Влияние термомеханических воздействий на состав и антиоксидантную активность молока

Введение. Поступающее на предприятие молоко, с целью получения качественного и безопасного в санитарно-гигиеническом отношении продукта, подвергается различным термомеханическим воздействиям. К ним относятся сепарирование, гомогенизация, бактофугирование, пастеризация, микрофильтрация и др. В процессе обработки под влиянием температурных факторов, сильных механических воздействий изменяются составные компоненты молока, происходят межфазовое перераспределение ферментов [1, 2], интенсификация биохимических процессов, оказывающих влияние на антиоксидантную систему молока [3]. Одним из наиболее активных компонентов антиоксидантной системы молока является фермент ксантиноксидаза, который окисляет различные альдегиды и пуриновые основания (ксантин и др.) до соответствующих кислот. Данный фермент обладает способностью восстанавливать нитраты в нитриты [4, 5, 12].

Ксантиноксидаза существует в молоке в двух состояниях – свободном и мембраносвязанном, от которых зависят ее каталитические свойства.

Известно, что молоко подвергается наиболее сильным механическим воздействиям в процессе гомогенизации. Возникающие при этом силы разрушают оболочку жировых шариков, представляющую смесь белков, фосфолипидов, триглицеридов, витаминов, ферментов. При этом из оболочек жировых шариков высвобождается фермент ксантиноксидаза [3]. Он переходит в обезжиренное молоко и становится более доступным для участия в биохимических процессах, повышая тем самым интегральную антиоксидантную систему молока.

Цель исследования: определение влияния гомогенизации на физико-химические показатели и антиоксидантную активность сырого молока.

Задачи исследования: определить влияние гомогенизации молока на кислотность, ОВП, со- держание белка и кальция; определить интегральную антиоксидантную активность и суммарное содержание водорастворимых антиоксидантов в гомогенизированном молоке; исследовать влияние замораживания и длительности хранения проб молока на антиоксидантную активность.

Объекты и методы исследования. Объектами исследования являлись сырое молоко, полученное из индивидуального хозяйства Подмосковья; сборное сырое молоко, поступающее на предприятие отрасли; молоко гомогенизированное.

Гомогенизацию проводили на лабораторной установке в интервале давлений 12,5–21 МПа при температурных режимах 28–30 и 38–40 °С.

Антиоксидантную активность (суммарное содержание водорастворимых антиоксидантов) определяли амперометрическим методом с использованием спектрометра «ЦВЕТ ЯУЗА-01-АА». Метод основан на измерении силы электрического тока, возникающего при окислении молекул антиоксиданта на поверхности рабочего электрода при определенном потенциале, который после усиления преобразуется в цифровой сигнал. Суммарную концентрацию антиоксидантов рассчитывали, используя градуировочный график зависимости выходного сигнала от концентрации галловой кислоты.

Интегральную антиоксидантную активность определяли с использованием кулонометра «Эксперт-006» на базе Московского государственного университета пищевых производств. Метод основан на способности электрогенери-рованного брома вступать в радикальные и окислительно-восстановительные реакции с возможностью замещения и присоединения по кратным связям. Это позволяет определить суммарное содержание антиоксидантов, присутствующих в анализируемом продукте.

Физико-химические показатели молока определяли стандартизованными методами. Окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) и активную кислотность – с помощью рН-метра иономера «Эксперт-001».

Результаты исследования. Указанные режимы гомогенизации были выбраны исходя из их практического применения. Низкие режимы гомогенизации (12,5–15,0 МПа) обычно используют при производстве кисломолочных продуктов, питьевого пастеризованного молока с неболь- шими сроками хранения. Режимы высокого давления (18–21 МПа) – это технологические режимы производства ультрапастеризованного молока с длительными сроками годности. Температуры гомогенизации в эксперименте были приняты ниже промышленных режимов (60–65 °С), чтобы исключить влияние теплового воздействия на нативные свойства молока.

