автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Разработка технологии совместной коагуляции молочных и растительных белков в производстве творожного продукта с пониженной аллергенностью

На правах рукописи

КРУЧИНИН АЛЕКСАНДР ГЕННАДЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СОВМЕСТНОЙ КОАГУЛЯЦИИ МОЛОЧНЫХ И РАСТИТЕЛЬНЫХ БЕЛКОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ ТВОРОЖНОГО ПРОДУКТА С ПОНИЖЕННОЙ АЛЛЕРГЕННОСТЬЮ

Специальность 05.18.04 - технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств

13 НОЯ 2014

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2014

005555103

005555103

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном научном учреждении «Всероссийский научно-исследовательский институт молочной промышленности» (ФГБНУ «ВНИМИ»),

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор,

академик РАН

Харитонов Владимир Дмитриевич Официальные оппоненты: Антипова Татьяна Алексеевна

доктор биологических наук, доцент, Государственное научное учреждение научно -исследовательский институт детского питания Российской академии сельскохозяйственных наук, главный научный сотрудник Положишникова Марина Александровна кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова», доцент кафедры товароведения и товарной экспертизы Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное научное

учреждение «Всероссийский научно-

исследовательский институт пищевой биотехнологии»

Защита диссертации состоится » 2014 г. в Уз^часов

на заседании диссертационного совета ДМ 006.021.01 при Федеральном государственном бюджетном научном учреждении «Всероссийский научно-исследовательский институт мясной промышленности им. В.М. Горбатова» по адресу 109316, Москва, ул. Талалихина, д. 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБНУ «ВНИИМП им. В.М. Горбатова» и на сайте www.vniimp.ru.

Автореферат разослан «¿3 » СКТАЛ^А- 2014 г. Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, старший научный сотрудник А.Н. Захаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

По данным Федеральной службы государственной статистики Росстат, опубликованным в Российском статистическом ежегоднике за 2013 г., наблюдается стабильная тенденция к росту потребления творожных продуктов. Творог и творожные продукты являются непревзойденным источником незаменимых для организма макро- и микронутриентов -полноценного белка и кальция. Помимо этого причиной востребованности данного продукта является его приемлемая цена, высокая пищевая и энергетическая ценность, растущий с каждым годом ассортимент.

В сегменте творожной продукции особенно быстро развивается производство мягкого творога вырабатываемого при помощи мембранных технологий, с повышенным содержанием полноценных сывороточных белков. Благодаря этому такой продукт успешно используется в диетологии, однако не показан для питания людей, в разной степени страдающих аллергией на молочные белки и, часто, просто исключается из рациона. Именно поэтому сейчас большое внимание уделяется разработке молочных продуктов с пониженной аллергенностью, обладающих сбалансированным составом, а также способствующих укреплению иммунных функций организма.

Теоретические и практические основы в области исследований творожных продуктов и изучения пищевой аллергии на молочные белки заложены в трудах Королевой О.В., Липатова H.H., Jlycc Л.В., Покровского А.Н., Рогова И.А., Харитонова В.Д., Храмцова А.Г., Ajonu R., Araujo М.С. Frenhani Р.В., Möller N.P., Rishe Sh. и др.

Учитывая вышеперечисленное, разработка нового творожного продукта с пониженной аллергенностью и повышенным содержанием полноценного белка является актуальной.

Решить задачу создания творожного продукта с пониженной аллергенностью и повышенным содержанием полноценного белка позволит применение биокаталитической конверсии полипептидов молока и дополнительное внесение менее аллергенных растительных белков.

Цель и задачи.

Целью работы являлось создание технологии совместной коагуляции молочных и растительных белков в производстве творожного продукта с пониженной аллергенностью.

Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:

- подобрать ферментную композицию и исследовать параметры процесса биокаталитической конверсии белков молочной сыворотки, а также изучить совокупное влияние технологических факторов на качественные характеристики получаемых гидролизатов;

исследовать возможность использования двухстадийного концентрирования гидролизованных белков молочной сыворотки на мембранах с различной степенью проницаемости с целью фракционирования белков с определенной молекулярной массой;

определить композиционный состав и оптимизировать количественные соотношения компонентов молочно-растительной модельной системы с учетом снижения остаточной антигенности и повышения пищевой ценности продукта, а также уточнить режимы диспергирования смеси;

- подобрать заквасочные культуры и определить рациональные дозы их внесения в молочно-растительную модельную систему;

- определить параметры процессов тепловой обработки и ультрафильтрации молочно-растительного сгустка;

- провести комплексные исследования показателей творожного продукта с пониженной аллергенностью и обосновать сроки его годности;

- разработать комплект нормативной документации на творожный продукт с пониженной аллергенностью и провести выработку опытной партии.

Научная новизна.

Доказано, что использование приемов направленного ферментативного гидролиза белков молочной сыворотки ферментными препаратами А1са!азе и РгоЬтех, обладающих определенной субстратной специфичностью совокупно с двухстадийной мембранной фильтрацией приводит к снижению остаточной

антигенности полученных гидролизатов с сохранением привлекательных органолептических характеристик.

В зависимости от состава ферментной композиции и режимов ферментации молочной сыворотки установлены различные параметры процесса совместной коагуляции молочных и растительных белков.

Установлены закономерности изменения антигенных свойств творожного продукта от режимов биокаталитической конверсии белков молочной сыворотки и параметров совместной коагуляции молочных и растительных белков.

Практическая значимость.

