автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Разработка технологии сывороточно-соковых напитков с функциональными свойствами

На правах рукописи

Пилипенко Надежда Юрьевна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СЫВОРОТОЧНО-СОКОВЫХ НАПИТКОВ С ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ СВОЙСТВАМИ

Специальность: 05.18.04 - Технология мясных, молочных и

рыбных продуктов и холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

7 НОЯ 2013

005537120

Ставрополь - 2013

005537120

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет»

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор

Брыкалов Анатолий Валерьевич

Официальные оппоненты: Жидков Владимир Евдокимович,

доктор технических наук, профессор, Технологический институт сервиса (филиал) ФГБОУ ВПО «Донской государственный технический университет», директор

Орлова Татьяна Александровна,

доктор технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Ставропольский государственный аграрный университет», доцент кафедры технологии производства и переработки с/х продукции

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный

технологический университет», г. Краснодар

Защита состоится «5» декабря 2013 г. в 10:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.245.05 при ФГАОУ ВПО «СевероКавказский федеральный университет» по адресу: 355009, г. Ставрополь, ул. Пушкина, 1, корпус 3, ауд.506

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет», по адресу: г. Ставрополь, ул. Пушкина, 1.

Автореферат разослан «I» ноября 2013 г

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В рамках национального проекта

«Здоровье» в России ведущим направлением питания является создание ассортимента продуктов, способствующих улучшению здоровья при их ежедневном употреблении в составе рациона. В центре внимания ученых находится создание качественно новых продуктов, которые не только бы удовлетворяли физиологической потребности человека в питательных веществах, но и обладали бы функциональными свойствами, оказывая на организм лечебно-профилактическое воздействие.

Одной из основных причин патологических изменений в человеческом организме является избыточное содержание и накопление в биологических жидкостях активных форм кислорода, что по современным воззрениям приводит к заболеваниям людей. В связи с этим важно обеспечить организм человека продуктами питания с антиоксидантными свойствами.

Получение продуктов функционального назначения, в том числе и напитков, предусматривает использование в качестве одного из основных составляющих - молочную сыворотку, которая содержит комплекс биологически активных веществ.

Значительный вклад в изучение состава и свойств, а также разработку технологий напитков из молочного сырья внесли отечественные и зарубежные ученые: H.H. Липатов, H.H. Липатов (младший), А.Г. Храмцов, В.Д. Харитонов, Л.А. Остроумов, К.К. Полянский, П.Г. Нестеренко, Л.В. Голубева, В.В. Василисина, В.Е. Жидков, Е.И. Мельникова, J. Zadow, Е. Murray, О. Braun, М. Tomita и другие.

Особый интерес представляет возможность регулирования пищевой ценности и функциональных свойств напитков на основе молочной сыворотки, посредствам введения в их состав биологически активных компонентов лекарственных растений и фруктовых соков, которые обогащают продукт витаминами, аминокислотами, органическими кислотами, минеральными веществами, полифенольными соединениями.

Полифенольные соединения обладают антиоксидантными свойствами, тем самым оказывают позитивное воздействие на функции человеческого организма и позволяют в лучшей степени сохранять качество продуктов питания.

На основании вышеизложенного следует, что создание технологии получения сыворогочно-соковых напитков с функциональными свойствами является актуальным и целесообразным.

Цель и задачи диссертационной работы. Целью настоящей работы является разработка технологии напитков функционального назначения на основе молочной сыворотки с добавлением экстрактов лекарственных

растений и фруктового сока.

В соответствии с сформулированной целью исследования в работе

решали следующие задачи:

• исследовать состав биологически активных соединений, антиоксидантные свойства молочной сыворотки;

• разработать технологию получения экстрактов из лекарственных растений;

• экспериментально обосновать и оптимизировать параметры получения экстрактов из фитосырья;

• изучить состав, физико-химические, антиоксидантные свойства полученных экстрактов;

• разработать технологию и аппаратурно-процессовую схему производства функциональных напитков на основе молочной сыворотки с добавлением экстрактов лекарственных растений и фруктовых соков;

• исследовать состав, физико-химические, микробиологические и органолептические показатели новых видов напитков;

• разработать техническую документацию на сывороточно-соковые напитки функционального назначения;

• провести оценку экономической эффективности, экологический мониторинг и обосновать безопасность разработанной технологии с использованием элементов ХАССП.

Научная новизна работы заключается в следующем:

оптимизированы технологические параметры экстракции биологически активных веществ из лекарственных растений с установлением состава;

- современными методами проведены сравнительные исследования состава экстрактов лекарственных растений - мелиссы лекарственной, мяты перечной и эхинацеи пурпурной с использованием в качестве экстрагентов: творожной сыворотки, изомеризованной молочной сыворотки и воды;

- установлено влияние природы и состава экстрагентов (творожная сыворотка, изомеризованная молочная сыворотка и вода) на показатели антиоксидантной активности экстрактов;

- результаты исследований легли в основу разработки технологии новых видов сывороточно-соковых напитков, содержащих антиоксиданты флавоноидной природы;

- изучены качественные показатели функциональных сывороточно-соковых напитков с установлением уровня их пищевой и биологической ценности и с обоснованием сроков годности;

- разработаны способы определения лактозы и лактулозы методом капиллярного электрофореза в молочной сыворотке.

Научная новизна работы подтверждается выдачей патента РФ № 2491826 «Способ производства напитка на основе молочной сыворотки».

Практическая значимость работы. Разработана техническая документация на сывороточно-соковые нагштки, содержащие экстракты лекарственных растений - СТО 9224-035-10125033-13 «Сывороточно-соковый напиток «ЭЛИТОН-МЛ»; СТО 9224-036-10125033-13 «Сывороточно-соковый напиток «ЭЛИТОН-МП» и СТО 9224-03710125033-13 «Сывороточно-соковый напиток «ЭЛИТОН-ЭП». Проведены

опытно-промышленные выработки сывороточно-соковых напитков на базе учебного научно-производственного комплекса «Агробиотехпереработка», Кубанский госагроуниверситет, (КубГАУ), г. Краснодар (2013 г.). Результаты работы используются в курсовом и дипломном проектировании студентов специальности 260100.68 - Технология продуктов питания, КубГАУ.

Инновационные приоритеты работы.

- исследование закономерностей влияния состава и природы экстрагента на антиоксидантную активность экстрактов лекарственных растений;

- разработка рецептуры и инновационных технологий производства сывороточно-соковых напитков, обогащенных антиоксидантами фенольной природы в сочетании с пребиотиком лактулозой.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на различных международных, всероссийских и региональных научно-практических конференциях: международной научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях» (г. Москва, 2011); научно-практической конференции молодых ученных и студентов юга России «Медицинская наука и здравоохранение» (г. Краснодар, 2011); международной научно-практической конференции «Современные достижения в области производства и переработки натуральной пищевой продукции и оценка ее качества» (г. Краснодар, 2012); всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (г. Краснодар, 2012); всероссийской конференции «Аналитическая хроматография и капиллярный электрофорез» (г. Краснодар, 2013).

