 54.

16. Мельникова, Е.И. Молочная сыворотка в борьбе с окислительным стрессом [Текст] / Е.И. Мельникова, М.О. Фисенко, H.H. Но-вомлинская // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2010. -№12. - С. 49-50.

17. Фисенко, М.О. Перспективы применения молочно-расти-тельнош экстракта цикория в технологии безалкогольных напитков [Текст] / М.О. Фисенко, Е.И. Мельникова, Я.И. Коренман // Материалы XI международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии». - Казань, 2010. - С. 210.

18. Мельникова, Е.И. Определение антиоксидантной активности молочно-растительных экстрактов тошшамбура и цикория [Текст] / Е.И. Мельникова, М.О. Фисенко // Материалы II Международной научно-технической конференции «Новое в технологии и технике пищевых производств». — Воронеж, 2010. — С. 86 — 88.

19. Фисенко, М.О. Анапиз биофлавоноидов в молочно-

?астительных экстрактах [Текст] / М.О. Фисенко, Е.И. Мельникова, [.Е. Стрельникова // Материалы I международной научно-

практической конференции «Современная наука: теория н практика». -Ставрополь. -2010. -Том 1. -С. 501-505.

20. Фисенко, М.О. Применение молочно-расгительного экстракта топинамбура в технологии чайного напитка [Текст] / М.О. Фисенко, Е.И. Мельникова II Материалы II международной научной конференции «Молодежная наука - пищевой отрасли». - Ставрополь. -2011.-С. 172-174.

21. Сенсорометрический метод контроля качества и безопасности творожной сыворотки и продуктов ее биотехнологической переработки [Текст] / Е.И. Мельникова, С.И., Нифталиев, М.О. Фисенко и др. II Материалы международной научно-технической конференции «Современные достижения биотехнологии». - Ставрополь. - 2011. -С. 97-100.

Патенты РФ

1. Пат. 2367938 РФ, МПК G01N 27/12. Портативное проточное устройство для анализа жидких фаз [Текст] / Коренман Я.И., Нифталиев С.И., Мельникова Е.И., Каданцев A.B., Рудниченко Е.С., Селиванова A.A., Лобанова Е.М, Фисенко М.О.; опуол. 20.09.2009, Бюл. № 26.-С.661.

2. Пат. 2409966 РФ, МПК А23С 23/00. Способ получения мо-лочно-растительного экстракта топинамбура [Текст] / Мельникова Е.И., Нифталиев С.И., Фисенко М.О.; опубл. 27.01.2011, Бюл. № 3. -С. 631.

3. Пат. 2426096 РФ, МПК G01N 21/47. Способ количественного определения мутности жидких дисперсных систем и устройство для его осуществления [Текст] I Хрипушин В.В., Мельникова Е.И., Фисенко М.О., Богданова Е.В.; опубл. 10.08.2011, Бюл. № 22. - Ч. I. -С. 231.

Подписано в печать 04.04. 2012. Формат 60 х 84 1/16 Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 57

ФГБОУВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» (ФГБОУВПО «ВГУИТ») Отдел полиграфии ФГБОУВПО «ВГУИТ» Адрес университета и отдела полиграфии: 394036, Воронеж, пр. Революции, 19

61 12-5/3448

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕЮ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ И КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫХ КОМПОЗИЦИЙ ДЛЯ НАПИТКОВ С АНТИОКСИДАНТНЫМИ СВОЙСТВАМИ

Специальность: 05.18.04 - «Технология мясных, молочных и рыбных

продуктов и холодильных производств»

на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

ФИСЕНКО Михаил Олегович

ДИССЕРТАЦИЯ

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Мельникова Е.И.