Разработан технологический процесс получения гидролизата сывороточных белков. Разработан и утвержден комплект ТД (ТУ 9229-53200419785-13); внедрение разработанной технологии проведено на ОАО «Молочный комбинат Воронежский».

Разработан технологический процесс получения творожного продукта с пониженной аллергенностью на основе совместной коагуляции молочных и растительных белков. Разработан и утвержден комплект НД (СТО 00419785018-2014) на продукт творожный для диетического профилактического питания; осуществлен выпуск опытной партии продукта на молочном заводе ООО «ВИВА».

Подана заявка на патент «Способ получения низкогидролизованных пептидных композиций из белков молочной сыворотки» № 2013126576 от 11.06.2013 г. Решение о выдаче патента по заявке от 09.07.2014 г.

Диссертационная работа выполнена соискателем лично, включая анализ литературно-информационных источников; определение методологии проведения исследований получение и обобщение теоретических и экспериментальных данных; формулирование выводов. Соавторство по ряду этапов отражено в списке публикаций и заявках на изобретение.

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы были обсуждены в рамках VII научно-практической конференции молодых ученых и специалистов отделения хранения и переработки сельскохозяйственной продукции Россельхозакадемии «Научный вклад молодых ученых в развитие пищевой и

перерабатывающей промышленности АПК», г. Москва, 2013 г.; 6-ой Конференции молодых ученых и специалистов Отделения хранения и переработки сельскохозяйственной продукции Россельхозакадемии «Фундаментальные основы и передовые технологии в пищевой и перерабатывающей промышленности», г. Видное, 2012 г.; Всероссийской научно-практической конференции «Пути интенсификации производства и переработки сельскохозяйственной продукции в современных условиях. Переработка сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов», г. Волгоград, 2014 г.; XIV Всероссийском Конгрессе диетологов и нутрициологов с международным участием «Алиментарно-зависимая патология: предиктивный подход» г. Москва, 2012 г.; Золотая медаль на Всероссийском смотре-конкурсе лучших инновационных разработок 5-6 июня 2014 год г. Волгоград «За инновационные разработки технологий высококачественных молочных продуктов».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, из которых 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 положительное решение о выдаче патента.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, методической части, экспериментальной части, основных результатов и выводов, списка использованной литературы, содержащего 187 отечественных и зарубежных источников и приложений. Работа изложена на 149 страницах, включает 45 таблиц, 45 рисунков и 8 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность и необходимость выбранного направления исследований, изложены научная новизна, практическая значимость, сформулированы цель и задачи исследований.

В первой главе проведен аналитический обзор научно-информационной литературы российских и иностранных авторов, проведен обзор рынка творожных продуктов в Российской Федерации, рассмотрены основные аспекты и возможные сырьевые источники для создания молочных продуктов сбалансированного питания, проведен анализ проблемы пищевой аллергии на молочные продукты и рассмотрены приемы биокаталитической конверсии молочных белков с целью снижения антигенных свойств,

6

проанализированы особенности применения баромембранных процессов при производстве функциональных творожных продуктов.

Сформулированы основные направления исследований по разработке технологии творожного продукта с пониженной аллергенностью на основе совместного использования молочных белков в т.ч. гидролизованных и изолированных растительных белков. Определена цель работы и задачи исследований.

Во второй главе изложена организация, объекты и методы проведения экспериментов. Схема проведения исследований представлена на рис. 1.

Исследования проводились в ГНУ ВНИМИ Россельхозакадемии (ныне ФГБНУ «ВНИМИ») в ходе реализации Государственного контракта Министерства образования и науки РФ №12.527.11.0008 по теме: «Разработка технологии получения гипоаллергенных функциональных молочных продуктов».

Блок исследований в области биокаталитической конверсии белков молочной сыворотки выполнен в ФГБУН Института биохимии им. А.Н. Баха РАН. Промышленная апробация технологии ферментативного гидролиза проводилась на ОАО «Молочный комбинат Воронежский». Выпуск опытной партии творожного продукта для диетического профилактического питания осуществлялся на молочном заводе ООО «ВИВА».

Объектами исследований являлись: сыворотка молочная подсырная по ГОСТ Р 53438-2009; ферментные препараты Ргойтех и А1са1азе 2.4 Ь по действующей технической документации; молочно-белковые концентраты гидролизованых белков молочной сыворотки, полученные с использованием ультрафильтрации (КГБМС); молоко коровье сырое по ГОСТ Р 52054 -2003; молоко обезжиренное - сырье по ГОСТ Р 53503-2009; изолят соевого белка «8ирго 760» по ТУ 9146-006-58837688-04(с изменениями); заквасочные культуры из коллекции Центральной лаборатории микробиологии ФГБНУ «ВНИМИ» по действующей технической документации; молочный жир по ГОСТ Р 52971-2008; заменители молочного жира по ГОСТ Р 53796-2010; диоксид титана по ГОСТ 9808-84; вкусоароматическая добавка Стабикрим «Творог» по ТУ 9145-003-60539024; творог полученный методом ультрафильтрации по ТУ 9222-461-00419785-10; творог с использованием концентрата сывороточных белков по ТУ 9222-453-00419785-10.

7

Рисунок 1 - Схема проведения исследований

Для проведения стендовых испытаний использовали ультрафильтрационные установки AL, 362.00.00.00 и AL 327.00.00.00, а также гидродинамический смеситель-диспергатор ГИД 170/70.