Публикации. Основное содержание работы отражено в 16 публикациях, в том числе в одной монографии, 5 статьях в журналах, рекомендованных ВАК РФ и одном патенте РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, содержащего 138 наименований, в том числе 31 иностранный источник и 4 приложения. Содержание работы изложено на 145 страницах, включая 32 таблицы и 28 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении рассмотрена и обоснована актуальность выбранного направления исследований. Сформулирована цель диссертационной работы.

В первой главе проведен анализ научно-технической литературы, подтверждающей актуальность разработки функциональных напитков на основе молочной сыворотки с использованием лекарственного растительного сырья и фруктовых соков.

Дана характеристика состава и свойств вторичного молочного сырья и растительных компонентов, как объектов физико-химической и технологической обработки. В соответствии с проведенным анализом и поставленной целью сформулированы задачи исследований.

Во второй главе рассмотрена организация работы и определена схема проведения исследований, которая представлена на рисунке 1. Она отражает последовательность и взаимосвязь различных этапов выполнения диссертационной работы.

Объектами исследований являлись творожная молочная сыворотка, соответствующая ГОСТ 53438-2009; молочная сыворотка изомеризованная, соответствующая требованиям ТУ 9223-123-04610209-2002; экстракты лекарственных растений (фитосырье: мелисса лекарственная по ФС 42-364598 , мята перечная по ГОСТ 23765-94 и эхинацея пурпурная по ВФС 42-237194) в воде, творожной сыворотке, в молочной изомеризованной сыворотке; напитки на основе сыворотки с добавлением экстрактов лекарственных растений и фруктовых соков (манго, яблочного, виноградного, тыквенного по ГОСТ Р 52187-2003).

Анализ состояния вопроса ♦

Постановка цели н задач исследований

Выбор объектов к методов исследования

Обоснование компонентного состава молочной сыворотхи

X

х-

XI

X,

X.

Хб

X,

X,:

Огфсделение параметров процесса экстракции лекарственных растений

Вид экстрагента

Температура

Время

е

Исследование состава н показателей качества напитков

г

Соотношение компонентов

Х|-массовая концентрация катионе» Х=- массовая концентрация органических кислот Хз-массовая концентрация аминокислот Хг массовая концентрация витаминов Х>-массовая концентрация Сахаров Хл-массовая доля сухих веществ Х;-ыассовая доля минеральных веществ Хв-массовая доля флавоноидов X?.- массовая доля гвдроксихоричных кислот

X массовая доля дубильных веществ

Хит титруемая кислотность

X;:- активная кислотность

X]!- антиоксидантнвя активность

Хм- массовая доля белка

Х|? - массовая доля жира

Х;б- ортанолептическая оценка

Х,т- микробиологические показатели

Хм- показатели безопасности

Оптимизация процесса экстракции

Изучение состава и показателей экстрактов лекарственных растений

* у + + * + + ♦ ♦ * т

х,| X: |х, 1 X. || X, || X, || X. I * || Х:о || X,; | х„

Разработка технология сывороточ но-соковых напитков *

X:

X,)

Х)в

Рисунок 1 - Схема проведения исследований

При проведении исследований объектов использовались общепринятые стандартные методы определения физико-химических, биохимических и микробиологических показателей.

При изучении состава образцов молочной сыворотки и экстрактов растений использовали метод капиллярного электрофореза на оборудовании «Капель 105» (ОАО «НПФ Люмэкс», Россия). Определение антиоксидантной

активности проводили на приборе «Цвет Яуза-01-AA». Дубильные вещества, флавоноиды и гидроксикоричные кислоты определяли спектрофотометрическим методом.

Капиллярный электрофорез по сравнению с хроматографическим методом определения лактозы и лактулозы обладает рядом преимуществ. С учетом этого были разработаны методики по количественному определению данных веществ в исследуемых объектах.

Результаты экспериментальных исследований подвергались статистической обработке с помощью пакета прикладных программ «Statistica 5.5», «Microsoft Excel».

В третьей главе приведено обоснование компонентного состава новых видов напитков, экспериментальных исследований по влиянию параметров процесса экстракции на переход биологически активных веществ в экстракты лекарственных растений.

С помощью метода капиллярного электрофореза подтверждено, что состав молочной сыворотки разнообразен. Молочная сыворотка характеризуется набором биологически активных веществ, к которым относятся органические кислоты, витамины - хлорогеновая и никотиновая кислоты, аминокислоты, а также углеводы. Молочная сыворотка обладает биоантиоксидантными свойствами, что установлено с использованием оборудования «Цвет Яуза-01-AA».

Обогащение напитков натуральными биологически активными веществами осуществляли экстрактами лекарственных растений (мяты перечной (Mentha piperita L.); мелиссы лекарственной (Melissa officinalis L.) и эхинацеи пурпурной (Echinacea purpurea Moehch). Эти растения возделываются в промышленных масштабах, разрешены к использованию фармкомитетом РФ, а также характеризуются широким набором биологически активных веществ.

В результате проведенных экспериментальных исследований предложена технологическая схема получения экстрактов лекарственных растений (рисунок 2).

Для оптимизации параметров технологии экстракции биологически активных веществ из фитосырья реализован трехфакторный эксперимент. В качестве выходного параметра использовали содержание флавоноидов в экстрактах из мелиссы лекарственной, мяты перечной, эхинацеи пурпурной (уьу2,уз). Факторами оптимизации приняты: соотношение масс фитосырья и экстрагента (Х] - 1:40; 1:20; 1:13) температурный режим экстракции (х2 - 45 °С, 55 °С, 65 °С) и продолжительность экстракции (хз - 30,60,90 минут).

Рисунок 2 - Схема получения экстрактов лекарственных растений

В результате нейроно-сетевого моделирования было получено уравнение регрессии адекватно описывающее процесс экстракции флавоноидов из лекарственного растения мелиссы:

у, = -2,06750 + 0,62x1 + 0,11967х2 + 0,0229х3 -0,013х, -0,0026х2--0,05х3 + 0,0001 х,х2 - 0,0058Х|х3 + 0,00057х2х3 В соответствии с проведенными исследованиями установлено, что оптимальными факторами водной экстракции флавоноидов из мелиссы лекарственной являются: соотношение фитосырья с экстрагентом 1:13, температура экстракции 55 °С и продолжительность экстракции 50 минут.

Соответственно для эхинацеи пурпурной 1:13, 55 °С, 30 минут и для мяты перечной 1:40,65 °С, 90 минут.

