Характеристики белкового состава в формировании сроков годности молока ультрапастеризованного

Введение. Срок годности пищевых продуктов определяется воздействием комплекса технологических, физико-химических, биохимических и микробиологических факторов. Все факторы подразделяются на внешние (температура, свет, упаковка и др.) и внутренние (технологические свойства, значение рН, изменение концентрации основных компонентов и ингредиентов, наличие ферментов, диффузионные свойства и др.). При проведении комплекса исследований по подтверждению срока годности молочной продукции необходимо разработать критерии оценки, позволяющие учитывать влияющие факторы применительно к составу продукта и технологии его производства [1, 2].

В настоящее время ультрапастеризованное (УП) молоко занимает значительную долю рынка, поскольку обладает пролонгированными сроками годности в отличие от пастеризованного молока, сохраняя при этом вкусовые и питательные свойства продукта [3, 4].

Одним из основных критериев оценки хранения молочного сырья и молочных продуктов является белок и его составные компоненты [2, 5–8]. Установлено, что наибольшим изменениям в процессе хранения подвергаются белки ка- зеиновой фракции, которые являются главным компонентом белков молока и находятся в нем в виде мицелл [4–10].

Термическая обработка молока является важным этапом обеспечения микробиологической безопасности продукта для потребителя [3, 11]. В зависимости от степени термической обработки белки молока могут претерпевать структурные изменения. Эти изменения характеризуются денатурацией сывороточных белков и их взаимодействием с мицеллами казеина, гидролизом и агрегацией белков [11]. Тепловое воздействие на белки молока может повлиять на органолептические и технологические свойства молока [12].

Химические реакции в процессе обработки и переработки молока происходят прежде всего при нагревании и зависят от температуры, продолжительности воздействия и уровня рН [11– 13]. От протекания этих реакций в той или иной степени зависит ход технологического процесса и свойства промежуточных и конечных продуктов. Реакции SH-групп β-лактоглобулина с аналогичными группами κ-казеина с образованием дисульфидных связей затрудняют действие сычужного фермента и мешают образованию сгу- стка. С другой стороны, они предотвращают выпадение в осадок и хлопьеобразование сывороточных белков при УП-обработке [13].

Особое значение в процессе хранения молочных продуктов имеет протеолиз – ферментативный гидролиз под действием протеаз. Протеолиз могут вызывать ферменты различного происхождения, но наибольший интерес представляет плазмин, который является комплексом сложной системы, состоящей из активного плазмина, неактивного плазминогена, активатора плазминогена и ингибитора плазмина [13, 14].

Плазмин проявляет высокую активность по отношения к β-казеину, вследствие чего в молоке появляются фрагменты β-казеина, такие как γ-казеины и протеозопептонные фракции. α S1 -казеин также подвергается гидролизу, но в гораздо меньшей степени, в то время как κ-казеин устойчив к воздействию плазмина так же, как и сывороточные белки [15, 16].

В процессе хранения молока могут происходить изменения в его физико-химических свойствах. Поэтому важно понять, будут ли какие-либо дальнейшие изменения свойств молока при хранении, кроме микробиологических.

Достаточно много литературных данных по влиянию термической обработки на белки молока, включая кинетику гидролиза белков; образованию пептидов в процессе хранения [12, 16]. Однако мало данных по исследованию белкового состава, особенно белков казеиновой фракции в УП-молоке в процессе хранения.

Цель исследований. Определение оценочных характеристик белкового состава молока ультрапастеризованного в процессе хранения.

Задачи: расширить оценочные характеристики УП-молока для формирования сроков годности; изучить изменение белкового состава УП-молока в зависимости от продолжительности хранения; определить содержание и изменение казеиновых фракций УП-молока в процессе хранения.

Это исследование направлено на обеспечение детального понимания изменений, происходящих в белковом составе молока, их влияния на качество и хранимоспособность готового продукта. Полученные данные могут быть использованы в том числе для разработки методик ускоренного подтверждения сроков годности молочной продукции длительного хранения.

Объекты и методы исследований. В качестве объектов исследований были выбраны мо- локо коровье сырое и ультрапастеризованное молоко с массовой долей жира 3,2 %, изготовленное из нормализованного молока в соответствии с требованиями ГОСТ 31450-2013. Размер партии УП-молока составлял 60 литров, его хранили при постоянной температуре (4±2) °С в течение 9 месяцев без существенных температурных колебаний. Пробы брали на анализ раз в 2 недели, определение проводили в трехкратной повторности.

Определение белкового состава осуществляли методом Кьельдаля: массовую долю белка и общего азота (ОА) определяли в соответствии с ГОСТ 23327-98; содержание небелкового азота по ГОСТ Р 55246-2012; содержание сывороточных белков по ГОСТ 34536-2019; содержание казеиновых белков (КБ) по СТБ ISO 179971-2012; определение казеиновой фракции, а именно α S1 -казеина, α S2 -казеина, β-казеина и κ-казеина, проводили с применением метода капиллярного электрофореза по методике измерений, разработанной в лаборатории техно-химического контроля и арбитражных методов анализа ФГАНУ «ВНИМИ» в ходе выполнения исследований.

Определение титруемой и активной кислотности в исследуемых образцах осуществляли по ГОСТ Р 54669-2011 и ГОСТ 32892-2014 соответственно.

Полученные результаты исследований были проанализированы с помощью дисперсионного анализа (ANOVA). Анализ проводился с использованием программного обеспечения Statistica 10.0.