Установлено, что при гомогенизации нативного молока с массовой долей жира 3,56–3,64 %, массовой долей белка 3,16–3,35 %, активной кислотностью рН 6,64–6,85 и титруемой кислотностью 17–21 °Т его физико-химические показатели претерпевали определенные изменения. При температуре гомогенизации 38–40 °С и давлении 21±1,5 МПа возрастали показатели титруемой кислотности на 3–7 °Т и окислительно-восстановительного потенциала на 9–10 мВ; уменьшались следующие показатели: активная кислотность – на 0,1–0,2 ед. рН и массовая доля белка – на 13–15 %. Массовая доля кальция возрастала на 10–11 %.

Известно, что в процессе гомогенизации под действием возникающих сил разрушается оболочка жировых шариков. Для создания оболочек вновь образовавшихся шариков жира используется часть плазменных белков, в том числе казеин и сывороточные белки.

Влияние термомеханических воздействий на молоко приводит к нарушению соотношения солевых форм кальция. В плазме молока увеличивается количество растворимого кальция. Часть коллоидных фосфатов и цитратов кальция адсорбируется поверхностью жировых шариков.

В молоке, гомогенизированном при давлении 12,5 МПа и температуре 38–40 °С, отмечали уменьшение массовых долей белка и кальция на 28,3 и 23,6 % соответственно. По данным Н.В. Барановского [6], при давлении гомогенизации 12–14 МПа происходит интенсивное уменьшение диаметра жировых шариков, что требует дополнительного расхода белка, участвующего в формировании оболочек вновь образовавшихся шариков жира. С повышением давления до 20 МПа процесс дробления жировых шариков замедляется.

Снижение содержания кальция при указанных выше условиях гомогенизации может быть обусловлено переходом растворимого гидро- фосфата кальция (CaHPO4) в трудно растворимый фосфат кальция – Ca3(PO4)2.

Повышенная титруемая кислотность гомогенизированного молока, согласно многочисленным литературным данным, связана с активацией некоторых ферментов, в том числе липазы.

В итоге гомогенизированное при указанных режимах молоко отличается повышенной титруемой кислотностью, измененным содержанием кальция, меньшим содержанием белка в сравнении с исходным нативным молоком.

В условиях температурных режимов 28– 30 °С, в интервале давлений гомогенизации

12,5–21,0 МПа изменения физико-химических показателей молока носили менее выраженный характер, что обусловлено пониженными температурами гомогенизации.

Антиоксидантную активность определяли в пробах нативного и гомогенизированного, при указанных выше режимах, молока. Результаты суммарного содержания водорастворимых антиоксидантов в пробах молока № 2 и 4, полученные амперометрическим методом, и интегральная антиоксидантная активность проб молока № 1 и 3, измеренная кулонометрическим методом, показаны в таблице 1.

Таблица 1

S' ю § a ZE i=	Образец (срок хранения в морозильной камере, сут)	Антиоксидантная активность
		Молоко до гомогенизации	Молоко гомогенизированное (12,5 МПа)	Молоко гомогенизированное (21 МПа)
1	Молоко нативное*, мг/г СВ	2,79	2,70	8,02
2	Молоко нативное* (10), мг/100 г	1,6±0,5	1,9±0,5	3,1±0,6
3	Молоко нативное* (10), мг/г СВ	24,93	24,09	71,45
4	Молоко нативное** (40), мг/100 г	1,4±0,5	1,3±0,5	1,2±0,5

*Температура молока при гомогенизации 38–40 °С.

**Температура молока при гомогенизации 28–30 °С.

АОА нативного (сырого) и гомогенизированного молока

Пробы молока (№ 2–4) в силу объективных причин предварительно замораживали при температуре минус 16–20 °С и хранили в морозильной камере. По истечении определенного времени молоко размораживали естественным способом и определяли его антиоксидантную активность.