Многофакторным экспериментом установлено, что оптимальные значения флавоноидов при экстракции творожной молочной сывороткой для мяты перечной достигаются при следующих режимах: соотношение фитосырья и экстрагента 1:50, температура экстракции 50 °С, продолжительность процесса 60 минут. Соответственно для эхинацеи пурпурной 1:30, 50 °С, 50 минут; для мелиссы лекарственной 1:40, 40 °С, 60 минут.

Ниже приведено уравнение регрессии, описывающее процесс экстракции флавоноидов из мелиссы лекарственной:.

у, = 17,9 + 0,033x1 + 0,029х2 - 0,153х3 Анализ уравнения свидетельствует о том, что на экстракцию флавоноидов оказывает влияние соотношение фитосырья с экстрагентом, температура экстракции и продолжительность процесса.

В полученных экстрактах определено содержание биологически активных веществ (таблица 1).

Таблица 1 - Состав экстрактов лекарственных растений

Наименование показателя Мелисса лекарственная Мята перечная Эхинацея пурпурная

1 2 3 4

Экстракция молочной творожной сывороткой

Значение рН 4,73±0,24 4,70±0,24 4,82±0,24

Массовая доля, %: -сухих веществ -флавоноидов -гидроксикоричных кислот -дубильных веществ 6,58±0,33 0,64±0,032 0,14±0,01 0,58±0,030 6,80±0,34 0,67±0,034 0,16±0.01 0,51±0,026 6,46±0,32 0,75±0,038 0,20±0,01 0,59±0,030

Продолжение таблицы 1 12

1 2 3 4

^гтпяития молочной изомеризованной сывороткой

4,80±0,24 4,82±0,24 4,85±0,24

Массовая доля, %: -сухих веществ -флавоноидов -гидроксикоричных кислот -т/бильных вешесгв 6,91±0,34 0,93±0,045 0,96±0,048 0,61 ±0,031 7,14±0,35 1,17±0,058 0,57±0,028 0,53±0,027 6,79±0,33 1,13±0,056 0,99±0,049 0,62±0,031

Экстракция водой

7,17±0,36 7,35±0,37 7,32±0,37

Массовая доля, %: -сухих веществ -флавоноидов -гидроксикоричных кислот -дубильных веществ 2,60±0,13 0,41 ±0,02 0,10±0,005 0,40±0,020 2,88±0,14 0,51 ±0,03 0,10±0,005 0,48±0,024 2,74±0,13 0,59±0,03 0,18±0,009 0,44±0,022

Экстракты растений характеризуются широким набором фенольных соединений. Содержание флавоноидов в экстрактах находится в пределах 0,41-1,17 %, гидроксикоричных кислот- 0,10-0,99 % и дубильных веществ -0,40-0,62 %.

Данные таблицы 1 свидетельствуют о том, что молочная сыворотка (творожная и изомеризованная) является .более эффективным экстрагентом фитосырья по отношению к флавоноидам и гидроксикоричным кислотам, чем вода. Кроме того, молочная сыворотка обогащает экстракты комплексом биологически активных веществ, что и проявляется в повышении содержания сухих веществ в экстрактах трех лекарственных растений.

Проведены исследования антиоксидантной активности экстрактов лекарственных растений. Результаты исследований показывают, что при использовании в качестве экстрагента творожной сыворотки и изомеризованной молочной сыворотки полученные экстракты по показателям антиоксидантной активности ранжируются следующим образом: экстракт эхинацеи пурпурной > экстракт мелиссы лекарственной > экстракт мяты перечной. При водной экстракции установлен следующий ряд: экстракт мелиссы лекарственной > экстракт меты перечной > эхинацеи пурпурной.

Результаты могут быть объяснены различием природы и состава экстрагентов и лекарственных растений.

Направленность полученных результатов экспериментальных исследований по свойствам экстрактов лекарственных растений определяется последующим их применением в качестве добавки к напиткам, что обеспечивает антиоксидантные свойства, способствующие профилактике окислительного стресса в организме человека.

В четвертой главе представлены результаты разработки технологии получения сывороточно-соковых напитков функционального назначения и обоснования их рецептуры, которая представлена в таблице 2.

В результате экспериментальных исследований предложена блок-схема получения сывороточно-соковых напитков (рисунок 3).

1 МОЛОЧНАЯ СЫВОРОТКА

2 ПРИЕМКА, ПОДГОТОВКА

СЫРЬЯ

V

з ОЧИСТКА ОТ КАЗЕИНОВОЙ

ПЫЛИ

*

ПАСТЕРИЗАЦИЯ

4 С1 ® П ± 2 °С)

(т- 15-20 сек)

5 ОХЛАЖДЕНИЕ

(1 = 23-27 -С)

ВНЕСЕНИЕ НАПОЛНИТЕЛЕЙ,

ПЕРЕМЕШИВАНИЕ

6 (1 - 25 ± 2 "С)

(г - 10-15 мин)

ПАСТЕРИЗАЦИЯ

7 (1 = 72 ± 2 °С)

(т- 15-20 сек)

...... _.. . +______ _________

8 ОХЛАЖДЕНИЕ

(1 = 23-27 "С)

+

9 РОЗЛИВ. УПАКОВКА.

МАРКИРОВКА

*

10 ХРАНЕНИЕ. РЕАЛИЗАЦИЯ

(1 = 4-8 "С)

ЭКСТРАКТЫ ЛЕКАРСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ

РАСТВОР ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ

ФРУКТОВЫЙ сок

РАСТВОР ПЕКТИНА В САХАРНОМ СИРОПЕ

Рисунок 3 — Блок-схема получения сывороточно-соковых напитков

Таблица 2 - Рецептура напитков, кг на 1 ООО кг продукта

Наименование компонентов Количество, кг

с мелиссой лекарственной смятой перечной с эхинацеей пурпурной

Молочная сыворотка 600 602 600

Экстракты лекарственных растений 135 130 130

Фруктовый сок 160 163 166

0,3 % раствор пектина в сахарном сиропе 103,5 103,5 103,5

50 % раствор лимонной кислоты 1.5 1,5 1,5

ИТОГО: 1000 1000 1000

Также разработана аппаратурно-процессовая схема производства сывороточно-соковых напитков с использованием имеющегося в отрасли оборудования (рисунок 4).

Рисунок 4 - Аппаратурно-процессовая схема производства функциональных напитков на основе молочной сыворотки.

1- насос центробежный; 2 - счетчик объемный; 3 - ванна для подсырных сливок; 4 - сепаратор для отделения казеиновой пыли и молочного жира; 5 - охладитель пластинчатый; 6 - резервуар для сыворотки; 7 - установка пастеризационная трубчатая; 8 - резервуар для напитка; 9 - фасовочный аппарат; 10 -мельница; 11 - экстрактор; 12 - центрифуга; 13 - пластинчатая пастеризационно-охладительная установка; 14 - резервуар для экстракта лекарственных растений; 15 - резервуар для фруктового сока.

