Разработка технологии получения безлактозного альбумина

Для разработки рационов питания для детей с непереносимостью лактозы необходимо либо исключать продукты, содержащие лактозу, либо заменять их на безлактозные молочные аналоги, так как альтернативные молоку растительные варианты не могут полноценно заменить по ряду технологических и пищевых характеристик [1–4]. Современные тренды здорового питания так же показывают интерес взрослого населения к безлактозным молочным продуктам, употребление которого исключает возникновение негативных последствий при отсутствии достаточного пищеварительного фермента для усвоения лактозы [5], при этом производимые аналоги не должны уступать по качеству традиционным наименованиям продукта [6].

Исходя из роста производства молочной сыворотки как побочного продукта при изготовлении различных молочных продуктов можно сделать вывод, что вопросы ее переработки занимают одни из лидирующих позиций и требуют разнообразных решений для ее использования [7–9].

На основании вышеперечисленных фактов разработка безлактозного альбумина из молочной сыворотки и изготовление из нее готовой безлактозной продукции с использованием современных информационных технологий является актуальной задачей [10,11].

Цель исследования – разработка способа получения безлактозного альбумина из молочной сыворотки и разработка рецептур безлактозных готовых блюд (изделий) на ее основе.

Для достижения поставленной цели исследований были поставлены следующие задачи:

• 1.    изучить рынок безлактозной продукции представленный в торговых сетях города Екатеринбург;

• 2.    разработать способ получения безлактозного альбумина из молочной сыворотки ферментативным способом, провести сравнение показателей с безлактозным творогом.

Материалы и методы.

Теоретические и экспериментальные исследования выполнялись в период с 2020 по 2024 г. на кафедре технологии питания ФГБОУ ВО «Уральский государственный экономический университет».

Для разработки технологии изготовления безлактозного альбумина использовали следующие сырье и материалы:

• – сыворотка молочная, полученная после изготовления твердого сыра типа «Российский» и после изготовления творога, соответствующие требованиям ГОСТ 34352–2017;

  – ферментный препарат β-галактозидазы Mayalact® 5000 (изготовитель Mayasan biotech, Турция, импортер ООО «Эдванта», г. Екатеринбург. Россия).

Для проведения исследований, сравнения показателей с безлактозным альбумином и проектирования рецептур безлактозной молочной продукции в связи со сложностью приобретения было принято решение самостоятельно изготавливать безлактозный творог:

– молоко питьевое безлактозное ультрапа-стеризованное 3,5% жирности, соответствующее требованиям ТУ 10.51.11.070–00425662–2019 (АО «Белгородский молочный комбинат», г. Белгород, Россия);

– закваска для творога, соответствующая требованиям ТУ 10.89.19–001–18137828–2021 (ООО «ВИВО Индустрия», г. Москва, Россия).

При выполнении экспериментальной части работы использовали общепринятые методы физико-химических, органолептических, микробиологических исследований как в исходном сырье, так и в готовой продукции [12, 13].

Результаты и обсуждение

В рамках решения первой задачи проведен анализ ассортимента безлактозных продуктов в крупных торговых сетях города Екатеринбург. За 2020–2022 года был изучен ассортимент безлактозного молока в городе Екатеринбург (альтернативные, на основе растительных компонентов, виды молока не рассматривались), представлен на рисунке 1.

0  50 100 150 200 250 300

Стоимость за 1 литр, руб

Cost per 1 liter, RUB

Рисунок 1. Ассортимент безлактозного молока, представленный в городе Екатеринбург

Figure 1. The range of lactose-free milk presented in the city of Yekaterinburg

Установлен узкий ассортимент безлактозных молочных продуктов, который представлен в основном в крупных торговых сетях, а также высокая стоимость (от 80 до 300%) по отношению к классическим вариантам, содержащим лактозу, что обосновывает целесообразность разработки безлактозного альбумина из молочной сыворотки. Безлактозные творог, сметана, сливочное масло были найдены только на полках магазина «ВкусВилл», безлактозный кефир найден не был [14].

В рамках решения второй задачи разработан способ получения безлактозного альбумина из свежей молочной сыворотки. За основу взята традиционна технология получения альбумина, включающая четыре этапа: нагрев до 93–95 °С, увеличение рН кислотной, например, лимонной до значения 4,5–4,6, выдержка в течение 60 минут, фильтрация полученных альбуминных хлопьев. (схему)

Для гидролиза лактозы использовался жидкий фермент β-галактозидаза производства Mayasan biotech Mayalact® 5000 получаемый путем ферментации дрожжей Kluyveromyces lactis [15, 16]. Показана важность уровня рН на протяжении всего процесса ферментации, молочная сыворотка в зависимости от происхождения обладает различной степенью рН, для поддержки и оценки оптимального уровня рН на уровне 6,6–6,8 для проведения ферментативного гидролиза использовалась автоматическая установка автотитратора с введением 20% раствора гидроксида кальция [17, 18].