Определение физико-химических и микробиологических показателей проводили с использованием стандартизованных методов: отбор проб и пробоподготовку по ГОСТ 3622-68; массовую долю жира по ГОСТ 5867-90 и ГОСТ 976-81; массовую долю белка по ГОСТ Р 53951-2010; массовую долю лактозы по ГОСТ 51259-99; массовую долю влаги и сухих веществ по ГОСТ 3626-73; массовую долю сывороточных белков по ГОСТ Р 54756-2011; массовую долю углеводов по ГОСТ Р 54667-2011; измерение кислотности по ГОСТ Р 54669-2011; измерение величины pH по ГОСТ Р 53359-2009; жирнокислотный состав ГОСТ 51483-99; температуру застывания, твердость и массовую долю твердых триглицеридов по ГОСТ 976-81; влагоудерживающую способность по ГОСТ 7836-85; фракционный состав белков по ГОСТ Р 53761-2009; определение количества мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов — по ГОСТ Р 534302009; бактерий группы кишечных палочек (колиформы) — по ГОСТ Р 534302009; патогенных микроорганизмов, в том числе сальмонелл - по ГОСТ Р 52814-2007; S. aureus - по ГОСТ 30347-97; дрожжей и плесеней по ГОСТ 10444.12-88, молочнокислых микроорганизмов по ГОСТ 10444.11-89.

Молекулярно-массовое распределение белковых фракций определяли методом электрофореза, аминокислотный состав методом ВЖХ, микроскопические исследования проводили на микроскопе Olympus ВХ50 (хбОО), диаметр мицелл электронно-микроскопическим методом, цветность колориметрическим методом, структурно-механические характеристики определяли на ротационном вискозиметре «Реотест-2», оценку сбалансированности аминокислотного состава по методике Липатова H.H., относительную биологическую ценность с использованием препарата инфузорий Tetrahymena pyriformis, сроки хранения в соответствии с МУК 4.2.1847-04, степень гидролиза и содержание свободных аминокислот спектрофотометрическим методом при длине волны 340 и 420 нм соответственно, органолептическую оценку по ГОСТ 28283-89 и методикам приведенным в работах Соколовой О.В. и Олефировой А.П., остаточную антигенность определяли методом гетерогенного конкурентного непрямого иммуноферментного анализа содержания белка-аллергена в молочных

9

продуктах, степень горечи и интенсивность привкуса определяли органолептически по изложенной в работе D. Spellman методике.

Обработку массивов экспериментальных данных проводили при помощи прикладных сервисных программ Microsoft Office Excel 2010 и Statistica 8.0.

Глава 3. Экспериментальная часть

3.1. Исследование параметров ферментативного гидролиза белков молочной сыворотки

Исследования параметров ферментативного гидролиза моноферментными композициями Protamex и Alcalase в субстрат-ферментном соотношении 3% проводили на молочной сыворотке и концентрате сывороточных белков при рН=6,0-6,5 и 7,0 достигнутом дотитровкой 40% раствором гидроксида натрия при температуре процесса(50±2)°С (рисунок 2иЗ).

О 15 30 45 60 75 ЧО 105 120 135 150 „ |5 j0 4J 60 7J м |0, ,20 |}5 |50

Продолжительность, ........Продолжительность, мои.

■ Alcjlasc. м..(.б - 0,К%. 5сч лоштронкн Мса|а*е. ч.д.6,- о.к%. pli ■ 7,0; ■ Protamex. м.л о - 0,Х%. ("чм лоптгровкм ■ Рпнппк'х. ч д.б - О.Х"!.. pli 7,0;

Alcalasc. м.д.6 = 3.5%. бсэ дстштронкн • \1сл|а,о. ч.л о. 3.5%.рН-7.0; Prolamcx.м.л.б. 3.5%,ОС) лоштропкн ■ Ргогатек, М.Л.6 3.5%,рН 7.0:

а) ферментный препарат А1са1а5е б) ферментный препарат Рго1ашех Рисунок 2 -Изменение степени гидролиза молочной сыворотки в процессе биокатализа моноферментными композициями

а) ферментный препарат А1са1аве б) ферментный препарат РгсЛатех Рисунок 3 - Динамика накопления свободных аминокислот(САК) при гидролизе молочной сыворотки моноферментными композициями

Анализируя полученные кинетические зависимости, прослеживается тенденция нарастания степени гидролиза с уменьшением временного фактора при воздействии ферментного препарата на образец с минимальным содержанием белка. Также установлено, что при рН ниже 7,0 наблюдается закисление реакционной среды образующимися в процессе гидролиза аминокислотами и пептидами, приводящее к частичной инактивации ферментов и снижению эффективности гидролиза. Исходя из этого рациональная кислотность реакционной среды была принята рН=7. Кроме того представленные данные свидетельствуют, о том что продолжительность процесса не должна превышать 90 минут, так как при увеличении временного фактора степень гидролиза изменяется незначительно, однако содержании свободных аминокислот увеличивается.

В ходе последующих экспериментов было проведено исследование конкурентного взаимодействия ферментных препаратов А1са1азе(А) и Рго1атех(Р) в биферментных композициях с различными субстрат-ферментными соотношениями (рисунок 4).

а)Остаточная антигенность б)Содержание свободных аминокислот

Рисунок 4 - Зависимость остаточной антигенности и содержания свободных аминокислот ГБМС от продолжительности гидролиза и соотношения ФП Проведенные исследования показали, что при использовании биферментной композиции Р:А(3,5:0,5) гидролизаты имеют наименьшую

остаточную антигенность, при этом по окончании ферментативного

гидролиза молочной сыворотки содержание свободных аминокислот в

гидролизате не превышает 3,7 мг/мл эквивалент глютаминовой кислоты

против практически 5 мг/мл в остальных исследуемых образцах.

