Молокосодержащие продукты со сниженной антигенностью

В соответствии с последними прогнозами ВОЗ к 2050 году население мира может увеличиться на 30–40% и составит около 9,8 млрд [1]. Поэтому актуальным направлением развития пищевой промышленности является поиск новых и альтернативных источников сырья, особенно полноценного белка.

В то же время снижение уровня доходов населения в последние годы обусловило уменьшение потребления мясных, молочных, рыбных продуктов, растительного масла, свежих овощей и фруктов. Это привело к понижению калорийности суточного рациона, особенно за счёт исключения полноценных белков животного происхождения [2, 3]. В результате возникли предпосылки для формирования у отдельных,

This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License

особенно низко доходных, категорий населения признаков белково-энергетической недостаточности [4]. Несбалансированность структуры фактического питания отягощена нарушениями физического развития, обменных процессов и адаптационных механизмов, увеличением анемизации, высоким уровнем заболеваемости, что вынуждает отнести значительную часть населения РФ к группам повышенного риска [5].

В этой связи в соответствии с планами Правительства Российской Федерации в области социально-экономической политики огромное внимание уделяется «поддержке высокотехнологичных и наукоемких производств», в том числе и при производстве продуктов питания. Применительно к молочной отрасли эти тенденции связаны с использованием наилучших доступных технологий и вовлечением вторичных сырьевых ресурсов в технологический цикл переработки [6].

К недостаточно востребованному ресурсу молочной отрасли можно отнести сыворотку, содержащую более 50% сухих веществ молока. В ней обнаружено более 250 соединений и содержится около 100000 молекулярных структур, которые находятся в истинно-растворимом и коллоидно-дисперсном состояниях, а также в виде суспензии (казеиновая пыль) и эмульсии (молочный жир) [7, 8]. Сывороточные белки являются ценным источником цистеина, гистидина, метионина, лизина, треонина, триптофана и аргинина [9]. В них содержится больше незаменимых аминокислот, чем в казеине [10]. По своей биологической ценности сывороточные белки превосходят даже белок куриного яйца. Поэтому они считаются полноценными белками, необходимыми для структурного обмена организма, а также для регенерации белков печени, образования гемоглобина и плазмы крови. Основным фактором, ограничивающим их применение в составе продуктов функционального и лечебно-профилактического питания является высокая антигенность, особенно β-лактоглобулина [11]. Ее снижение возможно посредством различных технологических приемов: высокотемпературная тепловая обработка, применение высокого давления, селективных специфических сорбентов, биокаталическая конверсия (протеолиз) [12].

Цель работы – обоснование возможности применения молокосодержащих продуктов с гидролизатом сывороточных белков [13], характеризующимся сниженной остаточной антигенностью, в рационах здорового и диетического питания.

Материалы и методы

Объекты исследований – напиток для спортивного питания, выработанный из гидролизата сывороточных белков с добавлением фруктозы, и молокосодержащий напиток с заменой 30% обезжиренного молока, необходимого для нормализации, на гидролизат сывороточных белков и произведенный по технологии молока питьевого.

Экспериментальные работы были выполнены в испытательной лаборатории «МОЛОКО» ФГАНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт молочной промышленности», кафедре технологии продуктов животного происхождения и центре коллективного пользования «Контроль и управление энергоэффективных проектов» ФГБОУ ВО ВГУИТ. Использованы стандартные референсные и общепринятые в исследовательской практике методики, подробно описанные в различных нормативных документах РФ (массовая доля общего белка – ГОСТ 23327–98; содержание сывороточных белков – ГОСТ 34536–2019; содержание казеиновых белков – ISO/CD 17997–1/IDF 29–1; содержание небелкового азота – ГОСТ Р 55246–2012; массовая доля лактозы – ГОСТ Р 54667–2011; массовая доля «связанной» золы – ГОСТ 15113.8–77; содержание кальция – ГОСТ Р 55331–2012; содержание общего фосфора – ГОСТ 31980–2012; фракционный состав белков – ГОСТ 33528– 2015; КМАФАнМ, БГКП, дрожжи и плесени – ГОСТ 32901–2014).

Измерения различных величин осуществляли 5–10 раз в трехкратной последовательности. Расчеты, построение графиков и их описание проводили методами математической статистики с помощью приложений Microsoft Office 16 для Windows 10, Компас График 3D V19 (АО Аскон, Санкт-Петербург, Россия), программного обеспечения «Brookfield Rhеосаlс32» (Brookfield Engineering Laboratories, AMETEK. Inc., США). Графические интерпретации и обработку данных осуществляли посредством пакета прикладных программ «MathCad 19.0» (PTC Inc., MA, USA). Результаты представлены в виде среднеквадратичного стандартного отклонения.

Результаты

Для снижения антигенности молочных продуктов предложено применение гидролизата сывороточных белков в качестве компонента нормализации для полной или частичной замены обезжиренного молока. Разработаны рецептурнокомпонентные решения молокосодержащих напитков (таблица 1).

Нормализованную молочную смесь подвергали гомогенизации при t = (65 ± 2) °C и Р = (12,5 ± 2,5) МПа. Смеси для напитков пастеризовали при t = (76 ± 2) °C с выдержкой 5 мин. После охлаждения до t = (4 ± 2) °C в готовых продуктах установлен химический состав, физикохимические и микробиологические показатели (таблица 2).

Таблица 1.

Рецептуры напитков с гидролизатом сывороточных белков на 1000 кг готового продукта

Table 1.