Результаты определения показателей качества напитков свидетельствует о том, что они характеризуются высоким содержанием сухих веществ, содержат полифенольный комплекс флавоноидной природы, гидроксикоричные кислоты, которые являются природными биоантиоксидантами (таблица 3).

Таблица 3 - Показатели качества напитков

Наименование показателей Напитки с экстрактом

мелиссы лекарственной мяты перечной эхинацеи пурпурной

Значение рН 3,97±0,19 - 3,95±0,19 3,98±0,20

Кислотность, °Т 61±3,05 60±3,00 62±3,10

Массовая доля, %: - сухих веществ -флавоноидов -гидроксикоричных кислот -минеральных веществ 9,7±0,48 0,53±0,02 0,03±0,002 0,32±0,02 9,4±0,47 0,69±0,03 0,04±0,002 0,30±0,02 8,8±0,44 0,61 ±0,03 0,05±0,003 0,31 ±0,02

Органолептические показатели:

внешний вид и консистенция однородная непрозрачная жидкость с выпадением при хранении незначительного осадка, исчезающего при перемешивании

- вкус и запах чистый, кисло- сладкий, освежающий с ароматом мелиссы и сока кисло-сладкий, с выраженным ароматом мяты чистый, кисло- сладкий, тонизирующий с ароматом эхинацеи и сока

- цвет светло желтый

Методом капиллярного электрофореза исследован состав разработанных напитков (таблица 4).

Таблица 4 - Состав напитков

Наименование показателя Напиток с экстрактом

мелиссы лекарственной мяты перечной эхинацеи пурпурной

1 1 2 3 4

Массовая концентрация катионов, иг/дат*

Калий 947±28,4 833±24,9 888±26,6

Натрий 262±7,9 240±7,2 254±7,6

Магний 56±1,7 50±1,5 61±1,8

Кальций 568±17,0 499±14,9 526±15,7

Массовая концентрация органических кислот, мг/дм'1

Яблочная кислота 23±0,68 53±1,58 47±1,40

Лимонная кислота 24±0,71 50±1,49 25±0,75

Массовая концентрация витаминов и полифенолов, мг/дм"1

Аскорбиновая кислота 1,0±0,03 2,5±0,07 2,2±0,06

Хлорогеновая кислота 0,9±0,02 1,0±0,03 1,4±0,04

Никотиновая кислота 12,0±0,36 8,2±0,24 11,0±0,33

Оротовая кислота 3,6±0,10 1,9±0,05 5,0±0,15

Массовая концентрация аминокислот, мг/дм1

Аргинин : 1,0±0,03 4,0±0,12 1,4±0,04

Лизин - 0,4±0,01 0,3±0,01

Лейцин 1,0±0,03 1,5±0,04 0,8±0,02

Метионин | 0,5±0,01 0,3±0,01 1,2±0,04

Продолжение таблицы 4

1 1_ 2 3 4

В алии 0,3±0,01 0,8±0,02 0,6±0,01

Пролил 6,0±0,18 8,0±0,24 6,3±0,18

Треонин 1,7±0,05 2,1±0,06 0,9±0,02

Серии 0,6±0,01 0,8±0,02 0,4±0,01

Алании 1,7±0,05 1,5±0,04 1,1±0,03

Глицин 0,1±0,003 0,5±0,01 0,07±0,002

Массовая концентрация Сахаров, иг/дм"1

Лактоза 15240±457,2 13280±398,4 15730±471,9

Сахароза 75115±2253,4 75399±2261,9 67350±2020,5

Результаты исследований (таблица 4) показали, что напитки характеризуются широким набором биологически активных веществ, к которым относятся - органические кислоты, полифенольные соединения, витамины, аминокислоты и углеводы.

Энергетическая ценность разработанных напитков находится в пределах 46-48 ккал/100 г продукта, что позволяет отнести их к малокалорийным продуктам.

Для органолептической оценки проводили дегустации полученных напитков. Ниже, на рисунке 5 приведено графическое представление результатов дегустационных оценок с помощью профильного анализа.

терпкий

послевкусие

аромат

вкус

Рисунок 5 - Результаты профильного анализа аромата, вкуса и послевкусия сывороточно-соковых напитков

Дегустационная оценка качественных характеристик напитков показала, что они характеризуются сложным насыщенным ароматом.

Напиток с экстрактом мяты перечной имеет наиболее выраженный аромат настоя травы.

Вкус напитков кисло-сладкий, сложный для напитков, содержащих экстракты мяты перечной и эхинацеи пурпурной, и в меньшей степени с экстрактом мелиссы лекарственной.

Послевкусие напитков приятное и характеризуется продолжительностью.

В разработанных напитках были проведены исследования общей антиоксидантной активности при разных способах экстракции лекарственных растений, данные представлены в таблице 5.

Таблица 5 - Антиоксидантная активность напитков (срок годности 15 суток)

Напитки, содержащие экстракт Антиоксидантная активность мг/дм1, в пересчете на галловую кислоту

Экстрагент вода Экстрагент творожная сыворотка Экстрагент изомеризованная молочная сыворотка

Мяты перечной 34,0±1,7 47,6±2,3 47,7±2,3

Эхинацеи пурпурной 41,1±2,1 53,0±2,9 56,8±2,8

Мелиссы лекарственной 45,0±2,4 55,8±4,2 46,8±1,8

Данные свидетельствуют о том, что напитки, в технологии которых на стадии экстракции лекарственных растений использовали молочную сыворотку, характеризуются большей антиоксидантной активностью по сравнению с экстракцией фитосырья водой.

Особенностью напитков на основе изомеризованной молочной сыворотки является содержание в составе пребиотика лактулозы в концентрации 2,4 г/дм3, что обуславливает бифидус-фактор продуктов.

При определении сроков годности напитков оценивали величину титруемой кислотности, органолептические и микробиологические показатели.

Была изучена динамика изменения в процессе хранения титруемой кислотности (рисунок 6), а также органолептических свойств.

О 7 10 13 16 19 22 срок годности, сутки

Рисунок 6 - Изменение титруемой кислотности напитков при хранении

В течении срока хранения 15 суток не наблюдалось значительных изменений органолептических показателей напитков, они характеризовались чистым кисло-сладким вкусом и освежающим запахом с ароматом фруктового сока и лекарственных растений. При хранении более длительный период наблюдалось нарастание кислотности и изменение органолептических характеристик функциональных напитков.

Согласно результатам, представленным в таблице 6. установлено соответствие по микробиологическим показателям напитков требованиям ФЗ № 88 «Технический регламент на молоко и молочную продукцию».

Таблица б - Микробиологическая оценка напитков, содержащих экстракты лекарственных растений (срок годности 15 суток)

Наименование показателей Норма для продукта в соответствии ФЗ №88 Напиток с экстрактом

мелиссы лекарственной мяты перечной эхинацеи пурпурной

КМАФАнМ, КОЕ в 1 см3 не более 1 х 10? 3,9х104 2,8*103 1,4х104

БГКП, в 0,1 см"' не допуск. не обнар. не обнар не обнар.