В эксперименте варьировались количество вводимого фермента и время выдержки. Примеры образцов, взятых для исследования и результаты исследования степени гидролиза лактозы представлены в таблице 1 [19].

Исходя из полученных результатов установлены оптимальные параметры для проведения гидролиза лактозы в молочной сыворотке (степень гидролиза лактозы 95–96%):

– температура 37 ± 1 °С;

– продолжительность 4 часа;

– количество вносимого фермента 0,1 г на 100 г сыворотки.

Технологический процесс получения безлактозного альбумина из молочной сыворотки представлен на рисунке 2.

Таблица 1.

Модельные образцы молочной сыворотки, взятые для исследования

Table 1.

Model samples of whey taken for research

Вид исходного сырья Raw material	Подсырная сыворотка | Cheese whey					Творожная сыворотка | Curd whey
Количество вносимого фермента на 1 литр сыворотки, г Amount of enzyme added per 1 liter of whey, g	0,5	1,0		1,5		0,5	1,0		1,5
Температура выдержки, °С Holding temperature, °C	37	37		37		37	37		37
Время выдержки, час | Holding time, hours	3,5 1 4,0	3,5	4,0	3,5	4,0	3,5 1 4,0	3,5	4,0	3,5	4,0
Степень гидролиза лактозы, % Degree of lactose hydrolysis, %	73±1	89±1	95±1	90±1	95±1	70±1	90±1	96±1	89±1	96±1

Рисунок 2. Технология получения безлактозного альбумина из молочной сыворотки

Figure 2. Technology to produce lactose-free albumin from whey

Предложенное технологическое решение позволяет получить безлактозный альбумин от 62 до 73% сухой массы молочной сыворотки, органолептическая оценка (таблица 3) и физикохимические показатели полученного безлактозного альбумина представлены на рисунке 3.

Проведенные исследования показывают, что вид молочной сыворотки не влияет на органолептические и физико-химические показатели, продукт можно отнести к безлактозному так как содержание лактозы не более 0,1 г на 1 кг продукта [20].

Результаты исследования органолептических и микробиологических показателей приведены в таблице 2 и 3.

Таблица 2.

Органолептическая оценка полученного безлактозного альбумина из двух видов сыворотки

Table 2.

Organoleptic evaluation of the obtained lactose-free albumin from two types of serum

Показатель Index	Безлактозный альбумин Lactose-free albumin
	из подсырной сыворотки | cheese whey	из творожной сыворотки curd whey
Внешний вид Appearance	пастообразная масса pasty mass
Консистенция Consistency	нежная, мажущаяся delicate, spreadable
Цвет Color	белый, слегка с кремовым оттенком, равномерный	белый, равномерный
Запах Smell	характерный для альбумина, молочный, без посторонних запахов characteristic of albumin, milky, without foreign odors
Вкус Taste	характерный для альбумина, слегка сладковатый, без посторонних привкусов characteristic of albumin, slightly sweet, without foreign flavors	характерный для альбумина, сладковатый, с небольшой кислинкой без посторонних привкусов characteristic of albumin, sweet, with a slight sourness without foreign flavors

Рисунок 3. Физико-химические показатели безлактозного альбумина из двух видов сыворотки, %

Figure 3. Physico-chemical parameters of lactose-free albumin from two types of serum, %

Таблица 3.

Результаты микробиологического исследования безлактозного альбумина

Results of microbiological examination of lactose-free albumin

Table 3.

Показатель Index	Вид безлактозного альбумина Type of lactose-free albumin	День | Day				Норма Norm
		1 (24 ч)	2 (48 ч)	3 (72 ч)	4 (96 ч)
Микробиологические показатели | Values
КМАФАнМ, КОЕ/г QMAFAnM, CFU/g	из подсырной сыворотки from cheese whey	1 × 102	1,3 × 102	1,6 × 102	1,9 × 102	2 × 105
	из творожной сыворотки from curd whey	1 × 102	1,1 × 102	1,3 × 102	1,5 × 102
Бактерии группы кишечных палочек Bacteria of the coliform group	из подсырной сыворотки from cheese whey из творожной сыворотки from curd whey	в 0,1 г образца не обнаружены in 0.1 g of sample not detected				не допускается в 0,1 г продукта not allowed
S. aureus	из подсырной сыворотки from cheese whey из творожной сыворотки from curd whey	в 25 г образца не обнаружены in 25 g of sample not detected				не допускается в 25 г продукта not allowed
Бактерии рода Proteus	из подсырной сыворотки from cheese whey	в 0,1 г образца не обнаружены in 0.1 g of sample not detected				не допускается в 0,1 г продукта not allowed

Установлены сроки годности полученного безлактозного альбумина – 72 часа (3 суток) с момента окончания технологического процесса при температуре 4 ± 2 °С и влажности не менее 95%.

