Пенообразующие свойства гидролизатов сывороточных белков

Введение. В сложившейся неблагополучной экологической ситуации в нашей стране возросла значимость обеспечения населения сбалансированными продуктами питания, обогащенными жизненно необходимыми ингредиентами, в том числе такими, как белки [1]. Актуальность разработки продуктов с высоким содержанием полноценного белка обусловлена его общей нехваткой в питании населения РФ [2, 3]. В пищевой промышленности в большей степени речь идет о молочной, активно развивается направление переработки молочной сыворотки, которая перестала рассматриваться как нежелательный отход молочного производства, во многом благодаря содержанию биологически ценных белков. В зависимости от вида сыворотки массовая доля белка в ней может колебаться от 0,4 до 0,8 %, и переработка ее на пищевые цели экономически оправдана только с использованием инновационных технологий, таких как мембранное концентрирование и биокаталити-ческие технологии [4]. Направленный протеолиз с предварительной баромембранной обработкой позволит получить пептиды определенной длины, обладающие прогнозируемыми функциональными свойствами. На основе функциональных гидролизованных сывороточных пептидов могут быть созданы продукты, способствующие коррекции и профилактике различных патологий организма [5, 6]. Наиболее актуально включение сывороточных гидролизатов в продукты массового спроса, например в аэрированные, которые благодаря повышенным потребительским характеристикам набирают всю большую популярность в нашей стране. При этом для получения продуктов гарантированного качества необходимо исследование пенообразующих свойств гидролизатов сывороточных белков, возможности получения стабильных пенных масс.

Цель исследований. Изучить пенообразующие свойства белков молочной сыворотки, подвергнутых биокатализу, и доказать их применимость при создании продуктов функциональной направленности.

Задачи исследований:

– установить принципы формирования пенных структур, полученных при помощи белков молочной сыворотки, подвергнутых биокатализу;

• – определить факторы, влияющие на основные аспекты пенообразования в гидролизованных белковых пенных системах (ГБПС);

  – установить рациональные режимы взбивания ГБПС с последующим их включением в рецептуру аэрированных молочных продуктов.

Объекты и методы исследований. Объектами исследования в данной работе служили гидролизаты сывороточных белков, стабилизированные желатином пищевым свиным мелкодисперсным и тыквенным пектином; процесс пенообразования, структура и свойства полученных пенных масс. Пенообразующую способность оценивали в процентах по формуле

= · 100, , где V0 – начальный объем смеси, мл;

• V 1 – объем смеси после взбивания, мл;

S – пенообразующая способность, %.

Стойкость пены оценивали визуально по времени, до начала разрушения.

Микрофотографии пен получали при помощи микроскопа Levenhuk 595 с объективом 100x/1.25 OIL.

Результаты исследований и их обсуждение. Фундаментальные принципы образования аэрированной структуры с использованием пенообразующих свойств молочного белка для последующего создания на их основе стойких в хранении продуктов и аспекты, связанные с формированием молочно-белковых пенных масс, представлены в работах многих исследователей [7]. Но если говорить о прикладной сфере, данная область исследована недостаточно, особенно открытыми остаются вопросы, связанные с механизмами формирования пенных пленок и физико-химической сущностью этого процесса. Фундаментальные исследования в аспекте получения молочных пенообразных дисперсных систем раскрывают главным образом технологические особенности производства мороженого [8, 9].

При выработке основной массы молочных продуктов пенообразование является негативным явлением, поскольку на границе образующихся фаз более активно возникают микробиологические и окислительно-восстановительные процессы. Вместе с тем в технологии аэрированных дисперсных систем получение стойких пен является решающим условием получения качественного продукта. Молочные десертные продукты с воздушной структурой весьма популярны во многих странах мира. Это обусловлено высокими потребительскими характеристиками, широким ассортиментным рядом, в основном представленным коктейлями, муссами и замороженными десертами [10].

Многими учеными описано, что сывороточные белки обладают высокой пенообразующей способностью, которая может быть усилена различными способами, например ферментативным гидролизом, так как наибольшей способностью образовывать пены обладают пептиды средней длины. Важным аспектом при получении пен с участием сывороточных белков является эффект «непробиваемости», то есть пенную массу из сывороточных белков можно продолжать взбивать после достижения максимального объема, не опасаясь разрушить ее структуру [7, 11]. В контексте разработки не только стойких в хранении аэрированных продуктов, но и обладающих усиленными функциональными свойствами, также неоспорима роль биокаталитической конверсии белков молочной сыворотки. Направленный протеолиз позволяет освобождать именно те пептидные последовательности, которые отвечают за антиоксидантные, иммуномоделирующую, антигипертензивные и другие активности.

Во ВГАНУ ВНИМИ был разработан гидролизат белков подсырной сыворотки, по результатам исследования биофункциональных свойств полученного гидролизата in vitro и in vivo доказан антиоксидантный, гипотензивный и гипохо-листеремический эффект. Поскольку данный гидролизат будет являться основой нового аэрированного продукта, необходимо установить рациональные режимы взбивания и исследовать его пенообразующие свойства. Очевидно, что несмотря на высокую способность полученного гидролизата, необходимо введение в систему дополнительных пенообразующих агентов, которые обеспечат получение устойчивой пенной эмульсии. Различные пенообразующие агенты способны ускорять процесс формирования пенных структур и обеспечивать равномерное распределение пузырьков воздуха или газа в процессе аэрирования смеси [12].