Composition of drinks with whey protein hydrolysate per 1000 kg of finished product

Ингредиент | Ingredient	Содержание, кг | Proportion, kg
	Напиток для спортивного питания Sports nutrition drink	Молокосодержащий напиток Milk-containing drink
Гидролизат сывороточных белков Whey protein hydrolysate	995,0	167,10
Фруктоза | Fructose	5,0	–
Молоко коровье с м.д.ж. 3,4% Whole cow's milk mass fraction of fat 3.4%	–	451,61
Молоко обезжиренное с м.д.ж. 0,05% Skimmed milk mass fraction of fat 0.05%	—	389,89

Таблица 2.

Показатели качества и безопасности разработанных продуктов

я Я    V 8    s ч    °- a  ° с « Д о о о &. Я ’^ и g с S ^ о в .2 & g я -о а сЗ Я У -О ? и М § я 5 о. ю > -В &  3 §  1	более 10 кДа | more 10 kDa
	5,0-10,0 кДа | kDa
	3,5-5,0 кДа |kDa
	1,5-3,5 кДа | kDa

Table 2.

Quality and safety indicators of the developed products

Показатель Indicator	Напиток для спортивного питания Sports nutrition drink	Молокосодержащий напиток Milk-containing drink
Массовая доля, % | Mass fraction, %
Сухое вещество | Dry matter	9,36	10,98
Жир | Fat	0,20	2,50
Общий белок | Total protein	3,69	3,37
Массовая доля лактозы | Lactose	5,11	5,30
«Связанная» зола | Bound ash	0,89	0,24
Содержание, % | Content, %
Сывороточный белок | Whey protein	3,41	2,44
Казеиновый белок | Casein protein	0,32	0,92
Небелковый азот | Non-protein nitrogen	0,377	0,269
Содержание, мг/100 г. | Content, mg/100 g
Ca	64,67	112,52
P	41,08	61,59
В 2	0,284	0,247
В 12	0,406	0,314
Титруемая кислотность | Titratable acidity, °Т	78	20
Плотность, кг/м3 | Density, kg/m3	1039	1033
Вязкость, Па×с | Viscosity, Pa×sec	2,1×10-3	1,9×10-3
КМАФАнМ, КОЕ/см3 | QMA&OAMO, CFU/c.c	0,89×103	0,35×104
БГКП в 1 см3 | CGB/c.c.	–	–
Дрожжи и плесени, КОЕ/см3 | Yeast and mold, CFU/c.c	–	–

□ Напиток для спортивного питания | Sports nutrition drink 0 Молокосодержащий напиток | Milk-containing drink

Рисунок 1. Фракционный состав белков разработанных продуктов

Figure 1. Fractional composition of proteins of developed products

Для контроля снижения антигенности разработанных молокосодержащих продуктов определяли фракционный состав присутствующих в них белков и пептидов (рисунок 1).

Снижение антигенности напитка для спортивного питания определяли относительно УФ-концентрата подсырной сыворотки и молокосодержащего напитка – относительно молока коровьего сырого.

Обсуждение

По результатам проведенных исследований доказано снижение содержания истинного белка до 1,33% для напитка для спортивного питания (в УФ-концентрате подсырной сыворотки этот показатель равен 2,61%) [13] и до 1,69% для молокосодержащего напитка (в молоке коровьем сыром – 3,14%). Основная часть пептидов и белковых веществ в составе готовых продуктов имеет молекулярную массу менее 10 кДа, что свидетельствует о снижении их потенциальной антигенности относительно продуктов аналогичных ассортиментных групп, выработанных без гидролизата сывороточных белков.

Присутствие функциональных пищевых ингредиентов в гидролизате сывороточных белков [14–20] позволяет дополнительно обогатить напитки биологически активными пептидами, макро- и микроэлементами, а также витаминами.

Известно, что соотношение аминокислот с разветвленной цепью в гидролизате сывороточных белков близко к оптимальному для воздействия на мышечную массу человека (лейцин: изолейцин: валин = 2,15 : 1,06:1,00) [13]. Следовательно, разработанный напиток для спортивного питания может быть отнесен к группе углеводноэлектролитных напитков.

Применение гидролизата сывороточных белков в составе рецептур новых продуктов не привело к существенному изменению их микробиологических показателей. Установлено соответствие основных характеристик напитков со сниженной антигенностью требованиям ТР ТС 033/2013 «О безопасности молока и молочной продукции».

Заключение

Проведенные исследования подтвердили предположение о возможности снижения остаточной антигенности молочных продуктов за счет применения в качестве компонента нормализации частичного гидролизата сывороточных белков. Такой технологический прием позволяет вырабатывать готовые продукты с использованием традиционного оборудования и не усложняет процесс производства.

Ограничения экспериментальных работ обусловлены неопределенностями применяемых методов анализа, а также невозможностью полной инактивации и отделения ферментных препаратов от гидролизата. Это оказывает влияние на достоверность и интерпретацию полученных результатов.

Разработанные продукты могут быть применены в составе рационов здорового и диетического питания для лиц, страдающих аллергией на белки коровьего молока. Организация их производства будет способствовать обеспечению импортозамещения в сегменте низкоаллергенных молочных продуктов.

Работа осуществлялась в рамках гранта Президента РФ на 2020–2021 гг. для молодых ученых – кандидатов наук, соглашение № 075– 15–2020–322 (МК-1267.2020.11).