Исследована степень гидролиза и проведена органолептическая оценка

опытных образцов, как при совместном, так и при отдельном инкубировании

молочной сыворотки ферментными препаратами А1са1азе и РгсЛатех.

Результаты исследований представлены на рисунке 5. 20

18

О4

314

1,2 а

Н 10 л £ 8 в

Я 6 и

-1

Р(3) А(3) Р:А(3:1) Р:А(3,5:0.5)Р:А(2:2) Р:А(1:3) Ферментная композиция Степень пиролиза га Степень горечи

Рисунок 5 — Зависимость изменения степени гидролиза и степени горечи ГБМС от соотношения ферментных препаратов Анализ экспериментальных данных (рис.5) показывает, что биферментная композиция Р:А(3,5:0,5) обеспечивает высокую степень гидролиза совокупно с отсутствием горького привкуса в продукте.

3.2. Изучение параметров процесса двухстадийного концентрирования гидролизованных белков молочной сыворотки

Для отсечения высокомолекулярных соединений и свободных аминокислот полученный гидролизат был подвергнут двухстадийному концентрированию на рулонных мембранах с порогом задержки 20 кДа -1 стадия и 5 кДа - 2 стадия при температурах 6 и 20°С. В процессе концентрирования были изучены следующие параметры: температура, рабочее давление, скорость фильтрации, расходы концентрата, фильтрата. Результаты исследований представлены на рисунке 6 и 7.

75 НЮ 125 140

«сктельность процесса, мин

ш. дм'/м'ч Фактор концентрирования

170

25 51 78 107 137

Продолжительность процесса, мин

Скорость фильтрации. дм'/м:ч Фактор концентрирования

а) при 1=(20±2)°С б) при 1=(6±2)°С

Рисунок б - Исследование основных параметров на 1-ой стадии процесса двухстадийного концентрирования ГБМС

33 7<> 120 106 215 32 73 120

Пролол'жнтс......оси, ирот-сса. чин Продолжительное!!, процесса, мни

Скорость фильтрации, дм1 м-'и Фактор концентрирования С короаь фильтрации. лм'.ч'и Фцьлор концентрирования

а) при t=(20±2)oC б) при 1=(6±2)°С

Рисунок 7 - Исследование основных параметров на 2-ой стадии процесса двухстадийного концентрирования ГБМС Результаты проведенных исследований показали, что на первой стадии

фильтрации (мембранный элемент с отсечкой 20 кДа) рациональными

режимами являются: рабочая температура концентрируемой среды 20°С,

объемный фактор концентрирования 19, скорость фильтрации 37,5 - 28,8

дм3/м2ч, при давлении на входе в мембранный аппарат 0,51 МПа, а на второй

стадии (мембранный элемент с отсечкой 5 кДа), рабочая температура

концентрируемой среды 20°С, объемный фактор концентрирования 6; удельная

скорость фильтрации 30-16,3 дм3/м2ч, при давлении на входе в мембранный

аппарат 0,55 МПа. Подобранные режимы обеспечивают высокую скорость

фильтрации в процессе концентрирования ГБМС.

13

В полученном при установленных режимах концентрате ГБМС было определено молекулярно-массовое распределение пептидов (таблица 1).

Таблица 1 - Молекулярно-массовое распределение пептидов ГБМС

Диапазон молекулярных масс, кДа Относительное распределение пептидов по молекулярным массам, %

Сыворотка исходная Гидролизат УФ-20 кДа (Пермеат) УФ-5 кДа (Ретентат)

Более 15,0 68,77±1,5 15,35±1,5 0 ±1,5 0 ±1,5

15,0-10,0 24,91±1,5 28,86±1,5 9,76±1,5 11,43±1,5

10,0-3,0 5,59±1,5 53,97±1,5 70,09±1,5 87,25±1,5

Менее 3 0,73±1,5 5,59±1,5 20,15±1,5 1,32±1,5

Как следует из представленных данных, выбранный тип и диаметр пор мембранных элементов, а также последовательность их использования при двухстадийной фильтрации, отвечает поставленным задачам получения гидролизата белков молочной сыворотки, обогащенного средним пептидным комплексом в диапазоне молекулярных масс 3-10 кДа.

3.3. Определение композиционного соотношения компонентов молочно-растнтельной белковой системы и режимов её диспергирования

Для разработки творожного продукта с пониженной аллергенностью первоочередной задачей являлось определение влияния каждого из компонентов в отдельности на снижение остаточной антигенности смеси молока с данным компонентом. Результаты экспериментов представлены на рисунке 8.

0 10 20 30 40

Массовая доля кчшпонен I а,%

• при внесении концентрата ГБМС при внесении изолята соевых белков

Рисунок 8 - Зависимость влияния массовой доли вносимых компонентов на остаточную антигенность смеси

Как видно из графиков рисунка 8, внесение в систему изолированных

белков сои и гидролизованных белков молочной сыворотки до 40% от общего

содержания белка, приводит к значительному снижению остаточной антигенности по конкретным белковым фракциям содержащимся в смеси.

При помощи программы статистического анализа, где условием являлось наибольшее приближение аминокислотного состава смеси к аминокислотному составу белка-эталона ФАО/ВОЗ, а так же приближение жировой фазы к «гипотетически идеальному жиру» была выделена рецептурная композиция, удовлетворяющая заданным критериям оптимизации. Таким образом, белковая система имеет следующий состав: молочный белок - 47% от общего содержания белка, гидролизованный белок - 33% и изолят соевого белка 20%. При создании жировой композиции пришли к выводу, что наибольшую близость по жирнокислотному составу к «гипотетически идеальному жиру» наблюдается при соотношении молочного и растительного (ЗМЖ СолПро 717) жиров 60:40 %.

