Изучение влияния воздействия высокочастотной акустической кавитации на качество молока-сырья и молочных продуктов на его основе

В настоящее время для получения качественных и безопасных молочных продуктов используют множество различных методов обработки молока-сырья: пастеризация, стерилизация, ультрапастеризация, а также кавитация, обработка озоном, электромагнитным излучением и т. д., в оценке эффективности которых решающую роль играет уменьшение степени бактериальной обсемененности молока-сырья и сохранение биологической ценности продукта [16].

Наиболее распространенным методом обработки молока-сырья в России является пастеризация и стерилизация. Однако эти способы являются энергоемкими, требуют определенного аппаратурного оформления и соответствующих площадей. В качестве альтернативы вышеназванным способам в зарубежной практике используются акустические и электромагнитные методы обработки восстановленного молока и молочной сыворотки [14, 18, 19]. В доступных источниках информации практически отсутствуют сведения о влиянии высокочастотной акустической обработки на качество и безопасность цельного коровьего молока, а также о возможности его использования при выработке молочных продуктов.

Учитывая вышеизложенное, изучение влияния обработки молока-сырья с применением физико-химических методов – высокочастотной акустической обработки – является актуальным научным направлением.

Цель работы – изучение влияния высоча-стотной акустической кавитации на коровье молоко-сырье для достижения определенного пастеризационного эффекта с последующим его использованием при производстве молочных продуктов.

Материалы и методы

В качестве объектов исследования использовали коровье молоко, полученное от черно-пестрой породы коров. Обработку молока проводили с учетом воздействия бактерицидной фазы. Полученное молоко после доения для прохождения бактерицидной фазы хранили при температуре в диапазоне 0 до +2 ºС в течение 2–3 ч, а затем осуществляли высокочастотное акустическое воздействие.

В качестве высокочастотного генератора ультразвуковых колебаний использовали ультразвуковой прибор погружного типа импульсного воздействия УЗО «Активатор-150» (рисунок 1).

Для оценки качественных характеристик молока и молочных продуктов применялись следующие методы:

• •    определение массовой доли жира – ГОСТ 5867–90;

• •    определение массовой доли белка – ГОСТ 23327–98;

• •    определение плотности молока – ГОСТ 3625–84

• •    определение кислотности молока, ºТ – ГОСТ 3624–92;

• •    определение массовой доли влаги –

  ГОСТ 3626–73.

• •    определение термоустойчивости молока – по ГОСТ 25228–82;

• •    определение жирнокислотного состава молока и молочных продуктов проводилось в соответствии с ГОСТ 32915–2014 «Молоко и молочная продукция» методом высокоэффективной газожидкостной хроматографии;

Органолептическая оценка проводилась в соответствии с ГОСТ 33630–2015. Определение афлатоксина М1 проводилось в соответствие с ГОСТ 33601-2015.

Микробиологические показатели:

• •    общее количество мезофильных анаэробных и факультативно-анаэробных определялось по ГОСТ 32901–2014 [3];

• •    бактерии группы кишечной палочки – в соответствии с ГОСТ 32901–2014;

• •    споры мезофильных аэробных микрорга-низмов при 30 °С в 1 см ³ – согласно ГОСТ 32901–2014.

Определение сычужной свертываемости проводили по сычужно-бродильной пробе ГОСТ 32901–2014; Определение токсичных элементов осуществлялось в соответствии с ГОСТ Р 30178–96. Определение антибиотиков осуществлялось с помощью иммуноферментного анализа с хемилюминесцентной детекцией с использованием технологии биочипов на приборе фирмы Rаndox [20, 21].

Результаты и обсуждение

Результаты исследования показывают, что при обработке высокочастотными ультразвуковыми колебаниями (свыше 45 кГц), генерируемыми электрическим ультразвуковым прибором погружного типа импульсного воздействия УЗО «Активатор-150», количество бактерий группы кишечной палочки (БГКП) снизилось почти на 40%, что позволяет сделать вывод об эффективности выбранного способа воздействия для уничтожения санитарно-патогенной (показательной) микрофлоры в молоке-сырье и достижении определенного пастеризационного эффекта. Проведена оценка качественных характеристик брынзы, полученной из коровьего молока, подвергнутого воздействию высокочастотной акустической кавитации (таблица 1). Технологическая схема производства брынзы с применением технологии акустической кавитации предусматривает операцию «высокочастотная кавитационная обработка молока (объем 20 000 см3) с применением прибора УЗО «Активатор-150» при мощности воздействия не менее 1,5–2,0 кВт. Время воздействия составляет от 30 до 60 мин в зависимости от общей бактериальной обсемененности молока (ККТ – критическая контрольная точка). Взамен операции «пастеризация» предложено осуществлять термизацию молока при температуре 60–65 °С, в течение 25–30 мин (ККТ-критическая контрольная точка).

