Применение гидролизата сывороточных белков в технологии бессывороточного творога

Создание безотходных и малоотходных технологий переработки молока – постоянная и неотъемлемая часть исследований, осуществляемых в мировой науке [1–5]. Поэтому в отечественной и зарубежной практике одна из главных проблем заключается в переработке вторичного молочного сырья, полученного при производстве сыра и творога, на пищевые и иные цели.

Пономарев А.Н., Мельникова Е.И., Богданова Е.В. Применение гидролизата сывороточных белков в технологии бессывороточного творога // Вестник ВГУИТ. 2021. Т. 83.  № 4. С. 95–100.

Постоянный рост производства белковых молочных продуктов повышает и объем получаемой молочной сыворотки [6, 7]. Перспективным направлением с точки зрения ресурсосбережения является применение комплексных добавок в производстве творога и сыра, обеспечивающих высокую товарность молока, необходимое развитие технологических свойств молочной смеси и эффективное повышение выхода продукта. Это позволяет расширить ассортимент

This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License привлекательных для потребителя продуктов, уменьшить экономические затраты и решить проблемы белковой недостаточности [8–13].

Современные тенденции совершенствования ассортимента творога в РФ ориентированы на создание сбалансированной по пищевой и биологической ценности продукции функциональной направленности с увеличенными сроками годности [14, 15]. Технологические схемы таких продуктов предусматривают полное и комплексное использование сырья, снижение энергозатрат и обеспечение экологической чистоты как продукта, так и окружающей среды.

В этой связи большой научный и практический интерес представляет технология АТ-творога (Аdvаnсеd Тесhnоlоgу). Продукт вырабатывается из молока с повышенной концентрацией сухих веществ, сквашенного гомоферментативными культурами без последующего отделения сыворотки. Данный продукт имеет структуру, подобную творогу, но не предусматривает применения технологии сепарирования сгустка. Одним из наиболее распространенных приемов при производстве АТ-творога является добавление к молочной основе молочно-белкового концентрата, что приводит к повышению массовой доли сухих веществ. Выход творожной основы составляет до 100% по отношению к массе нормализованной смеси, отделения сыворотки от белкового сгустка не происходит.

Существенным недостатком сохранения молочной сыворотки в составе полученного творога является высокая аллергенность сывороточных белков [16]. Возникающая аллергическая реакция представляет собой иммунный ответ немедленного типа, поскольку обусловлена повышением уровня иммуноглобулина E непосредственно при всасывании в кровь антигена [17–19]. Наличие антигенных участков в молекулах большинства сывороточных белков обусловливает необходимость и актуальность разработки способов модификации белкового комплекса молочной сыворотки для применения в технологии продуктов функциональной направленности [20, 21].

Авторами предложено применение в качестве компонента нормализации при производстве творожного продукта по АТ-технологии гидролизата сывороточных белков, полученного с помощью ферментных препаратов Promod 439L и Flavorpro 766МDР и характеризующегося сниженной аллергенностью и высоким содержанием биологически активных пептидов [22].

Цель работы – практическое обоснование выработки творожного продукта из нормализованной смеси с гидролизатом сывороточных белков с применением АТ-технологии и кислотной коагуляции для снижения аллергенности готового продукта.

Материалы и методы

В качестве объектов исследований выбраны: творожный продукт, выработанный по AT-технологии из нормализованной смеси, состоящей из цельного молока, обезжиренного молока и концентрата сывороточных белков (контрольный образец); творожный продукт, выработанный аналогичным образом из нормализованной смеси, состоящей из цельного молока, обезжиренного молока и концентрата сывороточных белков, с заменой 30% обезжиренного молока, необходимого для нормализации, на гидролизат сывороточных белков, полученный с помощью ферментных препаратов Promod 439L и Flavorpro 766МDР (экспериментальный образец). Для сквашивания применяли мезофильную гомоферментативную заквасочную культуры R-703 компании Chr. Xansen (Дания).