При составлении смеси были отработаны режимы диспергирования. Данные исследований по параметрам диспергирования представлены на рисунке 9.

г= 29.362-<>.б497х-О.ООЗу-0.0082х'-2 412х>-3,016>- 1 = 22.005-1.88"х-0.003у+0.178х;-0.001ху+3.016у; а) скорости и температуры б) скорости и продолжительности

диспергирования диспергирования

Рисунок 9 - Влияние технических и физических параметров на степень

дисперсности смеси Установлено, что рациональным режимом диспергирования является: температура процесса - (45±5)°С, частота вращения ротора - 2600 об/мин с выдержкой 7 минут. Данный режим диспергирования обеспечивает

эффективное смешивание сухих и жидких компонентов молочно-растительной смеси.

3.4. Исследование процесса формирования калье из молочно-растительной белковой системы

Для управления микробиологическими процессами ферментирования и коагуляции молочно-растительной системы, были исследованы 5 видов

заквасочных культур, из коллекции Центральной лаборатории микробиологии ФГБНУ «ВНИМИ» (таблица 2).

_ Таблица 2 - Видовой состав заквасочных культур_

Условное обозначение образцов Видовой состав заквасочной культуры

ЛТт-контроль Lactococcus lactis subsp. lactis, Lactococcus lactis subsp. cremoris, Streptococcus thermophilus штаммы 43g и 11KC

ЛТт-1 Lactococcus lactis subsp. lactis, Lactococcus lactis subsp. cremoris, Lactococcus lactis subsp. lactis biovar diacetylactis штаммы 79ю;79|з;79з

ЛТт-2 Lactococcus lactis subsp. lactis, Lactococcus lactis subsp. cremoris штамм 21 M

ЛТт-3 Lactococcus lactis subsp. lactis, Lactococcus lactis subsp. cremoris штамм 103 M

ЛТт-4 Streptococcus thermophilus, Lactococcus lactis ssp. cremoris, Lactococcus lactis ssp. lactis, Lactococcus lactis ssp. lactis biovar diacetylactis штаммы 43g и 1 IN

В ходе эксперимента была исследована скорость нарастания активной

кислотности молочно-растительной модельной системы при сквашивании различными видами заквасочных культур (рисунок 10).

4.4

О 60 120 f S0 240 300 360 420 4X0

Продолжительность сквашивания, мин.

Рисунок 10 -Динамика нарастания активной кислотности в процессе сквашивания при использовании различных заквасочных культур На основании проведенных исследований установлено, что при заквашивании молочно-растительной системы трехвидовой заквасочной культурой ЛТт-1 в количестве 5%, процесс нарастания кислотности проходит

наиболее плавно относительно других образцов, при этом продолжительность процесса сквашивания составляет 390 минут с момента внесения заквасочной культуры, что на 30 минут быстрее, чем у контрольного образца, заквашенного производственной закваской ЛТт.

На следующем этапе исследований была проведена органолептическая оценка образцов заквашенных разными видами заквасочных культур. Результаты исследований представлены на рисунке 11.

Кислый вкус

Специфичный цвет \ Кисломолочный вкус

Цвет белый с кремовым оттенком

Соевый привкус

Жидкая консистенция /! \\ Соевый запах

X - \

Вязкая консистенция Кисломолочный танах

Плотная консистенция Посторонний чанах

-—ЛТт ЛТт-1 - - ЛТт-2 ЛТт-3 .....ЛТт-4

Рисунок 11 - Профилограмма органолептической оценки образцов

Анализ полученных данных показал, что наилучшую

органолептическую характеристику имеет образец, полученный с

использованием трехвидовой закваски ЛТт-1. При использовании других

заквасочных культур и штаммов образцам был присущ излишне кислый вкус,

появлялись посторонние запахи отличные от кисломолочного, консистенция

продукта была несвойственна консистенции творога.

3.5. Исследование параметров производства творожного продукта с использованием баромембранных методов

Для установления возможности использования процесса ультрафильтрации для отделения сыворотки от молочно-растительного калье, провели ряд экспериментов по выявлению зависимости производительности ультрафильтрационной установки от температуры, кислотности сгустка, скорости движения в каналах мембраны и используемой заквасочной культуры. Результаты экспериментов представлены на рисунке 12.

* I О'3 м/с Зависимость фактора концсигркроваши от пропо.тж|пслыюст|1 процесса

Рисунок 12-Исследование параметров процесса ультрафильтрации

сквашенного молочно-растительного сгустка По итогам исследований установлены рациональные режимы процесса фильтрации молочно-растительного сгустка: кислотность фильтруемого калье, сквашенного заквасочными культурами ЛТт-1, должна находится в интервале рН=(4,8±0,2), температура фильтрации 1=(50±5)°С, скорость движения сгустка в каналах мембранного аппарата 2,0х 10"2 м/с при рабочем давление на входе 0,60 МПа и факторе концентрирования 4,38.

3.6. Разработка рецептуры творожного продукта с пониженной аллергенностью, выработка опытных партий и исследование показателей качества

По результатам комплексных исследований разработаны рецептурные композиции на творожный продукт с учетом использования, как традиционного сырья (рецептура №1), так и сырьевых ресурсов длительного хранения (рецептура №2). Разработанные рецептуры представлены в таблице 3.