Коагулазоположительные стафилококки и не допуск. S.aureus в 1,0 см3 не обнар. не обнар. не обнар.

Патогенные м.о., в т.ч. сальмонеллы, в 25 см не допуск. не обнар не обнар. не обнар.

Цтопос\1о§епез, в 25 см1 не допуск. не обнар. не обнар. не обнар.

По результатам исследований установлено, что срок годности напитков составляет 15 суток при температуре 4±2 °С.

Проведена оценка показателей безопасности сывороточно-соковых напитков на конец срока годности в сравнении с данными СанПиН 2.3.2.1078-01 (таблица 7).

Таблица 7 - Показатели безопасности напитков (срок годности 15 суток)

Наименование показателей Допустимый уровень для напитков в соответствии с СанПиН 2.3.2.1078-01, мг/кг, не более Напиток с экстрактом, мг/кг

мелиссы лекарственной мяты перечной эхинацеи пурпурной

Кадмий 1 0,03 0,011±0,003 0,009±0,003 0,008±0,003

Свинец ! 0,3 0,13±0,04 0,15±0,05 0,10±0,03

Мышьяк | 0,1 не обнар. не обнар. не обнар.

Ртуть ! 0,005 не обнар. не обнар. не обнар.

Полученные данные (таблица 7), свидетельствуют о том, что по показателям безопасности разработанные напитки соответствуют нормативной документации.

С использованием принципов ХАССП определены возникающие степени риска, критические контрольные точки при производстве напитков. Проведен мониторинг и анализ опасных факторов по каждой критической контрольной точке. Качество сывороточно-соковых напитков определяется взаимодействием следующих факторов: качественными показателями сырья (молочная сыворотка, фруктовый сок, экстракты лекарственных растений), уровнем качества технологических процессов и соблюдением функционирования принципов ХАССП по контролю на этапах производства продукции.

В пятой главе представлены технико-экономические показатели разработанной технологии сывороточно-соковых напитков с функциональными свойствами.

Анализ экономической эффективности технологии напитков показал, что данные продукты имеют невысокий уровень себестоимости в пределах

25-27 тыс. руб. за 1 тонну, что определяется использованием в технологии вторичного сырья (молочная сыворотка), а также за счет того, что продукты будут производиться на имеющемся оборудовании и в цехах действующих предприятий. Данные экономические факторы с рентабельностью в пределах 46-55 % позволяют окупить затраты на промышленное внедрение технологии, выделить средства на рекламную деятельность, маркетинговые исследования.

Выводы

1. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность применения лекарственных растений для разработки технологии функциональных напитков на основе молочной сыворотки, обогащенных флавоноидами и витаминами, придающими напиткам антиоксидантные свойства.

2. Проведены исследования разных вариантов экстракции лекарственных растений - творожной сывороткой, изомеризованной молочной сывороткой и водой. Установлено, что экстракты содержат широкий спектр биологически активных веществ: флавоноидов 0,64-1,17 %, гидроксикоричных кислот 0,14-0,99 %, дубильных веществ 0,40-0,62 %.

3. Получены математические модели адекватно описывающие процесс экстракции биологически активных веществ (флавоноидов) из лекарственных растений. Рациональными режимами процесса экстракции являются следующие: при экстрагировании молочной сывороткой: для мяты перечной соотношение фитосырья и экстрагента 1:50, температура экстракции 50 °С, продолжительность процесса 60 минут; для эхинацеи пурпурной 1:30, 50 °С, 50 минут; для мелиссы лекарственной 1:40, 40 "С, 60 минут. При водной экстракции оптимальные режимы: для мелиссы лекарственной 1:13, 55 СС, 50 минут; для мяты перечной 1:40, 65 °С, 90 минут; для эхинацеи пурпурной 1:13, 55 °С, 30 минут.

4. Установлено, что при использовании экстрагентов - творожная сыворотка и изомеризованная молочная сыворотка полученные растительные

экстракты по показателям антиоксидантной активности ранжируются следующим образом: экстракт эхинацеи пурпурной > экстракт мелиссы лекарственной > экстракт мяты перечной. При водной экстракции установлен следующий ряд: экстракт мелиссы лекарственной > экстракт мяты перечной > эхинацеи пурпурной. Результаты могут быть объяснены различием природы и состава экстрагентов и лекарственных растений.

5. Отработаны параметры технологических этапов производства сывороточно-соковых напитков на основе молочной сыворотки с содержанием биологически активных компонентов лекарственных растений. Разработана технология и аппаратурно-процессовая схема производства напитков.

6. Исследовано влияние состава и свойств фитодобавок из лекарственных растений на показатели качества сывороточно-соковых напитков в процессе хранения. Установлены сроки годности напитков, содержащих комплекс полифенольных антиоксидантов растительного происхождения.

7. Установлен высокий уровень пищевой ценности функциональных напитков в сочетании с оригинальными и гармоничными органолептическими показателями. Особенностью напитков на основе изомеризованной молочной сыворотки является содержание в составе пребиотика лактулозы в концентрации 2,2-2,4 г/дм3.

8. Результаты проведенных исследований легли в основу разработки технологии сывороточно-соковых напитков с последующей выработкой их в опытно-промышленных условиях учебного научно-производственного комплекса «Агробиотехпереработка» Кубанского государственного аграрного университета, г. Краснодар.

9. Разработана и утверждена техническая документация на напитки функционального назначения, обогащенные биологически активными компонентами лекарственных растений (три стандарта организации на сывороточно-соковые напитки: СТО 9224-035-10125033-13 «ЭЛИТОН-МЛ»,

СТО 9224-036-10125033-13 «ЭЛИТОН-МП», СТО 9224-037-10125033-13 «ЭЛИТОН-ЭП»).

10. Маркетинговая и технико-экономическая оценка технологии сывороточно-соковых напитков подтвердила безотходность производства и выявила конкурентоспособность, перспективу востребованности на рынке. Экономическая эффективность разработанной технологии определяется показателями рентабельности на уровне 46-55 %. Результаты экологического мониторинга, определение рисков и критических контрольных точек с использованием принципов ХАССП для разработанной технологии напитков установили их безопасность.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

Монография:

1. Брыкалов, А. В. Современные методы выделения и исследования биологически активных веществ и микроорганизмов [Текст] / A.B. Брыкалов, Ю. Ф. Я куба, Н. Ю. Пилипенко, Е. В. Велик, П. Ришом, Ф. Симоно -Краснодар: КубГАУ, 2013. - 116 с.

Статьи, в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России:

2. Брыкалов, А. В. Использование капиллярного электрофореза для количественного определения фотохимического состава лекарственных растений [Текст] / А. В. Брыкалов, Н. Ю. Пилипенко, Е. М. Головкина// Труды Кубанского государственного аграрного университета. -2011. -№2(29).-С. 115- 118.