Известно, что замораживание и длительное хранение приводят к глубоким изменениям в составе молока. Эффективность воздействия замораживания зависит от интенсивности этого процесса, температурных факторов, продолжительности хранения молока. Кристаллизация воды, происходящая при замораживании молока, приводит к определенным структурным изменениям составляющих молока. В результате частичных деформаций оболочек жировых шариков при замораживании и деструкции мицелл казеина, с которыми связаны многие окислительно-восстановительные ферменты, происходят изменения ферментативной активности молока [1].

Показано, что при хранении замороженного молока при минус 20 °С отмечается устойчивое повышение активности фермента ксантинокси-дазы [7]. Данный фермент является основным белковым компонентом оболочек жировых шариков и находится на их внутренней поверхности [8, 9]. В оболочках жировых шариков сосредоточено около 80 % ксантиноксидазы от общего количества ее в сыром молоке [8, 10].

Проведенные исследования показали, что гомогенизация (температура 38–40 °С, давление 21 МПа) ранее замороженного и хранящегося в морозильной камере на протяжении 10 сут молока (пробы № 2, 3) приводит к повы- шению его антиоксидантной активности примерно в 2,0 и 2,9 раза соответственно. Согласно аналитическим данным, с повышением давления гомогенизации происходит перераспределение ферментов, связанных с оболочкой жировых шариков и мицеллами казеина. Изменяется активность фермента ксантиноксидазы [3], усиливаются биохимические процессы с образованием компонентов, обладающих антиокис-лительными свойствами.

По результатам АОА в пробах № 1–3 можно констатировать, что АОА молока является линейной функцией давления гомогенизации. Однако полученная закономерность справедлива лишь в определенном диапазоне давлений. При сверхвысоких (400–600 МПа) давлениях гомогенизации наблюдается снижение антиоксидантной активности, что обусловлено инактивацией фермента ксантиноксидазы [11], процессами агломерирования вновь образованных мелких жировых шариков. Ксантиноксидаза, входящая в состав мембран мелких жировых шариков, оказывается заключенной в агломерате и становится недоступной для участия в ингибировании окислительных процессов.

Установлены значимые различия в показателях антиоксидантной активности в пробах молока № 1, 3, что обусловлено различными временными параметрами измерения АОА молока, эффектом замораживания пробы № 3 и гипотетическим увеличением в ней активности фермента ксантиноксидазы, катализирующей биохимические процессы, способствующие повышению антиоксидантной системы молока [12]. Пробу молока № 4 предварительно выдерживали в морозильной камере 40 сут и после размораживания подвергали гомогенизации при пониженной температуре 28–30 °С. Результаты исследования показали, что длительное хранение молока в условиях замораживания не повлияло на его исходную АОА, а гомогенизация этого молока при низких температурных режимах в интервале давлений 12,5–21 МПа не привела к повышению АОА. Можно предположить, что в процессе длительного хранения (40 сут) молока при температуре минус 16–20 °С происходит инактивация фермента ксантиноксидазы, изменяются условия протекания биохимических процессов.

Выводы. В результате проведенного исследования установлено, что:

– термомеханическое воздействие на молоко при давлении гомогенизации 12,5–21,0 МПа и температуре 38–40 °С приводит к изменениям титруемой и активной кислотности, окислительно-восстановительного потенциала, массовой доли белка, массовой доли кальция;

– замораживание молока при температуре минус 16–20 °С и хранение его перед гомогенизацией на протяжении 10–40 сут в морозильной камере не оказывают влияния на содержание водорастворимых антиоксидантов в исходном нативном молоке (пробы № 2, 4);

– гомогенизация предварительно замороженного молока (10 сут хранения в морозильной камере) при температуре 38–40 °С и давлении 12,5–21 МПа повышает его АОА (пробы № 2, 3);

– увеличение длительности хранения замороженного молока до 40 сут и последующая гомогенизация при температуре 28–30 °С не оказывают влияния на антиоксидантную активность (проба № 4);

На основании полученных данных можно заключить, что длительное воздействие отрицательных температур на молоко приводит к предположительной инактивации фермента ксантиноксидазы и замедлению окислительновосстановительных процессов.