№ Наименование компонентов Расход компонентов на 100 г, г

Рецептура №1 Рецептура №2

1 Молоко нормализованное 3,2% 10,00 -

2 Молоко сухое цельное - 1,48

3 Молоко обезжиренное 35,00 -

4 Молоко сухое обезжиренное - 2.80

5 Концентрат ГБМС 34,91 -

6 Сухой ГБМС - 3,64

7 Изолят соевого белка «Бирго 760» 0.75 0,75

8 Заменитель молочного жира «СолПро 717» 0.48 0,48

9 Диоксид титана 0,30 0,30

10 Вкусоароматическая добавка «Стабикрим» 1,20 1,20

11 Вода 12,36 84,35

12 Закваска на обезжиренном молоке ЛТт-1 5,00 5,00

Итого: 100,00 100,00

В соответствии с поставленными задачами были проведены опытно-промышленные выработки творожного продукта на экспериментальном участке молочного завода ООО «ВИВА». Полученный продукт был заложен на хранение для установления сроков годности согласно МУК 4.2.1847-04. На основании полученных результатов установлен срок годности творожного продукта в герметичной упаковке при температуре (4±2)°С, который составляет 7 суток.

На следующем этапе был исследован фракционный состав основных аллергенных белков в готовом продукте и сопоставлен с таковыми в натуральном твороге и твороге с 20% внесением концентрата сывороточных белков (КСБ) выработанных с использованием процесса ультрафильтрации.

Данные представлены на рисунке 13.

j. и.

§14

Í .

¡10

я S

3

- 6 ---------

Творог Творог с КСБ Творожный нролум

Наименование обраша

□ Содержание обшего белка.

О Суммарное содержание а-лакгальбучнна. us,-, as*-, р- и к-качеииов."о О Содержание (I - лакнмдобулнна. %

Рисунок 13 -Фракционный состав белков-аллергенов в творожном продукте по сравнению с контрольными образцами 19

На основании данных исследований была рассчитана остаточная антигенность разработанного продукта по отношению к контрольным образцам. Таким образом, исследованные экспериментальные партии разработанного творожного продукта обладают пониженной до 17,5% и 32,6% остаточной антигенностью по содержанию р-лактоглобулина по сравнению с творогом обогащенным КСБ и натуральным творогом соответственно. Остаточная антигенность обусловленная содержанием суммы казеиновых фракций и а-лактальбумина в разработанном продукте составляет 62,2% и 52,6% по отношению к соответствующим контрольными образцами.

Исследования по определению относительной биологической ценности с использованием тест-культуры реснитчатой инфузории ТеиаЫтепа рупГопгнБ, представленные в таблице 4 показали, что исследуемые образцы не оказывают отрицательного влияния на выживаемость одноклеточных организмов инфузорий Те^аЬутепа рупЛ)птш, их ростовую и поведенческую реакции, что в первую очередь свидетельствует об отсутствии неблагоприятных для организмов условий и отсутствии токсичных элементов, как фактора роста. Относительная биологическая ценность творожного продукта в сравнении с контрольным образцом составила 122,7%.

Таблица 4- Относительная биологическая ценность исследуемых образцов

Исследуемый продукт Среднее количество инфузорий в 1мл. среды Относительная биологическая ценность,%

Контрольный образец творога (21,43±0,91)*104 100,0

Творожный продукт с пониженной аллергенностью (26,29±1,10)* 104 122,7

Помимо этого была проанализирована степень сбалансированности творожного продукта по аминокислотному составу (таблица 5).

Таблица 5- Оценка сбалансированности аминокислотного состава творожного продукта по сравнению с контрольным образцом творога

Наименование продукта Коэффициент утилитарности, 1 % Избыточность незаменимых аминокислот, мг/1 г белка Сопоставимая избыточность, мг/1 г белка Индекс незаменимых аминокислот (ИНАК) Усвояемость незаменимых аминокислот, %

Контрольный образец творога 68 132,7 169,3 1,15 83,1

Творожный продукт с пониженной аллергенностью 74 119,3 128,0 1,26 87,2

Сопоставляя полученные данные, характеризующие биологическую ценность творожного продукта с учетом всех критериев оценки, доказан повышенный уровень сбалансированности аминокислотного состава исследуемого образца относительно контрольного образца творога.

3.7. Разработка технологического процесса и нормативной документации на производство творожного продукта с пониженной аллергенностью

В результате экспериментальных исследований, проведенных на предыдущих этапах, а также с учетом уточненных параметров технологического процесса, связанных с выработкой творожного продукта на основе совместной коагуляции молочных и растительных белков, разработана технологическая схема получения творожного продукта с пониженной

аллергенностью (рисунок 14).

Подогрев, гомогенизация; t = (60 ± 5)'С, Р = (17,5±2,5) МПа - ♦ ---

Пастеризация; t=(92±2)°C, т=300 сек. - * -

Охлаждение; t = (32±2)°С _ * _

Заквашивание, перемешивание смеси, сквашивание; т,=5%; тСаС12=200 г; t = (32±2)°С; т «,=6-7 ч; рН= от 4,7 до 4,6; К = от 70 до 95'Т _t_

Перемешивание сгустка; т псрежш. = от 2 до 5 мин; т ^,иод = 30 мин.