Результаты и их обсуждение. Исследования УП-молока проводили по следующим показателям: массовая доля белка, содержание общего азота, небелкового азота, сывороточных и казеиновых белков. В таблице приведены результаты исследований массовой доли белка, ОА, НБА, титруемой кислотности в пересчете на молочную кислоту в УП-молоке при продолжительности хранения в течение 9 месяцев. Массовая доля белка и содержание ОА оставались неизменными на протяжении всего периода хранения УП-молока. Содержание НБА увеличилось после 3 месяцев хранения на 4 % и продолжало нарастать. В конце срока хранения УП-молока увеличение НБА составило 30 %, что можно объяснить небольшим нарастанием кислотности и процессом протеолиза в результате ферментативной активности во время хранения.

Химический состав ультрапастеризованного молока в процессе хранения, %

Продолжительность хранения, месяц	Массовая доля белка	Содержание общего азота	Содержание небелкового азота	Титруемая кислотность в пересчете на молочную кислоту
Контроль	3,08±0,09	0,483±0,003	0,024±0,003	0,148
1	3,08±0,10	0,483±0,005	0,024±0,003	0,148
2	3,07±0,08	0,481±0,002	0,024±0,002	0,148
3	3,07±0,09	0,481±0,003	0,025±0,003	0,153
4	3,08±0,08	0,483±0,002	0,025±0,002	0,155
5	3,07±0,10	0,481±0,005	0,028±0,002	0,157
6	3,08±0,09	0,483±0,003	0,029±0,003	0,158
7	3,09±0,10	0,484±0,005	0,029±0,002	0,163
8	3,08±0,09	0,483±0,003	0,032±0,002	0,175
9	3,09±0,09	0,484±0,003	0,038±0,003	0,178

По полученным результатам исследований было отмечено, что изменениям подвергаются такие компоненты белков молока, как НБА, СБ и белки казеиновой фракции, что обусловлено процессом гидролиза, изменением структуры белка и влиянием той термической обработки, которой подверглось молоко в ходе технологического процесса. Термическая обработка молока приводит к изменениям белкового состава молока, свойств и структуры белка, что было описано нами в ранее опубликованных материалах [17, 18].

Содержание СБ в течение 2 месяцев хранения УП-молока было стабильно, но после 3 месяцев хранения было отмечено повышение их содержания на 3 %, после 9 месяцев их содер- жание увеличилось более чем на 10 % (рис. 1). После 3 месяцев хранения также наблюдались изменения в содержании КБ, их количество снижалось в целом на 2–4 %, после 9 месяцев хранения их содержание снизились более чем на 10 % (рис. 2). При этом необходимо подчеркнуть, что изменениям подвергалось не только общее содержание СБ и КБ, но и менялся фракционный состав белка, снижалось содержание β-лактогло-булина в среднем на 20 % по отношению к контрольному образцу, содержание отдельных фракций казеина как повышалось на 20–30 %, так и снижалось на 2–5 %, что свидетельствует об изменении соотношений фракционного состава белка в процессе хранения.

Сывороточные белки        Активная кислотность (рН)

Рис. 1. Изменение содержания сывороточных белков в УП-молоке в процессе хранения

Казеиновые белки        Активная кислотность (рН)

Рис. 2. Изменение содержания казеиновых белков в УП-молоке в процессе хранения

Изменение содержания казеиновых фракций в УП-молоке в процессе хранения графически представлен на рисунке 3. На графике видно, что наибольшим изменениям подвержены такие фракции, как β-казеин и κ-казеин. Содержание β-казеина снижается в процессе хранения на 20 %, в то время как содержание κ-казеина повы- шается более чем на 30 %. Значительные изменения β- и κ-казеина наблюдаются после 3 месяцев хранения. Фракции αs1- и αs2-казеина изменяются незначительно, что говорит о стабильности данной фракции. Их содержание снижается на 2 и 5 % соответственно по истечении срока годности относительно контрольного значения.

Рис. 3. Изменение содержания казеиновых фракций в УП-молоке в процессе хранения при 4 °С в течение 9 месяцев

Оценивая полученные результаты, установили, что изменения белкового состава в УП-молоке в процессе хранения обусловлены многими факторами, в том числе кислотностью мо- лока, температурными режимами хранения и качеством молока сырья. Так как в процессе хранения УП-молока разрушаются мицеллы β-казеи-на, это в дальнейшем приводит к увеличению концентрации аммиака в свободной форме и появляются продукты гидролиза белка (свободные аминокислоты, пептиды).

Заключение. Расширены оценочные характеристики УП-молока при хранении, к которым относятся небелковый азот, сывороточные и казеиновые белки.

Согласно полученным результатам исследований, установлено, что в процессе хранения даже при низких положительных температурах происходят необратимые изменения белковой фракции в молоке, которые влияют на качество продукта. Выявлено, что при длительном хранении УП-молока после 9 месяцев содержание СБ увеличилось более чем на 10 %, а содержание казеиновых белков снизились более чем на 10 %. Отмечено влияние активной кислотности на белковый состав УП-молока, при снижении которой происходила инактивация протеаз, что приводило к увеличению содержания НБА на 30 %.

Установлена зависимость изменений соотношений фракционного состава белка от продолжительности хранения. После 9 месяцев хранения содержание β-казеина снижалось на 20 %, а содержание κ-казеина повышалось более чем на 30 %. При этом содержание β-лактоглобулина снижалось в среднем на 20 %.

Полученные данные об изменении содержания сывороточных белков и небелкового азота, а также фракционного состава казеиновых белков, а именно содержания β- и κ-казеина, можно в дальнейшем использовать для прогнозирования хранимоспособности молочной продукции.