Ставрополь - 2012

Содержание

Введение 4

1 Литературный обзор 5

1.1 Молочная сыворотка как источник функциональных нутриентов 5

1.2 Современное состояние и перспективы переработки молочной

сыворотки 8

1.3 Прогрессивные технологические методы модификации химического состава и свойств молочной сыворотки 14

1.4 Перспективы применения антиоксидантов в продуктах

функциональной направленности 19

Заключение 22

2 Экспериментальная часть 24

2.1 Организация и объекты исследований 24

2.2 Общие методы исследований 26

2.3 Специальные методы исследований 27

2.4 Материально-техническая база эксперимента 39

2.4.1 Ультрафильтрационная установка 39

2.4.2 Хроматограф VARIAN 920-LC 40

2.4.3 Анализатор антиоксидантной активности

«ЦветЯуза-01 -АА» 42

2.4.4 Устройство для количественного определения мутности жидких дисперсных систем 44

2.4.5 Устройство для сенсорометрического анализа жидких фаз 46

2.5 Статистическая обработка результатов эксперимента 52

3 Получение полифункциональных композиций на основе творожной сыворотки 54

3.1 Обоснование выбора растительного сырья для модификации состава

и свойств творожной сыворотки 54

3.2 Оптимизация условий биотехнологической трансформации

творожной сыворотки 57

3.3 Исследование химического состава, свойств и срока годности

молочно-растительных экстрактов 69

3.5 Разработка технологии полифункциональных композиций 92 4 Совершенствование технологий напитков с повышенной

антиоксидантной активностью 96

4.1 Разработка рецептурно-компонентных решений напитков с

повышенной антиоксидантной активностью 99

4.2 Изучение химического состава, показателей качества и срока

годности напитков на основе полифункциональных композиций 112

4.3 Совершенствование технологии напитков 123 Выводы 130 Список использованной литературы 132 Приложение А 144 Приложение Б 146 Приложение В 149 Приложение Г 164 ПриложениеД 180 Приложение Е 193

1 Литературный обзор

1.1 Молочная сыворотка как источник функциональных нутриентов

Молочная сыворотка является побочным продуктом при производстве сыров, творога и казеина. В зависимости от вырабатываемого продукта, получают подсырную, творожную и казеиновую сыворотку. При производстве этих продуктов в сыворотку переходит в среднем 50% сухих веществ молока, в том числе большая часть лактозы и минеральных веществ. Степень перехода определяется размерами этих компонентов, а также способом разделения молока (таблица 1) [124, 125, 127].

Таблица 1 - Степень перехода компонентов молока в молочную сыворотку

Степень перехода компонентов

Компонент Размер час- молока в молочную сыворотку, %

молока тиц, нм Традиционные Нетрадиционные

способы способы

Молочный жир 2000 - 5000 7,7 0,0

Белки:

казеин 100-200 22,5 0,0

сывороточные 15-50 95,0 98,0

Лактоза 1,0-1,5 96,2 96,5

Минеральные 0,2 - 2,0 81,1 60,6

соли

Сухие вещества — 49,9 45,1

Энергетическая ценность молочной сыворотки составляет 36% от энергетической ценности цельного молока. Основным компонентом сыворотки является лактоза, которая составляет в сухом веществе 70 - 75%. Коэффициент эквивалентной сладости ее в 6 раз меньше, чем у сахарозы. Позитивное действие на организм лактозы заключается в том, что она медленно подвергается гидролизу, и стимулирует жизнедеятельность кишечной микрофлоры, которая продуцирует молочную кислоту, подавляющую процессы

гнилостного брожения и способствует усвоению фосфора и кальция. Структурные компоненты лактозы (глюкоза, галактоза) участвуют в синтезе резервного углевода человеческого организма гликогена и образовании гангли-козидов мозга.

Помимо лактозы, в состав углеводного комплекса молочной сыворотки входят моносахара (глюкоза), олигосахара (лактулоза и серологически активные сахара), аминосахара (нейраминовая и сиаловая кислоты, кетопенто-за) [86].

Липидный комплекс сыворотки представлен молочным жиром (0,05 -0,5%). Высокая степень дисперсности жировых шариков по сравнению с цельным молоком положительно влияет на его усвояемость. Кроме молочного жира присутствуют и другие фракции липидов молока, в т.ч. фосфатиды (лецитин, кефалин, сфингомиелин) и стерины (холестерин, эргостерин) [125].