3. Брыкалов, А. В. Биологически активные растительные компоненты и их применение в получении напитков из молочной сыворотки [Текст] / А. В. Брыкалов, Н. Ю. Пилипенко // Труды Кубанского государственного аграрного университета. - 2011. - №6(33). - С.79 -81.

4. Храмцов, А. Г. Изучение состава сыворотки возможностями капиллярного электрофореза [Текст] / А. Г. Храмцов, А. В. Брыкалов, Н. Ю. Пилипенко, Е. М. Головкина// Молочная промышленность. - 2011. -№5. -С.59.

5. Храмцов, А. Г. Напитки из сыворотки с растительными компонентами [Текст] / А. Г. Храмцов, А. В. Брыкалов, Н. Ю. Пилипенко // Молочная промышленность. - 2012.ь-№7. - С.64 — 66.

6. Брыкалов, А. В. Исследование антиоксидантной активности напитков на основе молочной сыворотки [Текст] / А. В. Брыкалов, Н. Ю. Пилипенко//Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. -2012. -№ 84 (101 // http://ei.kubagro.ru/2012/10/pdf/09.pdf

Статьи в других источниках:

7. Пилипенко, Н. Ю. Исследование фенольных компонентов лекарственных растений, применяемых в качестве антиоксидантов в напитках с функциональными свойствами [Текст] / Н. Ю. Пилипенко, А. В. Брыкалов // Научное обеспечение агропромышленного комплекса: материалы IV всероссийской научно-практической конференции молодых ученных. - Краснодар, 2010. - с. 291 - 292.

8. Пилипенко, Н. Ю. Разработка технологии напитков функционального назначения на основе молочной сыворотки [Текст] / Н. Ю. Пилипенко / Медицинская наука и здравоохранение: материалы IX научно-практической конференции молодых ученых и студентов юга России. -Краснодар, 2011. - с. 185 - 188.

9. Пилипенко, Н. Ю. Использование молочной сыворотки в технологии напитков функционального назначения [Текст] / Н. Ю. Пилипенко / Инновационные тенденции развития российской науки: материалы IV Международной (заочной) научно-практической конференции молодых ученных. - Красноярск, 2011.-е. 97-100.

10. Пилипенко, Н. Ю. Изучение состава антиоксидантов на основе фенольных соединений лекарственных растений, используемых для приготовления напитков [Текст] / Н. Ю. Пилипенко, А. В. Брыкалов / Молодежь и наука: реальность и будущее: материалы IV международной научно-практической конференции. - Невинномысск, 2011. — с. 166 - 167.

11. Пилипенко, Н. Ю. Разработка инновационной технологии получения напитков нового поколения с функциональными свойствами на основе молочной сыворотки [Текст] / Н. Ю. Пилипенко / Сборник докладов III Международной научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях». -Москва, 2011.-с. 370 - 372.

12. Пилипенко, Н. Ю. Биотехнология получения напитков нового поколения с функциональными свойствами [Текст] / Н. Ю. Пилипенко, А. В. Брыкалов / Научное обеспечение агропромышленного комплекса: материалы V всероссийской научно-практической конференции молодых ученных. Краснодар, 2011. - с. 295 - 296.

13. Пилипенко, Н. Ю. Изучение антиоксидантных свойств напитков функционального назначения [Текст] / Н. Ю. Пилипенко, А. В. Брыкалов / Молодежь и наука: реальность и будущее: материалы V международной научно-практической конференции. - Невинномысск, 2012. - с. 56 - 58.

14. Брыкалов, А. В. Исследование состава лекарственных растений методом капиллярного электрофореза [Текст] / А. В. Брыкалов, Н. Ю. Пилипенко, Ю. Ф. Якуба / Аналитическая хроматография и капиллярный электрофорез: материалы II - Всероссийской конференции. - Краснодар, 2013.-с. 60.

15. Пилипенко, Н. Ю. Исследование антиоксидантных свойств напитков функционального назначения на основе молочной сыворотки [Текст] / Н. Ю. Пилипенко, А. В. Брыкалов / Наука Кубани. - 2013. - №1. -с. 45-49.

16. Пат. 2491826 Российская Федерация, МПК А 23 С 21/00. Способ производства напитка на основе молочной сыворотки [Текст] / Брыкалов А. В., Пилипенко Н. Ю.; заявитель и патентообладатель КубГАУ. - № 2012108903/10; заявл.07.03.2012; опубл. 10.09.2013, Бюл. № 25.-4 с.

Подписано в печать 30-10- 2013 г. Бумага офсетная Печ. л. 1 Тираж 100 экз.

Формат 60x84 1/16 Офсетная печать Заказ № 729

Отпечатано в типографии Кубанском ГАУ 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования «Кубанский Государственный Аграрный Университет»

УДК 637.146 04201365949 На правах рукописи

Пилипенко Надежда Юрьевна

/

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СЫВОРОТОЧНО-СОКОВЫХ НАПИТКОВ С ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ СВОЙСТВАМИ

Специальность: 05.18.04 - Технология мясных, молочных и рыбных

продуктов и холодильных производств

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор Брыкалов А.В.

Краснодар - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ И СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ — 8

1.1 Состав, физико-химические свойства и биологические особенности молочной сыворотки 8

1.2 Пищевые добавки, классификация, их состав и биологические характеристики. Антиоксиданты на основе полифенольных соединений 15

1.3 Современные технологии получения напитков на основе молочной сыворотки 31

1.4 Обоснование выбранного направления и задачи исследований 38 ГЛАВА 2. ОРГАНИЗАЦИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ 42

2.1 Организация работы и объекты исследований 42

2.1.1 Обоснование выбора лекарственных растений 4 5

2.2 Методы, используемые для проведения исследований 49

2.3 Математическое планирование и обработка результатов экспериментальных исследований 57 ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ И РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ НАПИТКОВ НА ОСНОВЕ ЭКСТРАКТОВ ЛЕКАРСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ 61

3.1 Обоснование использования молочной сыворотки в качестве компонента напитков в сочетании с экстрактами лекарственных растений 61

3.2 Получение экстрактов лекарственных растений 65

3.3 Исследование состава и биологической активности экстрактов лекарственных растений 70

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СЫВОРОТОЧНО-СОКОВЫХ НАПИТКОВ С ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ СВОЙСТВАМИ 80

4.1 Разработка технологической и аппаратурно-процессовой схемы производства напитков с оптимальными параметрами 80

4.2 Изучение состава, пищевой, биологической ценности и хранимости напитков 85

4.3 Определение критических контрольных точек технологии сывороточных напитков с применением принципов ХАССП 94 ГЛАВА 5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ, ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ И СОЦИАЛЬНАЯ ОЦЕНКА РАЗРАБОТАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ НАПИТКОВ НА ОСНОВЕ МОЛОЧНОЙ СЫВОРОТКИ 100

5.1 Маркетинговые исследования при производстве напитков 100

5.2 Основные тенденции развития рынка сывороточных напитков с функциональными свойствами 103

5.3 Экономическая оценка разработанной технологии сывороточных напитков 108

5.4 Экологический мониторинг технологии разработанных напитков 113

5.5 Социальная значимость предлагаемой технологии напитков из молочной сыворотки 116 ВЫВОДЫ 118 СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ 121 ПРИЛОЖЕНИЯ 135

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в России, как и во многих странах мира, особое внимание уделяется вопросам питания населения.

