Исследование и разработка ресурсосберегающей технологии производства мягкого сыра из молочной сыворотки

МРНТИ 65.63.03                          

Питание – важнейший фактор внешней среды, который определяет правильное развитие, состояние здоровья и трудоспособность человека. Согласно мнению экспертов ВОЗ, примерно 60-70% здоровья человека зависит от питания, все остальное – вопросы генетики, экологии, наследственности [1]. Поэтому все больше потребителей переходят на здоровый̆ образ жизни и включают в свой рацион функциональные пищевые продукты. В этой связи растет интерес к разработке полезных продуктов с низким содержанием жира или обезжиренных. Люди мотивированы потреблять обезжиренные молочные продукты, чтобы снизить риск некоторых типов заболеваний, таких как ожирение, гипертония, инсульт и ишемическая болезнь сердца [2,3]. Производство функциональных продуктов питания с использованием молочной сыворотки, способствующей укреплению защитных функции организма, является актуальной темой на данный момент.

Предлагаемые продукты на основе молочной сыворотки являются источниками целого ряда полезных веществ витаминов, микроэлементов, белков, углеводов и т.д.[4]. Осуществление комплексной переработки молочной сыворотки по ресурсосберегающим технологиям с использованием местного растительного сырья дает возможность в максимальной мере скорректировать состав и свойства готовых продуктов, производить с требуемым уровнем пищевой ценности, регулировать функциональные свойства и снизить их себестоимость[5].

Целью исследования является разработка современных способов глубокой переработки молочной сыворотки и производство на основе молочной сыворотки натуральных низкокалорийных продуктов питания функционального направления.

Материалы и методы иследований

В ходе проведения научно-исследовательской работы будут использоваться эмпирические и теоретические методы научного исследования. Планируется проведение экспериментальных методов исследования, предусматривающих использование методик оптимизации рецептурного состава и технологических режимов производства продуктов питания на основе молочной сыворотки с использованием стандартных методик исследования органолептических, физико-химических, структурно-механических, функционально-технологических, микробиологических показателей сырья и готовой продукции.

Из стандартных физико-химических методов будут применены следующие:

• 1.    Определение содержание влаги методом высушивания в сушильном шкафу при температуре 105 0С и ускоренным методом на приборе Чижовой по ГОСТ 3626-73.

• 2.    Определение массовой доли белка по ГОСТ 23327-98.

• 3.    Определение массовой доли жира в молочных продуктах методом Гербера по ГОСТ 5867-90.

• 4.    Определение содержания минеральных веществ в продуктах питания– ГОСТ ISO 12081-2013, ГОСТ 26928-86, ГОСТ 33824-2016.

• 5.    Определение аминокислотного состава в продуктах питания с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии – МВИ МН 1363-2000.

В условиях производственного цеха молочных продуктов КазАТУ им. С. Сейфуллина была получена опытная партия сывороточного сыра с использованием разработанной закваски.

Технологическими параметрами, определяющими процесс получения сырной массы, являются температура и продолжительность термообработки. Исходя из термической устойчивости компонентов молочной сыворотки, оптимальной температурой тепловой обработки является диапазоне от 50 до 65 0С. Натуральная сыворотка имеет в своем составе не более 7% сухих веществ, из которых в сгусток при термообработке переходит белковая часть, представленная сывороточными белками, доля которых составляет 12%. Поэтому оптимальным решением является добавление в сыворотку цельного молока, а также дополнительное внесение сгущенной сыворотки. Для определения максимальной коагуляции белков при тепловой обработке была исследована продолжительности термообработки. Сыворотка, смешанная с молоком в соотношении 70/30 предварительно сквашивалась, затем подвергалась тепловой обработке. Для обработки была использована стандартная медленная и быстрая пастеризация.

Обзор литературы

Согласно рекомендациям ФАО каждый человек должен иметь право на полноценное питание, но не каждая страна может обеспечить достаточную экономическую и физическую доступность продовольствия для населения [6]. Данный фактор зависит от экономического положения, но и от экологического состояния страны тоже. Население меняет свои привычки питания, большинство переходят на здоровый образ жизни и включают в свой рацион функциональные пищевые продукты. В этой связи растет интерес к разработке полезных функциональных продуктов с низким содержанием жира или обезжиренных.

С ростом объемов высокопротеиновых продуктов образуются и большие объемы сыворотки. В прошлом эти потоки считались побочными продуктами, и часто их утилизировали как отходы. Однако молочная сыворотка имеет потенциал в качестве ценного сырья при производстве обезжиренных функциональных пищевых продуктов.

Рациональное использование ценных питательных компонентов молока, содержащихся в молочной сыворотке, является актуальной проблемой молочной промышленности. Попадание молочной сыворотки в системы канализации вызывает серьезные экологические проблемы, обусловленные высоким содержанием способных к окислению органических соединений в составе молочной сыворотки. Например, средняя биохимическая потребность в кислороде (БПК) для некоторых потоков молочной сыворотки, составляет около 40 000 мг/л, что примерно в 30 раз выше предела стока, предписанного для культивируемых молочных продуктов, и в 130 раз выше предела стока для сырных продуктов. Поэтому в промышленности растет потребность полного использования всех компонентов молока, в особенности сыворотки [7].