Отбор проб объектов исследования и подготовку их к анализу проводили в соответствии с ГОСТ 26809.1–2014. Химический состав готовых продуктов, а также микробиологические показатели определяли в научно-исследовательских лабораториях ФГАНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт молочной промышленности» и ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» с применением стандартных арбитражных и общепринятых в исследовательской практике методик, описанных в нормативных документах РФ (ГОСТ Р 54668–2011, ГОСТ 23327–98, ГОСТ 5867–90, ГОСТ Р 54667–2011, ГОСТ 31980–2012, ГОСТ EN 15505–2013, ГОСТ 10444.12–2013). Оценку микроструктуры творожных продуктов проводили с помощью микроскопирования (микроскоп «Альтами Био 1», фотонасадка Canon) при увеличении в 1200 раз. Предварительно образцы выдерживали в морозильной камере при температуре (-18 ± 2) °С в течение 24 ч. С применением криостатного микротома получали микроскопический препарат в виде замороженного среза. Его быстро помещали на предметное стекло, накрывали покровным и закрепляли на предметном столике микроскопа. Обезжиренные предметные и покровные стекла также предварительно выдерживали в морозильной камере для охлаждения в течение 2 ч. Изображение микроструктуры фиксировали с помощью фотонасадки.

Экспериментальные исследования каждого образца проводили 5–10 раз в трехкратной последовательности. Расчеты, построение диаграмм и их описание проводили методами математической статистики с помощью приложений Microsoft Office 19 для Windows. Результаты представлены с учетом погрешностей, найденных методом наименьших квадратов. Интервал доверительной вероятности P > 0,95.

Ограничениями проведенных экспериментальных исследований были погрешности и неопределенности используемых методов анализа, что повлияло на представленные результаты.

Результаты

Для выработки творожного продукта со сниженной аллергенностью применяли стандартные технологические операции по получению белкового сгустка кислотным способом. Поскольку добавление гидролизата сывороточных белков в нормализованную смесь приводит к снижению массовой доли казеина в ней, а это может повлиять на качество полученного продукта, изучен его химический состав (таблица 1) и микроструктура. Содержание основных макрокомпонентов в творожном продукте с гидролизатом сывороточных белков максимально приближено к контрольному образцу, что свидетельствует о высокой эффективности замены части обезжиренного молока в нормализованной смеси.

По результатам микроскопирования доказано, что белковый сгусток опытного образца более плотный, в нем присутствуют отдельные жировые шарики и их конгломераты.

Видны белковые петли с заключенной в них дисперсионной средой, что свидетельствует о структурообразующих свойствах сывороточных белков и их гидролизата. Белковые волокна тонкие и короткие, без свободных окончаний (рисунок 1).

Увеличение количества свободных аминокислот и пептидов в нормализованной смеси с гидролизатом сывороточных белков может активизировать способность заквасочных культур к росту и развитию. Поэтому были изучены пре-биотические свойства разработанного творожного продукта, и установлено содержание молочнокислых микроорганизмов в нем (рисунок 2, таблица 2).

Таблица 1.

Химический состав творожных продуктов

Table 1.

Chemical composition of quark products

Показатель Indicator	Образец Sample
	Опыт Test	Контроль Control
Массовая доля Mass fraction
Сухих веществ, % Dry matter, %	21,13±0,50	19,84±0,50
Жир, % | Fat, %	5,0±0,1	5,0±0,1
Общий белок, % Total protein, %	10,58±0,25	10,33±0,25
Казеин, % | Casein, %	6,41±0,25	8,16±0,25
Лактоза, % | Lactose, %	3,94±0,70	3,21±0,70
Кальций, % | Calcium, %	0,16±0,01	0,24±0,01
Фосфор, % | Phosphorus, %	0,11±0,01	0,19±0,01
Натрий, % | Sodium, %	0,78±0,01	0,72±0,01
Калий, % | Potassium, %	0,16±0,01	0,30±0,01

(a)

(b)

Рисунок 1. Микроструктура образцов творожных продуктов: (a) контрольный образец, (b) опытный образец

Figure 1. Microstructure of quark products: (a) control sample, (b) test sample

(a)

(b)

Рисунок 2. Колонии молочнокислых микроорганизмов исследованных продуктов на среде Бликфельдта: а) контрольный образец, б) опытный образец

Figure 2. Colonies of lactic acid microorganisms of the studied products on the Blickfeldt medium: a) control sample, b) test sample

Таблица 2.