В молочной сыворотке в среднем содержится 134 мг/100 мл азотистых соединений. Из них 65 % являются белковыми, 35 % - небелковыми. В состав белковых азотистых соединений сыворотки входят некоторые фракции казеина, например х~казеин, и все фракции сывороточных белков - а-лактоальбумин, |3-лактоглобулин, иммуноглобулины, альбумин сыворотки крови, церуплазмин, протеозопептоны. В них содержатся больше незаменимых аминокислот, чем в казеине. По своей биологической ценности сывороточные белки превосходят даже белок куриного яйца [125, 128].

Молочная сыворотка является продуктом с естественным набором жизненно важных минеральных соединений, относящихся к функциональным нутриентам (таблица 2).

Водорастворимые витамины молока практически полностью переходят в молочную сыворотку. Содержание жирорастворимых витаминов в сыворотке по сравнению с цельным молоком несколько снижено, в то же время пиридоксина, холина и рибофлавина в сыворотке больше, что обусловлено жизнедеятельностью молочнокислых бактерий при производстве белковых продуктов [124].

Таблица 2 - Минеральный состав молочной сыворотки

Показатель Содержание в 100 г сыворотки

1 2

Макроэлементы, мг:

кальций 84

калий 102

магний 10

натрий 35

фосфор 3

сера 2

хлор 77

Микроэлементы, мкг:

алюминий 35

барий 7,4

бор 21

бром 14

ванадий 10,8

железо 47

йод 6,3

кадмий 1,3

кобальт 0,6

кремний 14,3

литий 13

марганец 4

медь 8

молибден 3,5

никель 2

селен 1,4

серебро 2,4

стронций 12

сурьма 1,75

фтор 14

хром 1,4

цинк 280

Из органических кислот в молочной сыворотке обнаружены молочная (1,24%), лимонная (0,016%), нуклеиновая кислоты, а также летучие жирные кислоты: уксусная, пропионовая, муравьиная, масляная, капроновая, мири-стиновая, миристолевая, пальмитиновая, стеариновая [124].

В сыворотке идентифицированы все основные типы ферментов: гидролазы, фосфорилазы, ферменты расщепления, катализа, окислительно-восстановительные, переноса и изомеризации [124, 129]. В сыворотке по сравнению с другими видами белково-углеводного сырья ферментные системы более выражены, что необходимо учитывать при ее хранении и переработке.

Таким образом, сыворотка является ценным молочным сырьем с высокой пищевой и биологической ценностью. Уникальный химический состав молочной сыворотки дает возможность считать ее перспективным сырьем для создания рецептурных композиций продуктов функциональной и профилактической направленности.

1.2 Современное состояние и перспективы переработки молочной сыворотки

Проблема полного и рационального использования молочной сыворотки существует во всех странах с развитой молочной промышленностью [27]. Это обусловлено значительными объемами молочной сыворотки, получаемой по традиционной технологии при производстве белково-жировых продуктов. Доля этих продуктов составляет лишь 10-20 % массы молока, а 80 -90 % приходятся на получаемую в качестве побочного продукта сыворотку. В странах с развитой молочной промышленностью (США, Германия, Франция, Нидерланды) перерабатывается от 50 до 95% ресурсов молочной сыворотки [28, 128].

В России традиционно выпускается широкий ассортимент молочных продуктов. Нормальное функционирование молочной отрасли страны требует повышения эффективности производства. В первую очередь это касается ресурсосбережения, так как затраты на сырье очень велики, они достигают 80% себестоимости молочных продуктов. Проблема дефицита сырья может

быть решена за счет использования молочной сыворотки, ресурсы которой в

8

нашей стране превышают 3,5 млн. т в год. В сыворотку переходит более 50% сухих веществ [124], в том числе 30% белков, поэтому она обладает высокой пищевой и биологической ценностью [55]. Не следует сбрасывать со счетов и экологический аспект: 1 т молочной сыворотки, сливаемой в канализацию, загрязняет водоемы так же, как 100 м3 хозяйственно-бытовых стоков [68].

Переработка молочной сыворотки в России, несмотря на многочисленные разработки в этой области [68, 124], сдерживается по нескольким причинам. Среди них можно выделить незначительные инвестиции в молочную промышленность, отсутствие средств на внедрение современных технологий и покупку оборудования, недостаточные информация о преимуществах продуктов из сыворотки и реклама здорового образа жизни, отсутствие массового производства продуктов на основе молочной сыворотки, либерализм экологической службы в отношении сброса сыворотки в канализацию и др.