Однако, следует отметить, что проблема переработки сыворотки остро стоит в практике всех молокоперерабатывающих производств во всем мире. Известно, что молочная сыворотка – это полезный продукт, обладающий антиканцарогенным и стимулирующим действием [8]. содержит белковые и азотистые соединения, витамины и минералы [9], но имеет повышенную кислотность, мутность, осветление которой требует дорогостоящих методов переработки. При этом наибольшие сложности возникают с переработкой творожной сыворотки, ввиду ее высокой кислотности и сравнительно высоким количеством на крупных предприятиях. Использование комплексной технологии переработки полностью исключает сброс сыворотки на очистные сооружения.

В настоящее время в США, Канаде, Германии молочная промышленность перерабатывает 50-95% сыворотки. Большинство развитых стран в последние годы уделяют внимание глубокой переработке сыворотки, с получением молочного жира, лактозы, белков, путем применения методов высушивания. Например, в США 55% высушенной сыворотки направляется в кондитерскую промышленность в качестве обогатителя продуктов питания [10]. В Казахстане переработка составляет менее 10%. В настоящее время, только ТОО «Амиран» (г.Алматы) и ТОО «Агрофирма Родина» (Акмолинская область) выпускают сыворотку в продажу в виде пастеризованного продукта. Однако, данный продукт не пользуется спросом, из-за специфического вкуса, непривлекательного вида, а также причиной является неосведомленность населения о полезных свойствах молочной сыворотки. Поэтому разработка новых технологий на основе молочной сыворотки, путем создания популярных среди потребителей продуктов питания таких как сывороточные сыры, является целесообразной и актуальной задачей.

Молочная сыворотка по своему составу идеально подходит для правильного – позитивного питания. В составе сыворотки имеются разного вида хемиопревенторы, которые обладают действием функционального направления. Молочные белки и пептиды также улучшают биодоступность минералов и микроэлементов, таких как кальций, магний, марганец, цинк, селен и железо [11]. В свою очередь сывороточные белки имеют потенциал в качестве физиологических молочных компонентов для лиц с ожирением и метаболическим синдромом. Высокобелковые молочные продукты и, в частности, те, которые содержат сывороточные белки, могут снижать отложение жира и повышать чувствительность к инсулину [12-13].

В последнее время стали актуальным исследования в области применения сывороточных белков при производстве кисломолочных продуктов. Так, учеными Юго-Восточный Научно-Исследовательский Центр Молочных Продуктов США была исследована возможность использования сыворотки подсырной и творожной для производства обезжиренного йогурта термостатным способом. Обезжиренные йогурты имели схожие вкусовые признаки, но разные показатели прочности сгустка [14]. Кисломолочные напитки с применением сыворотки, полученные путем ферментации из смеси молока и сыворотки, имеют важные преимущества для здоровья, которые могут быть улучшены добавлением пробиотических культур. Согласно проведенным недавно исследованиям сывороточные кисломолочные напитки играют важную терапевтическую роль при ежедневном употреблении, так как имеют позитивное влияние для усиления защиты от Salmonella Typhimurium. Обычный ферментированный молочный напиток из молочной сыворотки обладал лучшим защитным эффектом против инфекции Sal-monella Typhimurium в мышиной модели и был способен защитить мышей от реакций, вызванных патогенными бактериями (воспалительная реакция и повреждение тканей), по сравнению с пробиотическим ферментированным молочным напитком из молочной сыворотки [15].

В изучении и разработку технологии продуктов, в основе которых использовалась молочная сыворотка внесли свой вклад казахстанские ученые: Алимарданова М.К., Чома-нов О.Ч, Синявский Ю.А., Аязбекова М.А. и др. Этими авторами были разработаны и запатентованы способы производства продуктов на основе творожной сыворотки, такие как функциональный напиток «Фреш». В состав напитка входит творожная сыворотка и тыквенный сок [16]. В Южно-Казахстанском государственном университете им. М. Ауезова разработан и запатентовн способ получения молочно-фруктового десерта, в состав которого входили молоко обезжиренное, сыворотка творожная, стабилизатор желатин, а в качестве фито сырья использовали гомогенизированную массу хурмы. Хотя использование хурмы нецелесообразно для использования в данном регионе [17].

Таким образом, ранее указанные исссле-дования показывают, что молочная сыворотка имеет ряд полезных свойств и может быть использована в качестве обогатителя или основы молочных продуктов. Тем не менее производство молочных продуктов из сыворотки до сих пор является актуальной проблемой молокоперерабатывающих производств. Особенно, учитывая современные способы переработки, а также общую мировую тенденцию перехода к здоровому образу жизни, к правильному питанию, предпочтению натуральных органических продуктов. Поэтому, основной задачей исследования является создание новых технологий производства продуктов питания с учетом современных тенденции.

