Функционально-технологические свойства термостабильного концентрата сывороточных белков

В настоящее время к актуальной тенденции, определяющей развитие молочной отрасли, относится производство пищевых ингредиентов с высокой надбавленной стоимостью. Относительно новым белковым ингредиентом для Российского рынка является микропартикулят сывороточных белков. Применение микропар-тикулята сывороточных белков обусловлено его уникальными свойствами, позволяющими использовать его в качестве имитатора жира [1 – 3]. Технология производства микропартикулята

ингредиентов в основном представлен микро-партикулятами с содержанием белка 60% и 80% (в сухом веществе). Качественные показатели сухого микропартикулята зависят от состава и физико-химических изменений его компонентов в ходе технологических операций. Технологическими режимами производства обуславливаются основные физико-химические показатели, такие как содержание влаги, растворимость, смачиваемость, насыпная плотность и др. Большой практический интерес представляет исследование функционально-технологических характеристик сухой формы микропартикулята, обеспечивающих ее применимость в пищевых технологиях.

Материалы и методы

Исследования были проведены в условиях кафедры технологии продуктов животного происхождения ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» и научно-испытательной лаборатории «Молоко» ФГАНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт молочной промышленности». В качестве объектов исследования рассматривали микропартикуляты с массовой долей белка (в сухом веществе) 60% и 80%. Получение их осуществляли в условиях цеха сушки филиала «Калачеевский сырзавод» ПАО МК «Воронежский». Микропартикуляцию сывороточных белков проводили на установке EcoProt + кампании Kieselmann.

Показатели состава объектов исследования определяли стандартными методами: массовую долю влаги и сухих веществ по ГОСТ 29246–91, массовую долю жиру по ГОСТ 29247–91, массовую долю общего белка по ГОСТ 34454–2018, массовую долю лактозы по ГОСТ Р 54760–2011, массовую долю золы по ГОСТ Р 56833–2015. Гранулометрический состав частиц объектов исследования определяли с помощью лазерного дифракционного анализатора Beckman Coulter. Для определения объемной насыпной, рыхлой насыпной и насыпной плотности на контрольную пробу сухого продукта в мерном цилиндре воздействовали ударом с помощью специальной установки. После определенного количества ударов регистрировали объем продукта. Объемную насыпную плотность определяли как отношение массы порошка к объему после его переноса в мерный цилиндр, рыхлую насыпную плотность – как отношение массы порошка к объему после 100 ударов, насыпную плотность как отношение массы порошка к объему после 625 ударов. Индекс растворимости оценивали как объем нерастворившегося осадка в восстановленной пробе микропартикулята.

Скорость растворения (диспергируемость) оценивали как содержание сухих веществ в фильтрате смеси сухого продукта и воды (при температуре 24 °С). Смачиваемость оценивали на основании данных о погружении частиц сухого продукта в воду. Определение пригорелых частиц производят методом, основанном на растворении навески продукта в горячем растворе карбоната натрия, полифосфата натрия, двунатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты или гидроокиси натрия, фильтровании полученного раствора и визуальном сравнении осадка на фильтре с приготовленными контрольными фильтрами. Определение уровня термообработки проводили на основании коэффициента UMSPN (undenatured milk-serum protein nitrogen), который представляет собой концентрацию неденатури-рованного сывороточного небелкового азота. Для оценки термоустойчивости фиксировали продолжительность выдержки восстановленного продукта при 100 °С до выпадения хлопьев белка. Математическую обработку эксперимента проводили методами математической статистики по данным 5–10 опытов в трехкратной последовательности.

Результаты и обсуждение

Образцы микропартикулята сывороточных белков характеризовались низкой массовой долей влаги, что обеспечивало их устойчивость при хранении (таблица 1).

Таблица 1.

Состав микропартикулятов сывороточных белков

Table 1.

Composition of whey protein microparticles

Массовая доля, % Mass fraction, %	Значение | Value
	МСБ 80 MWP 80	МСБ 60 MWP 60
Сухое вещество | Dry matter	96,31±0,50	96,35±0,50
Влага | Moisture	3,69±0,50	3,65±0,50
Жир | Mass fraction of fat	6,00±0,50	6,00±0,50
Общий белок | Total protein	76,75±0,22	63,95±0,22
Лактоза | Lactose	4,82±0,77	18,17±2,00
Зола | Ash	8,04±0,04	7,56±0,04
Белок в пересчете на СОМО Protein in terms of SOMO	80±0,22	66±0,22

Важнейшей характеристикой сухих продуктов является размер (рисунок 1) и форма частиц, т. к. большая часть функционально-технологических характеристик зависит именно от этих параметров. Частицы микропартикулята имели сходные внешние характеристики, а также близкие размеры. Средний диаметр частиц МСБ 60 составил 69,9 мкм (мода – 105,9 мкм, медиана – 75,83 мкм), МСБ 80 – 66,5 мкм (мода – 96,5 мкм, медиана – 84,87 мкм).