В данной работе в качестве пенообразующих агентов была использована композиция, состоящая из мелкодисперсного свиного желатина пищевого, способного образовывать стойкие гели, и тыквенного высокоэтерифицированного (ВЭ) пектина в соотношении 3:1; сама система вносилась в гидролизат в дозе 1,5 %. Несмотря на то что яблочный ВЭ пектин также проявлял хорошие пенообразующие способности, предпочтение было отдано тыквенному пектину для дополнительного придания разрабатываемому продукту биофункциональных свойств, поскольку он в большей степени обладает доказанной антиоксидантной активностью [13].

Основную роль при разработке аэрированных функциональных продуктов играет температура взбивания, которая обеспечивают получение стойких в хранении пенных масс. Для определения наиболее рациональной температуры взбивания разработанного гидролизата с пенообразователями (пектин тыквенный и же- латин) было приготовлено 9 эмульсионных систем, которые были подвергнуты тепловой обработке (85±2) °С, охлаждению и взбиванию при различных температурах. Данные системы оце- нивались по пенообразующей способности (S) и стойкости пены (Ст) при комнатной температуре, результаты представлены в таблице.

Пенообразующая способность стабилизированных сывороточных гидролизатов при различных температурах

Температура взбивания, °С	Ст, мин	S, %
7	86,6	99,0
10	79,6	98,0
12	80,3	97,5
15	85,2	97,4
17	81,4	98,3
20	55,8	85,7
22	32,0	76,5
25	21,5	55,9
30	11,0	41,4

Результаты, представленные в таблице, демонстрируют прогнозируемую тенденцию снижения пенообразующих характеристик ГБПС с увеличением температуры. Интересным является тот факт, что при увеличении температуры взбивания до 17 °С заметных различий в пенообразующих свойствах не зафиксировано, значения как пенообразующей способности, так и стойкости пены находились на достаточно высоком уровне. При дальнейшем увеличении температуры до 30 °С происходило более ощутимое падение исследуемых характеристик, S снизилась более чем в 2 раза, а стойкость пены более чем в 8 раз.

Далее было проведено исследование полученных пен, с тем чтобы по структуре пен дополнительно судить об изменении свойств пен в зависимости от температуры взбивания, результаты проиллюстрированы на рисунке.

Как видно из данных рисунка, пены, полученные при 7 и 17 °С, имеют сходную ячеистость, что говорит о том, что увеличение температуры аэрирования до 17 °С не оказывает ощутимого влияния на структуру ГБПС, стабилизированных тыквенным пектином и желатином.

При дальнейшем увеличении температуры аэрирования можно наблюдать укрупнение отдельных пузырьков, вместе с этим, как видно из данных таблицы, снижается взбитость, также отмечено сокращение стойкости пены на 35,0 %. С дальнейшим увеличением температуры прослеживается тенденция увеличения пузырьков воздуха, самая крупноячеистая и неоднородная пена у образца, температура взбивания которого была максимальной – 30 °С, на фоне этого резко падают и пенообразующие характеристики (см. табл.).

Резюмируя результаты исследований для разработанных и стабилизированных ГБПС, можно рекомендовать температуру аэрирования 17 °С. Данное значение является достаточно высоким по сравнению с используемым при производстве традиционных аэрированных продуктов (от 7 до 10 °С). Увеличенная температура аэрирования позволит удешевить процесс производства аэрированного продукта на основе ГБПС, так как отпадает необходимость охлаждения продукта до низких температур.

Проведенные исследования показали, что одним из перспективных направлений исследований является создание нового поколения аэрированных продуктов, обладающих прогнозируемым комплексом функциональных и пенообразующих свойств. При этом возможна реализация технологий безотходной и глубокой переработки молока за счет использования в качестве функциональных ингредиентов белков молочной сыворотки.

а – t = 7 ºС

б – t = 10 ºС

в – t = 12 ºС

г – t = 15 ºС

д – t = 17 ºС

е – t = 20 ºС

ж – t = 22 ºС

з – t = 25 ºС

и – t = 30 ºС

Микрофотографии пен при увеличении 100x, полученных при различных температурах взбивания

Выводы. Определены принципы формирования пенных структур, полученных при помощи гидролизованных белков молочной сыворотки, подвергнутых гидролизу, показано, что наилучшей пенообразующей способностью обладают пептиды средней длины, которые также ответственны за придание гидролизатам функциональных свойств.

Установлены основные факторы, влияющие на основные аспекты пенообразования в сывороточно-белковых системах (ГБПС), подвергнутых гидролизу, а именно температура взбивания и вид использованного пенообразователя.

На основе исследования пенообразующих характеристик и микроструктуры пен разработа- ны рациональные режимы взбивания ГБПС с последующим их включением в рецептуру аэрированных молочных продуктов. Показано, что применительно к разработанному функциональному гидролизату без ущерба пенообразующим свойствам можно использовать повышенную по сравнению с традиционной температуру взбивания – 17 °С.