Результаты и их обсуждение

В целях получения сывороточных сыров были проведены необходимые исследования по определению физико-химического состава в двух вариантах сыра:

Вариант 1 – сывороточный сыр, полученный с использованием молочной сыворотки.

Вариант 2 – сывороточный сыр, полученный с использованием сгущенной молочной сыворотки.

Данные анализов приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Физико-химические показатели исследуемых образцов

Наименование показателя	Вариант 1	Вариант 2
Белки, г/100г	14,48±0,9	13,08±0,8
Жиры, г/100г	12,83±0,1	9,12±0,07
Углеводы, г/100г	4,55±0,23	6,91±0,35
Влага, г/100г	67,74±3,39	70,35±3,52
Зола, г/100г	0,40±0,02	0,54±0,03
Энергетическая ценность, ккал/кДж/100г	192/803	162/679

По полученным данным видно, что энергетическая ценность в сывороточном сыре из обработанной молочной сыворотки больше чем в сывороточном сыре, полученного из под сгущенной молочной сыворотки. Это связанно с тем, что содержание белков и жиров в варианте 1 больше, чем в варианте 2. При процессе сгущения из за высоких температур некоторое количество белков в составе сыворотки коагулируется. Однако, содержание углеводов и золы в варианте 2 больше, чем в варианте 1. При сгущении молочной сыворотки свободная влага испаряется, содержание сухих веществ в растворе становится больше, что и привело к большему количеству углеводов и золы в варианте 2.

В исследуемых образцах были проведены анализы на определение витаминного и минерального состава. Полученные данные показаны на рисунке 1.

Рисунок 1- Витаминный и минеральный состав исследуемых образцов

Проведенные исследования показывают, что в исследуемых образцах содержатся витамины А, Е. Содержание витамина А чуть больше в варианте 2, в то время когда витамина Е больше в варианте 1. Содержание кальция: разница в обоих образцах – 26 мг/100г и 33 мг/100г соответственно.

С целью повысить биологическую ценность продукта, а именно увеличение контента качественных аминокислот за счет добавления сывороточных белков, используется молочная сыворотка. Их биологическая ценность равна 112% по отношению к стандарту, по структуре они являются полноценными белками, содержащие сбалансированный состав незаменимых аминокислот. Содержание аминокислотного состава показано на рисунке 2.

Рисунок 2 –Аминокислотный состав исследуемых сыров

Свойство белков определяется качественным и количественным составом аминокислот. В образцах сыра содержатся полноценные белки, содержащие все незаменимые аминокислоты: валин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан и фенилаланин. Наибольшее количество показывает содержание лейцина+изолейцина в обоих образцах – 1739,130 мг/100г и 1568,437 мг/100г соответственно. Следующий по содержанию стоит пролин - 1369,565 мг/100г и 1235,294 мг/100г соответственно. Общее количество аминокислот в обоих образцах сыра удовлетворительно, от 985 мг/100г до 516 мг/100г соответственно. Самое низкое содержание показывает глицин 253 мг/100г и 259 мг/100г продукта соответственно.

Заключение, выводы

По полученным данным можно судить о качестве исследуемых сывороточных сырах. Полученные сывороточные сыры из сгущенной сыворотки не уступают по качеству и показателям первому варианту сывороточного сыра. Оба образца имеют высокую энергетическую ценность, что указывает на их богатый состав белков, жиров, углеводов. Содержание кальция больше в сывороточном сыре, полученном из сгущенной молочной сыворотки.

Известно, что белки молока условно делятся на две группы: казеин и сывороточные белки [18]. Сывороточные белки могут служить дополнительным источником незаменимых аминокислот, что позволяет отнести их к полноценным белкам, используемым для структурного обмена. Они легче усваиваются организмом и служат основой для здорового организма человека за счет своих антибиотических и иммунных свойств, способностью формировать антитела. В обеих образцах было большое количество лейцина и изолейцина. Лейцин (α-аминоизокапроновая кислота) играет немаловажную роль в формировании здоровья человека с малых лет. При недостатке лейцина в питании у детей происходит задержка роста и снижение массы тела, отмечаются изменения в почках и щитовидной железе.

Пролин укрепляет связки, сухожилия, помогает заживлять раны [19]. В организме человека аминокислоты выполняют множество важных функций и наличие их полного состава говорит о качестве и полезности продукта.

Представленная исследовательская работа выполнена в рамках программно-целевой программы 2ПЦФ/МСХ-23 BR10764998 «Разработка технологий с использованием новых штаммов полезных микроорганизмов, ферментов, нутриентов и других компонентов при производстве специальных диетических продуктов питания», подпроекта «Разработка ресурсоберегающей технологии молочных продуктов эконом-класса из сыворотки (сывороточный сыр, освежающие и тонизирующие напитки).