*

Нагрев и выдерживание творожного сгустка в потоке; t = (50±5)°С; f rnipca = от 5 до 10 мин

_ ♦ -

Ультрафильтрация творожного сгустка; t=(50±5)°C; S=2,0*10'2 м/с; pi=(0,60±0,05) МПа - *-

Охлаждение творожного продукта в потоке; t = (12±2)°С

*

Фасование, упаковывание, маркирование; ш „„то, г

Доохлаждение продукта; t доо^л. =(4±2)°С

Рисунок 14 - Технологическая схема производства творожного продукта с пониженной аллергенностью методом ультрафильтрации Разработан и утвержден комплект НД (СТО 00419785-018-2014) на продукт творожный для диетического профилактического питания.

Основные результаты работы и выводы

1.Подобрана ферментная композиция состоящая из ферментных препаратов Protamex и Alcalase в соотношении 3,5 и 0,5% от содержания белка в смеси соответственно. Установлены параметры биокаталитической конверсии белков молочной сыворотки: массовая доля белка в смеси не более 1%, начальная кислотность реакционной смеси рН=7, температура процесса (50±2)°С и продолжительность гидролиза 90 минут; разработан комплект ТД (ТУ 9229-532-00419785-13) на гидролизат сывороточных белков; проведено внедрение результатов работы на ОАО «Молочный комбинат Воронежский».

2.Исследована возможность использования двухстадийного концентрирования гидролизованных белков молочной сыворотки и определены рациональные режимы: 1-я стадия- мембранный элемент с

отсечкой 20 кДа, рабочая температура концентрируемой среды 20°С, объемный фактор концентрирования 19, скорость фильтрации 37,5 - 28,8 дм3/м2ч, при давлении на входе в мембранный аппарат 0,51 МПа.; 2-я стадия- мембранный элемент с отсечкой 5 кДа, рабочая температура концентрируемой среды 20°С, объемный фактор концентрирования 6, удельная скорость фильтрации 30-16,3 дм3/м2ч, при давлении на входе в мембранный аппарат 0,55 МПа.

3.Определен композиционный состав и оптимизированы количественные соотношения пептидной и жировой фракций молочно-растительной системы с учетом снижения остаточной антигенности и повышения пищевой ценности продукта. Пептидный состав фазы: нативный молочный белок - 47%, гидролизованный белок молочной сыворотки- 33%, изолированный соевый белок - 20%; состав жировой фазы: молочный жир -60%, ЗМЖ «СолПро 717» - 40%. Уточнены режимы диспергирования молочно-растительной смеси: температура процесса - (45±5)°С, частота вращения ротора - 2600 об/мин с выдержкой 7 минут.

4. Подобрана трехвидовая заквасочная культура для заквашивания молочно-растительной смеси ЛТт-1 вносимая в количестве 5%, обеспечивающая приемлемые технологические показатели в процессе сквашивания.

5.Установлены параметры процесса тепловой обработки и ультрафильтрации молочно-растительного сгустка. Режимы тепловой обработки: температура (92±2)°С с выдержкой не менее 300 с. Режимы ультрафильтрации молочно-растительнош сгустка: кислотность калье рН=(4,8±0,2), температура фильтрации (50±5)°С; скорость движения сгустка в каналах мембранного аппарата 2,0* 10"2 м/с; давление на входе в мембранный аппарат 0,60 МПа, при объемном факторе концентрирования 4,38.

6.Проведены комплексные исследования творожного продукта с пониженной аллергенностью и установлен срок годности - 7 суток. Энергетическая ценность творожного продукта- 117,5 ккал; усвояемость незаменимых аминокислот -87,2%, относительная биологическая ценность в сравнении с контрольным образцом творога - 122,7%, остаточная антигенность по содержанию р-лактоглобулина по сравнению с творогом обогащенным КСБ и натуральным творогом понижена до 17,5% и 32,6%

соответственно. Остаточная антигенность, обусловленная содержанием суммы казеиновых фракций и а-лактальбумина, понижена до 62,2% и 52,6% по отношению к соответствующим контрольными образцам.

7.Разработан комплект НД (СТО 00419785-018-2014) на продукт творожный для диетического профилактического питания, проведена выработка опытной партии на ООО «ВИВА».

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Березкина, К.А. Анализ условий проведения ферментативного гидролиза молочных белков [Текст] / К.А. Березкина, Е.Ю. Агаркова, А.Г. Кручинин, В.Г. Будрик // Сборник материалов X юбилейной международной научно-практической конференции и выставки «Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты», конференции молодых ученых «Инновационные технологии продуктов здорового питания». -М.: МГУПП. -2012. - С. 81-83.

2. Березкина, К.А. Аспекты методов воздействия на белковые компоненты вторичного молочного сырья для создания функциональных молочных продуктов [Текст] / К.А. Березкина, Е.Ю. Агаркова, В.Г. Будрик, А.Г. Кручинин // Научное обеспечение молочной промышленности. Сб. науч. трудов. ГНУ В НИ МИ Россельхозакадемии. - М.:Интеллект-Центр. - 2012. -С. 13-19.

3. Кручинин, А.Г. Исследование закономерностей, сопровождающих процессы коагуляции молочно-растительной белковой системы [Текст] / А.Г. Кручинин, Е.Ю. Агаркова, К.А. Березкина // Научное обеспечение молочной промышленности. Сб. науч. трудов. ГНУ ВНИМИ Россельхозакадемии. -М.:Интеллект-Центр. - 2012. -С. 109-113.

4. Кручинин, А.Г. Разработка плавленого сырного продукта с использованием молочно-растительной белковой основы [Текст] / А.Г. Кручинин, В.Д. Харитонов // Фундаментальные основы и передовые технологии в пищевой и перерабатывающей промышленности: Сб. науч. трудов. 6-ой конференции молодых ученых и специалистов институтов Отделения хранения и переработки сельскохозяйственной продукции Россельхозакадемии. - М.: Изд-во МСХА имени К.А. Тимирязева. - 2012. -С.146-150.