В рамках национального проекта «Здоровье» в России ведущим направлением целевого питания является создание ассортимента продуктов, способствующее улучшению здоровья при их ежедневном употреблении в составе рациона [75]. Актуальным представляется разработка качественно новых продуктов, которые не только бы удовлетворяли физиологической потребности человека в питательных веществах, но и обладали бы функциональными свойствами.

Постоянное воздействие на организм человека ряда отрицательных факторов таких, как эмоциональный стресс, загрязненная окружающая среда, тяжелые физические нагрузки, эндотоксикозы нарушают состояние системного равновесия организма, приводят к подверженности болезням и снижению жизнеспособности [30].

По мнению академика РАМН В.А. Тутельяна [43, 89] здоровье современного человека в значительной степени определяется характером, уровнем и структурой питания, которые имеют ряд нарушений. Нарушение структуры питания - главный фактор, наносящий вред нашему здоровью. По этой причине у 70 % населения России определяется дефицит витамина С, у 40 % - дефицит 13-каротина и витамина А, почти у трети населения -витаминов В-комплекса, а также химического элемента - селена [61].

В последние годы исследователи и специалисты большинства отраслей пищевой промышленности, медицинской науки и практики уделяют повышенное внимание проблемам питания [61].

Особенностью современного развития пищевой промышленности является разработка новых функциональных продуктов питания, основным предназначением которых является: улучшение функции пищеварения и

состояния сердечно-сосудистой системы, укрепление иммунитета, повышение энергетического обмена организма человека и т. д.

Помимо основных свойств, такие продукты обладают профилактическими и оздоровительными показателями качества, благодаря регулирующему и нормализирующему их воздействию на организм человека с учетом его физиологического состояния, пола и возраста и вызывают повышенный интерес среди потребителей. У населения формируется осознанная потребность в данных товарах под влиянием внешних и внутренних факторов. К таким факторам относятся - степень затрат умственного и физического труда, местонахождение и экология региона, а также влияние тех групп, членами которых они являются (экономическое положение, образ жизни, статус, убеждения и др.) [48].

Одной из возможностей усиления защитных функций организма человека может стать потребление функциональных безалкогольных и слабоалкогольных напитков [11].

Значительный вклад в изучение состава и свойств, а также разработку технологий напитков из молочного сырья внесли отечественные и зарубежные ученые: H.H. Липатов, H.H. Липатов (младший), А.Г. Храмцов, В.Д. Харитонов, Л.А. Остроумов, К.К. Полянский, П.Г. Нестеренко, Л.В. Голубева, В.В. Василисина, В.Е. Жидков, E.H. Мельникова, J. Zadow, Е. Murray, О. Braun, М. Tomita и другие.

Получение продуктов функционального назначения, предусматривает использование в качестве одного из основных составляющих - молочную сыворотку, которая содержит комплекс биологически активных веществ [66, 92]. Высокая биологическая ценность молочной сыворотки определяется содержанием в ней белкового, углеводного и липидного комплексов. Состав молочной сыворотки разнообразен. К биологически активным веществам вторичного молочного сырья можно отнести минеральные вещества, витамины, органические кислоты, аминокислоты, углеводы, ферменты.

Молочная сыворотка является сырьем для промышленного производства напитков, концентратов биологически активных веществ, продуктов микробного синтеза и биотрансформации органических соединений [91, 93, 94].

Особый интерес представляет возможность регулирования пищевой, биологической ценности и функциональных свойств напитков на основе молочной сыворотки, за счет введения в их состав биологически активных компонентов лекарственных растений и фруктовых соков.

Анализ вышеперечисленных направлений развития науки и практики в области рациональной переработки молочного сырьевого ресурса -молочной сыворотки, позволяет сделать вывод об актуальности поставленной задачи по разработке биотехнологии получения на основе нативной и изомеризованной сыворотки напитков с функциональными свойствами, обусловленными содержанием витаминов, минеральных веществ, антиоксидантов, пребиотика лактулозы с ярко выраженными бифидогенными свойствами [67, 68, 92].

Целью настоящей работы является разработка освежающих напитков функционального назначения на основе молочной сыворотки с добавлением экстрактов лекарственных растений и фруктового сока, исследование их состава и биологических свойств.

На защиту выносятся следующие основные положения и результаты работы:

1. Экспериментальное обоснование и оптимизация получения экстрактов лекарственных растений, как компонентов напитков на основе молочной сыворотки.

2. Оптимизированные технологические параметры производства функциональных напитков на основе молочной сыворотки с антиоксидантной добавкой.

Состав и биологические показатели, органолептическая оценка нового продукта функционального назначения. Технико-экономическая, социальная и экологическая оценка технологии напитков.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ И СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Состав, физико-химические свойства и биологические особенности

молочной сыворотки

В процессе переработки молока на сливки, сметану, творог и творожные изделия, сыр, масло по традиционной технологии получают побочные продукты - обезжиренное молоко, пахту и молочную сыворотку. Состав и свойства молочной сыворотки обусловлены видом основного продукта и особенностями технологии его получения [91].

Требования предъявляемые к качеству различных видов молочной сыворотки регламентированы ГОСТ Р 53438-2009 «Сыворотка молочная. Технические условия». По органолептическим показателям молочная сыворотка должна соответствовать требованиям, приведенным в таблице 1.1 [28].

Таблица 1.1- Органолептические показатели молочной сыворотки

Наименование показателя Характеристика для сыворотки

подсырной творожной казеиновой

несоленой соленой

Внешний вид и консистенция Однородная жидкость. Допускается наличие белкового осадка

Цвет Бледно-зеленый

Вкус и запах Свойственный молочной сыворотке, сладковатый Свойственный молочной сыворотке, солоноватый Свойственный молочной сыворотке, кисловатый

По физико-химическим показателям сыворотка должна соответствовать нормам [28], представленным в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Физико-химические показатели молочной сыворотки

Наименование показателя Норма для сыворотки

ПОДСЫ] рной творожной казеиновой

несоленой соленой

Плотность, кг/м3, не менее 1023 1023 1023 1023

Массовая доля сухих веществ, %, не менее 5,6 7,0 5,5 5,5

Массовая доля лактозы, %, не менее 4,0 4,0 3,5 3,5

Массовая доля хлористого натрия, %, не более - 1,5 - -

Кислотность, Т, не более 20 20 70 75

Температура, °С, не выше 6

Молочная сыворотка в среднем содержит 49-51 % сухих веществ молока, она является продуктом, включающим фактически все составные части молока [93].