Размер частиц, мкм Particle size, µm

□ МСБ 60 MWP 60 □ МСБ 80 MWP 80

Рисунок 1. Гранулометрический состав частиц объектов исследования

Figure 1. Granulometric composition of the particles of the objects of study

Важнейшим свойством сухих продуктов является их способность к восстановлению. Восстановление заключается во взаимодействии продукта с водой и состоит из нескольких стадий: растворение лактозы и минеральных веществ, переход белков и жира в эмульсионно-коллоидное состояние, гидратация дисперсной фазы, выделение из продукта избыточного воздуха. Начальная фаза восстановления определяется показателем смачиваемости [8] (таблица 2).

На него оказывают влияние состав продукта (в частности наличие свободного жира), а также размер и структура частиц. При контакте с водой с поверхности частиц микропартикулята высвобождается лактоза, сывороточные белки и минеральные соли. После этого вода проникает в капилляры частиц [9], вытесняя воздух и высвобождая лактозу и минеральные вещества из внутренней части частицы. Это приводит к разрушению частицы и высвобождению плохо растворимых жира и казеина. Образцы миркопар-тикулята легко смачиваются так как состоят, в основном, из аморфной лактозы и сывороточного белка, оба эти вещества легко переходят в раствор. Быстрота восстановления сухого продукта оценивается показателем диспергируемости. Основным фактором, оказывающим влияние на этот показатель, является размер частиц. Поскольку гранулометрический состав образцов микро-партикулята характеризовался практически равнозначными величинами, не отличалась и диспергируемость. Полноту растворения (переход сухих веществ в раствор без выпадения осадка) характеризует индекс растворимости. Индекс растворимости МСБ 60 был ниже, чем МСБ 80, что, по-видимому, обусловлено большим содержанием хорошо-растворимой лактозы в его составе.

Таблица 2.

Функционально-технологические свойства объектов исследования

Table 2.

Functional and technological properties of research objects

Показатель Indicator	Значение | Value
	МСБ 80 MWP 80	МСБ 60 MWP 60
Смачиваемость, % Wettability, %	48,16±1,93	49,38±1,98
Диспергируемость, % Dispersibility, %	41,22±1,65	42,39±1,70
Индекс растворимости, см3 сырого осадка Solubility index, сm3 wet sediment	0,30±0,01	0,45±0,01
Объемная насыпная пл-ть, г/см3 Bulk bulk density, g/сm3	0,244±0,019	0,284±0,022
Рыхлая насыпная пл-ть, г/см3 Loose bulk density, g/сm3	0,331±0,026	0,365±0,028
Насыпная плотность, г/см3 Bulk density, g/сm3	0,349±0,027	0,385±0,030
Пригорелые частицы (диск) Burnt particles (disk)	В/С	В/С
Показатель термообработки (тепловое число) Heat treatment index (heat number)	57,49	58,37
Класс термообработки Heat treatment class	низкотемпературная low temperature
Концентрация неденатурированного сывороточного небелкового азота (UMSPN), мг/г сухого продукта Concentration of undenatured serum non-protein nitrogen (UMSPN), mg/g dry product	6,5	6,4

К важным функционально-технологическим свойствам относятся насыпная, а также объемная насыпная и рыхлая насыпная плотность. Этими показателями определяется необходимый размер складских площадей, а также норма упаковочных материалов. Значение объемной насыпной плотности связано с размерами, а рыхлой насыпной плотности с прочностью частиц сухого продукта. Оба объекта исследований относились к «легким» порошкам с насыпной плотностью менее 0,6 г/см3. Более высокое значение насыпной плотности МСБ 80 характеризует его как продукт с менее рыхлой структурой (в сравнении с МСБ 60), а значит, потенциально более стойкий в хранении.

Тепловое число показывает степень изменения компонентов продукта в результате тепловой обработки. Оба образца микропартикулята характеризовались близким значением показателя термообработки, позволяющим отнести их кклассу низкотемпературной обработки. Низкотемпературная обработка коррелирует и со значением UMSPN продуктов [10 – 20]. Технологически важным показателем, определяющим термоустойчивость в ходе дальнейшей переработки, является проба на кипячение. Восстановленные образцы микропартикулятов характеризовались значительно большей стойкостью к нагреванию в сравнении с концентратом сывороточных белков без этапа микропартикуляции. Проба на кипячение для МСБ 80 составила 2 мин при температуре 100 °С, а для МСБ 60 – 5 минут. Это позволяет отнести микропартикулят к термоустойчивым пищевым ингредиентам.

Заключение

Выполненные исследования позволили отнести сухой микропартикулят сывороточных белков к технологичным видам молочного сырья, применимым в технологии различных продуктов питания. Микропартикулят характеризуется хорошей способностью к восстановлению, приемлемым значением насыпной плотности, а также высокой термоустойчивостью, относится к низкотемпературному классу тепловой обработки. Сухие ингредиенты низкотемпературной обработки имеют высокую биологическую ценность и могут быть использованы в производстве специализированной продукции, в частности, для детского и спортивного питания.