5. Кручинин, А.Г. Роль соевого белкового компонента в создании молочно-растительной белковой основы [Текст] / А.Г. Кручинин // Пищевая промышленность. - 2012. -№9. -С.34-35.

24

6. Кручннин, А.Г. Мембранные методы в технологии производства молочно-растительной белковой основы [Текст] / А.Г. Кручинин, ЕЛО. Агаркова, К.А. Березкина // Научное обеспечение молочной промышленности. Сб. науч. трудов. ГНУ ВНИМИ Россельхозакадемии. - М.:Интеллект-Центр. -2012.-С.114-119.

7. Харитонов, В.Д. Перспективы разработки новых функциональных молочных продуктов для людей с непероносимостью белков молока [Текст] /

B.Д. Харитонов, В.Г. Будрик, Е.Ю. Агаркова, С.Г. Ботина, К.А. Березкина, А.Г. Кручинин, А.Н. Пономарев, Е.И. Мельникова // Молочная река. - 2012. -№4. -

C.22-24.

8. Харитонов, В.Д. К вопросу о перспективных направлениях борьбы с аллергией [Текст] / В.Д. Харитонов, В.Г. Будрик, Е.Ю. Агаркова, С.Г. Ботина, К.А. Березкина, А.Г. Кручинин, А.Н. Пономарев, Е.И. Мельникова // Техника и технология пищевых производств. - 2012. -№4. -С.3-7.

9. Агаркова, Е.Ю. Получение полипептидных комплексов с заданными свойствами и перспективы их использования при производстве молочных продуктов [Текст] / Е.Ю. Агаркова, А.Г. Кручинин, К.А. Березкина, М.В. Крохмаль // Материалы Международной научно-практической конференции «Молочная индустрия мира и Российской Федерации»-Москва. -2013.-С.93-94.

10. Королева, О.В. Функциональные свойства кисломолочных продуктов с гидролизатами сывороточных белков [Текст] / О.В. Королева, Е.Ю. Агаркова, С.Г. Ботина, И.В. Николаев, Н.В. Пономарева, Е.И. Мельникова, В.Д. Харитонов, А.Ю. Просеков, А.Г. Кручинин, М.В. Крохмаль, К.А. Березкина, И.В. Рожкова, Е.А. Юрова, H.A. Жижин // Молочная промышленность. - 2013. —№11. -С.52-55.

11. Кручинин, А.Г. Разработка аналога творожного продукта со сниженной аллергенностью [Текст] / А.Г. Кручинин, Е.Ю. Агаркова // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Пути интенсификации производства и переработки сельскохозяйственной продукции в современных условиях. Переработка сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов» .-Волгоград: ВолГТУ.-2014.-С.175-178.

12. Агаркова, Е.Ю. Проектирование протеолиза молочных белков для создания функциональных продуктов со сниженной аллергенностью [Текст] / Е.Ю. Агаркова, К.А. Березкина, А.Г. Кручинин, И.В. Николаев // Материалы

25

Международной научной конференции «Пищевые инновации и биотехнологии». - Кемерово: ФГБОУ ВПО «КемТИПП». - 2014.-С.21-23.

13. Харитонов, В.Д. Рациональный дизайн биокаталитической конверсии молочных белков для создания продуктов со сниженной аллергенностью [Текст] / В.Д. Харитонов, В.Г. Будрик, Е.Ю. Агаркова, А.Г. Кручинин, К.А. Березкина, В.О. Попов, О.В. Королева, И.В. Николаев, Н.В. Пономарева, Е.И. Мельникова, А.Ю. Просеков // Материалы Международной научно-практической конференции «Биотехнология и качество жизни». - Москва. -2014.-С.334-335.

14. Агаркова Е.Ю. Разработка продуктов для диетического профилактического питания с пониженной антигенностью [Текст] / Е.Ю. Агаркова, К.А. Березкина, А.Г. Кручинин, В.Г. Будрик, В.Д. Харитонов, О.В. Королева, И.В. Николаев // Актуальные вопросы переработки мясного и молочного сырья: Сб. научн. трудов 2013 / РУП «Институт мясо-молочной промышленности». - Минск, 2014. - Вып. 8. - С. 74-78.

15. Заявка на патент № 2013126576 Российская Федерация, МПК А23.1. Способ получения низкогидролизованных пептидных композиций из белков молочной сыворотки [Текст] / Королева О.В., Николаев И.В., Федорова Т.В., Агаркова Е.Ю., Ботина С.Г., Березкина К.А., Кручинин А.Г., Харитонов В.Д., Пономарева Н.В., Мельникова Е.И.; заявитель(и) и патентообладатель(и): Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт молочной промышленности (ГНУ ВНИМИ Россельхозакадемии) (ГШ), Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биохимии имени А.Н. Баха Российской академии наук (ИНБИ РАН) (1Ш). — Решение о выдаче патента по заявке от 09.07.2014.

Список сокращений, приведенных в работе:

ГБМС - гидролизат белков молочной сыворотки, КГБМС - концентрат гидролизованных белков молочной сыворотки, ЗМЖ - заменитель молочного жира, МРМС - молочно-растительная модельная система, САК — содержание свободных аминокислот, КСБ - концентрат сывороточных белков, ФП — ферментный препарат, ТД — техническая документация, НД — нормативная документация.

Подписано в печать:

24.10.2014

Заказ № 10328 Тираж - 100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru