Производство функционального творога с применением электромагнитной обработки молока

Пищевой функциональный продукт ПФП – пищевой продукт, предназначенный для систематического употребления в составе пищевых рационов всеми возрастными группами населения, снижающих риск заболеваний, связанных с питанием, сохраняющий и улучшающий здоровье за счёт включения в его состав физиологически функциональных пищевых ингредиентов ФФПИ [1]. При предварительной электромагнитной обработке молока, перед производством из неё творога отдельными исследователями [2, 3] найдено, что в этом случае в готовом продукте увеличивается содержание сывороточных белков от 13,1 до 48,3 %. Соответственно снижается отход белков в сыворотку (при традиционных способах производства сывороточных белков в сыворотке примерно 1 %).

Может ли, в таком случае, творог с увеличенным содержанием сывороточных белков считаться ПФП? Поскольку сывороточные белки в настоящее время считаются основными ФФПИ, отличающими творог от творога ПФП, рассмо- трим определение ФФПИ.

Физиологически функциональный пищевой ингредиент [1] – вещество или комплекс веществ животного, растительного, микробиологического, минерального происхождения или идентичные натуральным, а также живые микроорганизмы, входящие в состав ПФП, обладающие способностью оказывать благоприятный эффект на одну или несколько физиологических функций, процессы обмена веществ в организме при систематическом употреблении в количествах, составляющих от 10 до 50 % суточной физиологической потребности.

Белки молока (а сывороточные даже в большей степени, чем казеин) являются физиологически функциональными. При недостатке белков развивается анемия, болезни внутренних органов, в частности, печени, поджелудочной железы, различные воспаления кожи, быстрая утомляемость и т. д. Сывороточные белки (альбумины и глобулины) обладают ценнейшими биологическими свойствами, они содержат оптимальный набор жизненно необходимых аминокислот и с точки зрения физиологии питания приближаются к аминокислотной шкале «идеального» белка, т. е. белка, в котором соотношение аминокислот соответствует потребностям организма. Содержащиеся в сыворотке полипептиды также используются при построении белков организма. Таким образом, творог с увеличенным содержанием сывороточных белков можно назвать ПФП. Сколько обогащенного белками творога в сутки должен съесть человек, для обеспечения хотя бы десятой части суточной потребности в них организма?

Как показывает примерный предварительный расчет, в периоды повышенного расходования организмом белков и кальция [2] человеку необходимо, в среднем, 100 г белков в день, следовательно, при употреблении уже примерно 63 г полужирного творога ПФП с 16%-ным содержанием белка или изделий из него преодолевается количественный минимальный 10%-ный барьер поставки в организм ФФПИ-белка.

Примеры использования сывороточных белков при производстве творога и сыров известны [3]. Это, прежде всего, технологии, основанные на ультрафильтрации молока или сыворотки. Существует также технология производства альбуминного творога и альбуминных сырков, которые вырабатывают из подсырной сыворотки кислотностью 14–18 ° Т. Ее нагревают до 93 ° С, вносят кислую сыворотку из расчета повышения кислотности до 30-35 ° Т. Полученную таким образом, смесь выдерживают при температуре 93-95 ° С в течение 1-2 ч, а затем охлаждают до 30-40 ° С. Осветленную сыворотку осторожно сливают. Выделившиеся хлопья белка выкладывают в бязевые или лавсановые мешки для самопрессования в течение 3-4 ч (до содержания сухих веществ 26 %).

Магнитная обработка молока, по сравнению с ультрафильтрационной и альбуминной технологиями, на несколько порядков дешевле, т.к. не требует дополнительных технологических линий, поэтому может быть конкурентоспособна.

Мы выбрали сычужно-кислотный способ изготовления полужирного творога ПФП, по следующим трём причинам:

• 1)    При кислотном свертывании кальциевые соли отходят в сыворотку, а при сычужно кислотном сохраняются в сгустке. Это важно при производстве творога для детей, беременных женщин, кормящих матерей, для которых кальций особенно необходим.

• 2)    При кислотно-сычужном способе, сравнительно меньше молочного жира из молочной смеси переходит в сыворотку.

• 3)    Триглицериды молочного жира содержат более 40 видов жирных кислот, из которых 32 % – ненасыщенные (биологически более активные). Значительное разнообразие триглицеридного состава, в отличие от других жиров, является основной причиной, почему ну-трициологи, для указанных категорий лиц рекомендуют, включать в питание, преимущественно, полужирные молочные продукты [2], по сравнению с концентрированными жирными (сливочным маслом и спредами) и обезжиренными продуктами (за исключением людей, склонных к полноте).

При сычужно-кислотном способе свертывания молока сгусток формируется комбинированным воздействием сычужного фермента и молочной кислоты. Под действием сычужного фермента казеин на первой стадии переходит в параказеин, на второй – из параказеина образуется сгусток. Казеин при переходе в параказеин смещает изоэлектрическую точку с рН 4,6 до 5,2. Поэтому образование сгустка под действием сычужного фермента происходит быстрее, полученный сгусток имеет меньшую кислотность, на 2-4 ч ускоряется технологический процесс. При сычужно-кислотной коагуляции кальциевые мостики, образующиеся между крупными частицами, обеспечивают высокую прочность сгустка. Такие сгустки лучше отделяют сыворотку, чем кислотные, так как в них быстрее происходит уплотнение пространственной структуры белка. Поэтому подогрев сгустка для интенсификации отделения сыворотки не требуется [4].

Основными задачами наших исследований на этом этапе были:

• -    оптимизация режимов магнитной обработки молока-сырья для производства ПФП творога: величины магнитной индукции, времени воздействия (большая эффективность воздействия левовращающего поля показана на предыдущем этапе);

• -    производство опытной партии творога с применением предварительного омагничивания молока при выбранных режимах в условиях низких геомагнитных возмущений;

• -    определение органолептических, физико-химических показателей опытного творога, сывороточных белков в сыворотке по сравнению с контролем;

• -    оценка изменения выхода готовой продукции;

• -    разработка технологии производства обезжиренного творога с использованием омагничивания молока на основании полученных экспериментальных данных;

• -    теоретическое обоснование процессов технологии, происходящих при использовании дополнительной стадии магнитной обработки молока, и их механизмов.

При решении первой из указанных задач были построены зависимости рН и вязкости молока от времени воздействия на него внешнего магнитного поля

(рис. 1) и от величины магнитной индукции поля (рис.2).

Анализ полученных зависимостей показал:

• -    наибольшее влияние на свойства молока оказывает поле с магнитным по-

  

  а)                                                                  б)

  Рис. 1. Зависимость рН (а) и вязкости, с молока (б) от времени воздействия на него внешнего электромагнитного поля 15мТ, с

  
  

  Графиизаиисиеости pH от сипы магнитной индукции

  Current effect: F(3,16)= 1.6667. р= .21405

  Effective hypothesis decomposition Vertical bats denote 0.95 confidence intervals

  
  
  

  Графи1за1исииости нзгости от сипы магнитной индукции

  Current effect: Fp. 16)=4.1212, р=.02413

  Effective hypothesis decomposition

  Vertical bats denote 0.95 confidence intervals

  

  Сипа магнитной индукции, мТп

  □

  
  

  а)

  Рис. 2. Зависимость рН (а) и вязкости, с

  
  

б)

молока (б) от величины магнитной индукции В, мТл при времени воздействия 60 с

Рис. 3. Исследование изменчивости вязкости молока, в условиях низкой геомагнитных возмущений, Кр=2 (15.04.11 г., начало исследования в 13 ч 10 мин)

током 15 мТл по рН, и мТл по вязкости, для испытываемого аппарата Молмаг-1 (рис. 2);

• -    максимальное испытанное время омагничивания (80 с) показало наибольшие изменения в свойствах молока (рис. 1).

С учетом сильной зависимости вяз- кости контрольного (необработанного внешним магнитным полем) молока (рис. 3) для производства опытной партии творога мы выбрали режим магнитной обработки 15 мТл, 80 с при прочих стандартных режимах [5].

Рис. 4. Схема силовых линий в магнитном поле,

где:

В – сила магнитной индукции,

F – сила Лоренса, v – направление скорости движения положительных частиц в магнитном поле.

где, 1, 2,3......30 - номер повторно сти исследования с разрывам во времени 3 мин

Органолептические и физико-химические показатели опытного творога (18.04.11 г., Кр=1) соответствовали стандарту, при этом содержание сывороточных белков в сыворотке по сравнению с контролем уменьшилось на 40±1 %; а выход продукта увеличился на 0,5±1 %.

Теоретическое обоснование механизма действия магнитного поля на молоко сформулировано нами на основе:

• -    имеющихся гипотез других исследователей [6];

• -    полученных нами ранее данных по снижению рН и увеличению электропроводности молока при омагничивании;

• -    факта, что при производстве опытного творога, по сравнению с контролем быстрее происходит синерезис и отделение сыворотки.

Последнее из вышеуказанных положений говорит о том, что степень дис-перстности казеина при магнитной обработке несколько увеличивается. При левовращающемся магнитном поле механическое перемешивание молока магнитом с индукцией В происходит лево, а движение положительных зарядов по касательной к силовой линии – вправо (рис. 4), что создаёт большую степень турбулизации по сравнению с одинаковым их вращением.

Полости воды имеют размер 140 пм. Ион водорода (протон) – 24 пм, гидроксид-ион - 142 нм. При магнитной обработке создаются микровихри и гидроксид-ионы вместе с другими, близкими по размеру, вследствие ламинарнотурбулентного перемешивания, попадают в меньшие по размеру полости воды.

Молоко состоит на 87 % из воды. Вода - очень слабый электролит с константой диссоциации Кд = 2^10-16. Значит, из 1 миллиарда молекул диссоциируют примерно 14,5 молекул. В 100 мл молока содержится около 2,6^1024 молекул воды и 3,8·1016 диссоциированных молекул (Н+ и/или Н3О+).

• 2 Н 2 О « Н 3 О⁺ + ОН^-;

• Н 3 О+ « Н⁺ + ОН^-.

Смещение прототропного равновесия вправо при магнитной обработке, и, соответственно, увеличение числа протонов в молоке может привести к увеличению количества коллоидного кальция - сферических частиц 20-120 нм, обладающих связующим, цементирующим материалом для субмицелл казеина [7], что ведёт к некоторому увеличению размеров мицелл казеина и улучшению синерезиса:

СаНРО₄ + Н⁺ « [Са з (РО₄) 2 ]_п.

ионизированный кальций коллоидный кальций

Сывороточные белки в процессе пастерицации (контроль) и после па-стерицации, которой предшествовала магнитная обработка молока (опыт) подвергаются изменениям, которые несколько различаются. По-видимому, после омагничивания молока при его пастеризации, увеличивается количество сывороточных белков, присоединяющихся к казеину за счёт спинового переключения валентных электронов и пространственной переориентации активных групп обоих белков.

Дальнейшие перспективы разра- ботки технологии производства творога ПФП с повышенным содержанием сывороточных белков и применением магнитных полей:

• -    испытания более длительного (свыше 80 с) электромагнитного воздействия 15 мТл;

• -    производство обезжиренного аналога творога ПФП для пожилых людей и испытывающих выраженную степень гиподинамии;

• -    подбор электромагнитного оборудования с аналогичными характеристиками для обработки молока в промышленных объемах;

• -    совмещение магнитной обработки молока с технологией производства творога по методу Махно, для более полного выхода продукта.