Содержание молочнокислых микроорганизмов в изученных образцах

Table 2.

The content of lactic acid microorganisms in the studied samples

Образец Sample	Содержание микроорганизмов, КОЕ/г | Microbial content, CFU/gr
	Закваска Starter culture	в конце сквашивания at the end of fermentation	через 7 суток хранения при t = (4 ± 2) °С after 7 days of storage at t = (4 ± 2) °С
Контроль | Control	0,1×108	1,5×108	1,2×107
Опыт | Test	0,1×108	11,3×108	3,4×108

В процессе сквашивания экспериментальной нормализованной смеси наблюдалось увеличение скорости роста популяции молочнокислых микроорганизмов.

Обсуждение

По результатам проведенных исследований установлено, что замена части обезжиренного молока в составе нормализованной смеси гидролизатом сывороточных белков оказывает положительное влияние на консистенцию готового продукта. Формирование его структуры начинается на стадии тепловой обработки, во время которой происходят процессы денатурации полипептидных цепей белка. В результате возникают полости, в которые устремляется дополнительное количество осмотической воды. Избыточное содержание гидрофильных сывороточных белков, а также пептидов способствует формированию консистенции и удержанию влаги внутри дисперсной системы без синерезиса.

Еще одним преимуществом применения гидролизата сывороточных белков в технологии бессывороточного творога является тот факт, что на начальном этапе развития в процессе своей жизнедеятельности заквасочные микроорганизмы используют свободные аминокислоты нормализованной смеси для синтеза собственных белков и ферментов. Поскольку гидролизат характеризуется высоким содержанием свободных аминокислот и пептидов, в том числе биологически активных [22], скорость роста популяции заквасочных микроорганизмов в экспериментальной нормализованной смеси выше, чем в контрольном образце. Кроме того, в результате выработки экзоферментов бактериальными клетками закваски происходит протеолитический распад белков молока, что дополнительно способствует снижению антигенности белковых молекул и аллергенности готового продукта до 50%.

Благодаря высокой концентрации живых клеток заквасочных микроорганизмов и их выживаемости в готовом продукте, выработанном с применением гидролизата сывороточных белков, он может быть рекомендован для профилактического диетического питания. Это обусловлено тем, что молочная кислота, накапливаясь в продукте в качестве основного метаболита молочнокислых бактерий, характеризуется свойством предотвращать рост гнилостных бактерий в кишечнике человека.

Заключение

В ходе проведенного исследования установлена целесообразность замены до 30% обезжиренного молока, необходимого для нормализации, на гидролизат сывороточных белков в технологии бессывороточного творога. При этом готовый продукт соответствует контрольному образцу по содержанию основных макрокомпонентов и имеет мягкую мажущуюся консистенцию без отделения сыворотки. Выживаемость заквасочной микрофлоры повышается в творожном продукте с гидролизатом сывороточных белков в процессе его хранения в 4 раза с сравнении с контрольным образцом.

Реализация предложенного подхода на предприятиях молочной промышленности позволит максимально использовать нутриенты молочного сырья и получить многокомпонентный продукт повышенной биологической ценности со сниженной аллергенностью. Дальнейшие исследования в рамках проблемы по снижению аллергенности молочных продуктов будут ориентированы на изучение влияния разработанного творожного продукта на метаболизм человека и его безопасность при употреблении в составе пищевых рационов.

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).