Структура использования молочной сыворотки в России (рисунок 1) за последние годы претерпела значительные изменения. Резко сократилось производство продуктов переработки сыворотки: молочного сахара-сырца - в 3,6 раза (до 2,2 тыс. т), рафинированного - в 24 раза (до 0,07 тыс. т), сыворотки сгущенной без сахара - в 22 раза, сыворотки сгущенной с сахаром - в 5 раз [28]. Значительно уменьшился выпуск обогащенной молочной сыворотки, хорошо зарекомендовавшей себя при откорме свиней. В целом снизилась доля промышленной переработки молочной сыворотки: в 1991 г. - 39 %, в 2002 г. - 35 %, в 2003 г. - 26 %, в 2007 г. - 22%, в 2010 г. - менее 20% [98].

В Европе (рисунок 1), занимающей лидирующее положение в мире по производству молока, наблюдается положительная динамика объемов предназначенной для переработки сыворотки за счет увеличения производства сыра и казеина. Европейская сыродельная промышленность производит 6,8 млн. т. сыра в год.

о

с

«

о

X

X

<а

н

о V®

ю ^

03

О, а> 2

а, к

<и ж

с <и

И

« сз

Н а

О

о. ей

о к

Э

о О

>к а

о а

к й

сг ч

о

ч

о

«

о

«

РФ

США

Западная Европа

1 - сухая сыворотка, 2 - лактоза, 3 - концентрат сывороточных белков, 4 - сгущенная сыворотка, 5 - безлактозная деминерализованная сыворотка, 6 - кормовые цели, 7 - прочие направления использования, 8 - потери

Рисунок 1 - Направления использования молочной сыворотки

Молочная промышленность Европы дает сырье для 3 млн. т. лактозы и 0,39 млн. т. белков сыворотки. Основными производителями сыворотки в Европе являются "Лакталис/Лактозерум" (Франция) - 5 млн. т, "Боркуло До-мо Ингридиент" (Нидерланды) - 4,2 млн. т, "ДМВ Интернешнл" (Нидерланды) - 3,0 млн. т. "Арла Фудс" (Дания/Швеция) - 2,9 млн. т. и "Евросерум" (Франция) - 2,5 млн. т. [28]. Эти фирмы занимаются глубокой переработкой сыворотки, что экономически выгодно и приносит прибыль. Все они объединены в Европейскую ассоциацию переработчиков сыворотки (Е\УРА) и совместно с другими странами один раз в 3 - 4 года проводят международные конференции по молочной сыворотке.

Переработка молочной сыворотки в Европе направлена в первую очередь на производство продуктов питания (рисунок 2).

10

IOC - - ■ ,ä

i цл

I

i! - '1

i

tl

I

I

p

о"

54/0 r.

Пи л' и1..* ¡, • > Z2 Kijijw.i

Рисунок 2 - Динамика переработки сыворотки в Европе

Основной путь решения проблемы комплексной переработки молочного сырья видится в создании безотходных технологий сыра, творога и казеина. В настоящее время известны два подхода к переработке сыворотки:

• полное использование сухих веществ;

• раздельное использование составных компонентов.

Первый подход реализуется по двум направлениям. Первое - использование натуральной сыворотки как ингредиента хлебобулочных изделий, напитков и желе, десертов и мороженого, а также для приготовления питательных сред, кормов и удобрений, моющих средств и косметики.

Попытки использовать для удобрения полей как непосредственно сыворотку, так и сточные воды молочных заводов, содержащие значительный процент сыворотки, показали, что при концентрации сыворотки в них более 10% происходит угнетение роста многих сельскохозяйственных культур, зависящее от типа почв и вида растения. Помимо всего прочего, использование сыворотки в необработанном виде неперспективно с точки зрения транспортировки и быстрой порчи при повышенных температурах, особенно в летний период, когда в России образуются наибольшие объемы сыворотки [135].