Особое значение придается белкам молочной сыворотки. Белковые составляющие сыворотки представлены альбуминами и глобулинами, содержание которых составляет 90 % и более от общего количества белков. Приблизительно 10 % белков сыворотки приходится на остатки казеина, в основном - казеинаты [35].

Аминокислотный состав казеина и сывороточных белков несколько различен. В числе аминокислот, которые входят в состав белков сыворотки, представлены все незаменимые аминокислоты, присутствующие в количествах, соответствующих их содержанию в «идеальном белке» (таблица 1.3).

Таблица 1.3 - Общее содержание аминокислот в молочной сыворотке,

Сыворотка молочная Аминокислоты, мг/л

свободные в белках

всего в том числе незаменимые всего в том числе незаменимые

Подсырная 132,7 51,0 6490 3326

Творожная 450,0 356,0 5590 2849

Общее содержание аминокислот в подсырной и творожной сыворотке фактически одинаково. Тем не менее, в творожной сыворотке содержится в 3,5 раза больше свободных аминокислот и в 7 раз больше незаменимых свободных аминокислот (валин, фенилаланин, лейцин, изолейцин), чем в подсырной [91].

Сывороточные белки обладают рядом полезных функций. Важнейшие из них — защита организма от инфекционных заболеваний. Основная роль здесь принадлежит иммуноглобулинам, близким по своей природе к белкам крови. Наряду с иммуноглобулинами, в сыворотке также имеются белки повышающие резистентность организма к заболеваниям, это лизоцим, который может играть роль селективного антибиотика, лактоферрин -железопереносящий белок, лактопероксидаза. Влияние лактоферрина на иммунную систему человека известно уже давно. Есть данные [123], что концентрат сывороточного белка, лактоферрин и лактопероксидаза способны укреплять нейрофилы - тип белых телец, которые способствуют уничтожению и перевариванию микроорганизмов. Имеющаяся в составе сывороточного белка аминокислота цистеин способствует образованию глутатиона — вырабатываемого организмом человека антиоксиданта для защиты от стресса, вызываемого, токсинами, загрязнением окружающей среды, воздействием ультрафиолетового излучения и утомлением. Достаточное количество глутатиона в организме является решающим фактором в подержании эффективности работы иммунной системы [110].

Результаты многочисленных исследований свидетельствуют о том, что цистеин представляет собой строительный белок для производства глутатиона в организме. Глутатион предотвращает изнашивание клеток из-за окислительных процессов [110]. Отдельные фракции сывороточных белков обладают способностью связывать витамин В12 и флоаты, благодаря чему скорость адсорбции этих витаминов через мембрану возрастает в 100 раз. [107]. Исходя из этого, можно сказать, что сывороточные белки обладают

уникальными биологическими свойствами и играют огромную роль в формировании иммунитета человека.

В состав молочной сыворотки входит основной ее углевод — лактоза -около 70 % от массы сухих веществ и 75 % энергетической ценности сыворотки [92, 93].

Общее количество других углеводов молока приблизительно в 20 раз ниже содержания лактозы. Молочный сахар усваивается организмом на 99,7 %, и его главным назначением является обеспечение энергетических потребностей человека и животных. Также, лактоза выполняет функции строительного углевода. При гидролизе лактоза распадается на Д-глюкозу и Д-галактозу, под действием галактозидазы образуется значительное количество три-, тетра- и пентасахаридов. Основным из них является галактозил-лактоза, которая не всасывается в тонком кишечнике и попадает в толстый кишечник. Имеются сведения о том, что галактозил-лактоза играет важную роль в регулировании состава микрофлоры кишечника [122].

Лактулоза - синтетическая производная лактозы, она позволяет нормализовать кишечную флору, т.к. этот дисахарид могут метаболизировать бактерии микрофлоры толстой кишки - анаэробные лактобациллы и бифидобактерии [77].

Лактулоза способствует поддержанию жизнедеятельности молочнокислых и бифидобактерий желудочно-кишечного тракта, стимулирует усвоение кальция, железа, цинка, фосфора, меди, магния, натрия, марганца [104, 105]. Из выше сказанного следует, что лактулоза является незаменимым углеводом в питании человека, она служит не только источником энергии, но также регулирует состав микрофлоры кишечника, стимулирует обмен веществ.

Молочный жир также является одним из компонентов молочной сыворотки. Его содержание колеблется от 0,05 до 0,45 % [93]. Жир сыворотки диспергирован в большей степени, чем в молоке, это

положительно влияет на биохимические процессы, происходящие в организме человека. В сыворотку переходят практически все соли и микроэлементы молока. Состав минеральной части сыворотки обусловлен наличием катионов калия, магния, кальция, натрия, анионами лимонной, фосфорной, соляной, серной, угольной и молочной кислот [35]. Сыворотка характеризуется высоким содержанием кальция и фосфора. В среднем содержание кальция и фосфора составляет в творожной сыворотке 63-90 мг %, в подсырной 43-61 мг % (0,92-1,4 и 0,65-0,9 г/100 г сухих веществ) [16]. Минеральные элементы играют важную роль в питании людей. Следует отметить, что минеральные вещества сыворотки обладают высокой усвояемостью. Из микроэлементов сыворотки наибольший удельный вес занимают цинк, железо, йод, медь, кобальт. Всего в молочной сыворотке обнаружено более 30 различных макро-, микро- и ультрамикроэлементов. Таким образом, можно сказать, что молочная сыворотка является продуктом с естественным набором жизненно-важных минеральных соединений [92, 93].

Витамины одни из наиболее ценных составляющих сыворотки. В сыворотку из молока переходят водорастворимые и жирорастворимые витамины. Водорастворимые витамины остаются в сыворотке практически полностью (до 88 % тиамина, 78 % аскорбиновой кислоты, 90 % никотиновой кислоты, весь рибофлавин, до 60 % витамина В12). Количество витаминов в сыворотке подвержено колебаниям в значительной степени, которые связанны как с первоначальным содержанием их в молоке, так и со способом производства белкового продукта. В сыворотке в следовых количествах обнаружены оротовая кислота (витамин Вб) и пангамовая кислота (витамин В15) [98]. Содержание рибофлавина и фолиевой кислоты в сыворотке может быть выше, чем в исходном молоке, т.к. эти витамины синтезируются микрофлорой, участвующей в производстве белковых продуктов. Аскорбиновая кислота разрушается при тепловой обработке, особенно в

" >> •

присутствии кислорода воздуха, тяжелых металлов, при обработке перекисью водорода [112]. Сыворотка играет важную роль в качестве источника витаминов группы В. В сыворотке присутствуют также орга