Результаты пробы коровьего молока, подвергнутого воздействию высокочастотной акустической кавитации, на сыропригодность свидетельствуют, что предварительная обработка молока-сырья не оказывает негативного влияния на качество сгустка; сгусток имеет ровную поверхность, с достаточно большим уровнем синерезиса и его можно отнести к первому классу по сыропригодности.

Известно, что пастеризация является энергоемким процессом и требует больших площадей для ее осуществления [15]. Применение высокочастотной акустической кавитации на стадии обработки молока-сырья позволяет в дальнейшем при термизации значительно уменьшить тепловую нагрузку на сырье и, тем самым, сохранить его высокую биологическую ценность и, кроме того, сэкономить значительное

Согласно работе [15] при пастеризации молока кальций, важный компонент для образования сырного сгустка, выпадает в осадок, что приводит к ослаблению его упругости. При высокочастотном кавитационном воздействии на молоко-сырье, по-видимому, этот процесс не происходит, так как сформированный сырный сгусток (опыт) обладает упругой консистенции (рисунки 1, 2), в отличие от сырного сгустка, полученного из пастеризованного молока (контроль). При этом не происходит заметного изменения (в сторону ухудшения) физикохимических и органолептических показателей опытного образца сыра по сравнению с контролем (таблица 1), что позволяет сделать вывод о технологической целесообразности применения высокочастотной кавитационной обработки молока-сырья при производстве рассольного сыра – брынзы.

Рисунок 1. Процесс вымешивания сырного серна; снизу – в разрезе брынза после прессования

Figure 1. Process of kneading cheese chamois; bottom –in the section cheese after pressing

Рисунок 2. Процесс образования сгустка рассольного сыра – брынзы: сверху – из молока, подвергнутого высокочастотной кавитационной обработке; снизу – вид сгустка из пастеризованного молока в разрезе

Figure 2. Process of formation of a clot of brine cheese: from above – from milk subjected to high-frequency cavitation treatment; from below – view of a clot of pasteurized milk in the section

Таблица 1.

Физико-химические показатели брынзы, полученной из коровьего молока, подвергнутого воздействию высокочастотной акустической кавитации

Table 1.

Physical and chemical parameters of brine cheese cheese obtained from cow's milk exposed to high-frequency acoustic cavitation

Показатель, % | Indicator, %	Контроль (без обработки) Control	Опыт (с применением высокочастотной акустической кавитации) Experiment
Массовая доля жира| Mass fraction of fat	22,70 ± 0,20	21,8 ± 0,20
Массовая доля жира в сухом веществе | Mass fraction of fat in dry matter	50,57 ± 0,36	51,32 ± 0,25
Массовая доля влаги | Moisture content	55,11 ± 0,20	55,11 ± 0,15
Массовая доля сухих веществ | Mass fraction of solids	44,89 ± 0,17	45,2 ± 0,13
Массовая доля влаги в обезжиренном веществе | Mass fraction of moisture in a fat-free substance	71,29 ± 0,2	70,2 ± 0,20
Массовая доля белка | Mass fraction of protein	18,06 ± 0,19	19,05 ± 0,10

При оценке микробиологических показателей брынзы были обнаружены бактерии группы кишечной палочки в контрольном образце, а в обработанном молоке с применением высокочастотной акустической кавитации этой группы микроорганизмов не обнаружено, что свидетельствует об эффективности предложенного метода обработки.

При исследовании жирнокислотного состава брынзы (таблица 2) установлено, что опытный и контрольный образцы имели идентичный состав, из чего можно сделать вывод, что высокочастотная ультразвуковая кавитация не имеет негативного влияния на липидный профиль продукта.

Таблица 2.

Жирнокислотный состав брынзы, полученной с применением высокочастотной кавитационной обработки коровьего молока, % от общего содержания жирных кислот

Table 2.