Второе направление полного использования сухих веществ сыворотки более перспективно. Оно дает возможность получать: сгущенные и сухие сывороточные концентраты, сухую деминерализованную сыворотку, сухую

безлактозную сыворотку, сухую сыворотку с наполнителями, блочную сыворотку (продукты с промежуточной влажностью), гранулированную сыворотку. Полное использование компонентов сыворотки базируется на обезвоживании путем выпаривания под вакуумом и сушки. Представляет интерес сгущение сыворотки до высоких концентраций (более 70% сухих веществ), так как стоимость сушки на порядок дороже выпаривания. При этом можно получать продукты с промежуточной влажностью [128]. Например, оборудование "РагаНазЬ", разработанное фирмой "Ангидро" (Дания), предполагает сгущение сыворотки или пермеата до 70-80% сухих веществ. Эффективность применения различных технологических схем переработки сыворотки на сгущенные концентраты характеризуется и различной прибылью предприятии. С этих позиции, например, производство сгущенной очищеннои сыворотки с содержанием сухих веществ 30% менее экономично (рентабельность продукта 12,5%), чем применение биотехнологии сгущенной гидролизован-ной сыворотки (рентабельность 41,1%) [127]. Раздельное использование компонентов сыворотки позволяет получить: подсырные сливки, казеиноальбу-минную массу, концентраты сывороточных белков, молочный сахар, концентраты белков с полисахаридами (пектин, хитозан), минерализат солей [121]. Одно из традиционных направлений переработки молочной сыворотки - производство молочного сахара. Как было отмечено ранее, его в России производится очень мало. Утверждение, что это очень энергоемкий процесс и производство молочного сахара невыгодно, несколько противоречит европейским понятиям. Например, более 50 лет существует частная фирма ]У^§1е (Германия), которая в центре Европы производит молочный сахар (лактозу) различных видов. Причем объемы собственной сыворотки только 0,5 млн. т в год, а привозной - 4,5 млн. т в год [98].

В последние годы уделяется усиленное внимание глубокой переработке молочной сыворотки - получению производных из отдельных компонентов (гидролизаты молочного жира и белков, производные лактозы - лактуло-

за, лактитол, тагатоза и др.). Следует отметить, что производные лактозы -

12

галактоолигосахариды и лактулоза - это превосходные компоненты при составлении рецептур продуктов функционального питания [21]. Все направления глубокой переработки молочной сыворотки связаны с биотехнологией, позволяющей получать широкую гамму продуктов [26]. К ним относятся: органические кислоты и спирт этиловый; микробный жир, белок одноклеточных микроорганизмов и биоЗЦМ; ферменты, аминокислоты и витамины; глюкозогалактозный сироп (ферментативный гидролиз); метан, биогаз, углекислый газ; антибиотики и антиоксиданты. За рубежом на основе глубокой переработки молочной сыворотки выпускается широкий ассортимент продуктов энтерального питания, которые обеспечивают поддержание и реабилитацию пищевого статуса здоровых и больных людей [98]. Следует подчеркнуть, что экономически выгодно получать из сыворотки высокоочищен-ные белковые компоненты. Например, мировая потребность только в одном из минорных белков - лактоферрине - оценивается в 5 млрд. долл. США. Интересен опыт по кооперации при переработке сыворотки, когда сырье свозится на одно предприятие. К примеру, из поступающей с молокоперераба-тывающих заводов сыворотки на фирме Meggle производится лактоза, на "ДМВ" - сухая сыворотка, в Белоруссии (Пружаны) - этиловый спирт, на австрийской фирме Fresenius Kabi - лактулоза. В Германии около 240 заводов утилизируют сыворотку с получением биогаза. Ряд российских предприятий и фирм владеют опытом по переработке молочной сыворотки. В Ставрополе выпускаются комбинированный сухой продукт "Ставропольский", напитки, хлебобулочные изделия, плавленые сыры, майонез; в Бежецке - ЗЦМ и деминерализованная сыворотка, в Рубцовске - сухая сыворотка, в Ипатово -молочный сахар и бифидогенные кормовые добавки - БИКОДО [128].

Интерес к молочной сыворотке во всем мире продолжает расти. В первую очередь это касается технологий глубокой переработки молочной сыворотки, которые позволяют получать продукты, подобные лека