Для сравнения показателей качества безлактозного альбумина и безлактозного творога был изготовлен творог из безлактозного молока «Parmalat Comfort» жирностью 3,2% путем внесения закваски, согласно классической технологии. Химический состав и органолептические показатели полученного творога представлен в таблице 5 и 6 соответственно.

Таблица 4.

Химический состав безлактозного творога Table 4.

Chemical composition of lactose-free cottage cheese

Массовая доля, % Mass fraction, %	Значение | Value
Сухие вещества, % Dry matter, %	24,80 ± 0,02
Белок, % Protein, %	10,05 ± 0,02
Жир, % Fat, %	10,26 ± 0,04
Углеводы, % Carbohydrates, %	2,62 ± 0,03

Таблица 5.

Органолептические показатели безлактозного творога

Table 5.

Organoleptic characteristics of lactose-free cottage cheese

Показатель Index	Значение | Value
Консистенция Consistency	Мягкая, мажущаяся Soft, spreadable
Цвет Color	Белый, равномерный White, uniform
Запах Smell	Характерный для кисломолочного продукта, без постороннего запаха Characteristic of a fermented milk product, without foreign smell
Вкус Taste	Характерный для творога, слегка сладковатый, без постороннего привкуса Characteristic of cottage cheese, slightly sweet, without foreign taste

Безлактозный альбумин (из творожной сыворотки) Lactose-free albumin (from curd whey)

Безлактозный альбумин (из подсырной сыворотки) Lactose-free albumin (from cheese whey)

Безлактозный творог Lactose-free cottage cheese

Установлено что безлактозный творог, полученный из безлактозного молока классическим способом, имеет приятные органолептические показатели, которые можно приравнять к органолептическим показателям мягкого творога промышленного производства.

Полученный безлактозный творог содержит практически равное количество белка и жира – 10,05 и 10,26 г соответственно.

Полученный альбумин имеет низкое содержание жира < 1%, по отношению к творогу, содержание белка и углеводов находятся примерно на одинаковом уровне, разница по белку менее 1,7% по углеводам не более 1,1%.

На рисунке 5 приведено сравнение влагосвязывающей способности полученного безлактозного альбумина и безлактозного творога.

Установлено что влагосвязывающая способность безлактозного альбумина на 5–6% меньше чем в безлактозном твороге.

Исследование вязкости производили с помощью ротационного вискозиметра «Рео-тест-2», зависимость эффективной вязкости от скорости сдвига для полученного безлактозного альбумина и безлактозного творога представлена на в таблице 6.

Рисунок 4. Сравнение массовой доли жира, полученного безлактозного альбумина и безлактозного творога Figure 4. Comparison of the mass fraction of fat obtained from lactose – free albumin and lactose-free cottage cheese

альбумин (из альбумин (из творог творожной  подсырной сыворотки)  сыворотки)

Рисунок 5. Сравнение влагосвязывающей способности безлактозного альбумина и безлактозного творога Figure 5. Comparison of the moisture binding capacity of lactose-free albumin and lactose-free cottage cheese

Таблица 6.

Зависимость эффективной вязкости безлактозного альбумина и безлактозного творога

от градиента скорости

Table 6.

Dependence of the effective viscosity of lactose-free albumin and lactose-free cottage cheese on the rate gradient

Значение градиента скорости, с-1 Velocity gradient value, s-1	Эффективная вязкость Effective viscosity, Па x cx 10 2
	Безлактозный альбумин (из творожной сыворотки) Lactose-free albumin (from curd whey)	Безлактозный альбумин (из подсырной сыворотки) Lactose-free albumin (from cheese whey)	Безлактозный творог Lactose-free curd
0,0333	45,780 ± 2,100	43,560 ± 2,088	50,803 ± 2,246
1,0000	17,600 ± 0,833	17,130 ± 0,750	18,060 ± 0,870
3,0000	5,990 ± 0,278	5,890 ± 0,277	6,355 ± 0,310
9,0000	2,088 ± 0,125	2,010 ± 0,121	2,190 ± 0,105
27,0000	0,730 ± 0,045	0,700 ± 0,059	0,732 ± 0,066
48,6000	0,469 ± 0,018	0,436 ± 0,022	0,420 ± 0,020
81,0000	0,279 ± 0,015	0,277 ± 0,016	0,298 ± 0,013
145,8000	0,173 ± 0,007	0,172 ± 0,008	0,174 ± 0,008

Заключение

Установлено, что безлактозный альбумин имеет более рыхлую и воздушную структуру по отношению к безлактозному творогу, благодаря чему в альбумин можно добавлять большее количество вязких или липких компонентов, например, сладких фруктовых или овощных пюре без потери структурного-механических свойств готовых блюд (изделий) на его основе.

На основании результатов исследований была составлена заявка и получен патент № 2023106023 от 13.03.2023 на разработку способа производства безлактозного альбумина, который может быть использован в качестве сырья для изготовления готовой продукции для питания людей с непереносимостью лактозы.