Fatty Acid composition of cheese obtained with the use of high-frequency cavitation treatment of cow's milk, % of total fatty acids

Показатель Indicator	Образцы | Samples
	Контроль (без обработки) Control	Опыт (с применение высокочастотной акустической кавитации) Experiment
Насыщенные: | Saturated:	70,93 ± 4,32	71,3 ± 3,20
масляная | butyric	3,01 ± 0,02	2,99 ± 0,05
капроновая | caproic	2,78 ± 0,03	2,69 ± 0,06
каприловая | caprylic	1,62 ± 0,20	1,57 ± 0,14
Ненасыщенные | Unsaturated	29,07 ± 1,30	27,29 ± 1,2
Мононенасыщенные: | Monounsaturated:	24,63 ± 0,14	23,97 ± 0,28
олеиновая | oleic	18,05 ± 0,18	17,54 ± 0,24
Полиненасыщенные: | Polyunsaturated:	4,44 ± 1,30	4,42 ± 1,20
линолевая | linoleic	3,37 ± 0,02	3,32 ± 0,01
линоленовая | linolenic	0,37 ± 0,03	0,34 ± 0,02
арахидоновая | arachidonic	0,019 ± 0,04	0,016 ± 0,01

Результаты органолептической оценки свидетельствуют, что контрольные и опытные образцы брынзы не имели видимых пороков, на поверхностности имелись небольшие углубления, вкус у контрольного образца – в меру соленый и кисловатый, у опытного образца – более соленый, что, по-видимому, связано с повышенной растворяющей способностью обработанного молока, поэтому для получения заданной степени солености брынзы количество соли должно быть уменьшено на 10–15%. Таким образом, можно повысить степень экологичности продукта и придать ему функцио- что между потреблением соли и уровнем кровяного давления у человека существует линейная зависимость [15]. У образцов сыров присутствовала однородная консистенция, они имели белый цвет, характерный для молока (рисунок 1).

Согласно ТР ТС 033/2013 г сыр по показателям качества должен отвечать требованиям безопасности [17]. Установлено, что по показателям безопасности образцы брынзы из коровьего молока, подвергнутого высокочастотной кавитационной обработке, соответствовали требуемым значениям нормируемых показателей (таблица 3).

нальную направленность, так как известно,

Таблица 3.

Показатели безопасности брынзы при использовании высокочастотной кавитационной обработки молока-сырья

Safety Indicators of cheese when using high-frequency cavitation processing of raw milk

Table 3.

Показатель Indicator	Контроль (без обработки) Control	Опыт (с применением высокочастотной кавитационной обработки) Experiment
Токсичные элементы | Toxic
Pb	< 0,2	< 0,2
As	< 0,15	< 0,15
Cd	< 0,1	< 0,1
Hg	< 0,03	< 0,03
Пестициды (в пересчете на жир) | Pesticides (in terms of fat)
Гексахлорциклогексан (α-, β-, γ-изомеры) Hexachlorocyclohexane (α-, β-, γ-isomers)	< 0,6	< 0,6
ДДТ и его метаболиты | DDT and its metabolites	< 0,2	< 0,2
Антибиотики* | Antibiotics *
Левомицетин (хлорамфеникол) Levomycetin (chloramphenicol)	< 0,0003	< 0,0003
Тетрациклиновая группа | Tetracycline group	< 0,01	< 0,01
Пенициллины | Penicillins	< 0,004	< 0,004
Стрептомицин | Streptomycin	< 0,2	< 0,2
Микотоксины | Mycotoxins
Афлатоксин М 1 | Aflatoxin M 1	< 0,0005	< 0,0005

Результаты исследования показали целесообразность применения высокочастотной акустической кавитации при производстве рассольного сыра – брынзы. Обработка позволяет уменьшить бактериальную обсемененность молока при этом исключить операцию пастеризации, заменив ее на термизацию. Проведенное экспериментальное исследование доказало эффективность разработанного метода обработки молока, что позволило разработать нормативную документацию ТУ и ТИ 10.51.40–001– 02068634–2019 «Сыр рассольный «Брынза» с применением высокочастотной кавитационной обработки молока.

Заключение

Результаты комплексной оценки качества брынзы, выработанной из молока, подвергнутого высокочастотной кавитационной обработке и термизации (без применения операции «пастеризация»), свидетельствуют о ее высоких потребительских характеристиках, безопасности – микробиологической и физико-химической, экономической целесообразности (выход опытного образца по сравнению с контрольным на 1,5–2,0% выше).