USE OF PROTEIN AND LIPID FRACTIONS OF MILK OBTAINED BY THE FRACTIONATION OF APPLE PECTIN IN THE TECHNOLOGY OF DAIRY PRODUCTS

Федосова А.Н.¹, Каледина М.В.², Андреева Д.Ю.³

¹Кандидат биологических наук,

² ORCID: 0000-0002-5835-996X, Кандидат технических наук,

³студент,

Белгородский государственный аграрный университет имени В.Я. Горина

ПРИМЕНЕНИЕ БЕЛКОВО-ЛИПИДНОЙ ФРАКЦИИ МОЛОКА, ПОЛУЧЕННОЙ ФРАКЦИОНИРОВАНИЕМ ЯБЛОЧНЫМ ПЕКТИНОМ, В ТЕХНОЛОГИИ МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ

Аннотация

Рассмотрена возможность использования процесса фракционирования молочного сырья яблочным пектином отечественного производства для молока с регулируемой массовой долей жира. Установлено, что процесс наиболее эффективен при следующих параметрах: массовая доля пектина в смеси – 0,6% в пересчете на сухой пектин, температура смешивания раствора пектина и молочного сырья – 20-25 °С, температура фракционирования – 4-6 °С. Предложена технология производства сливочного белкового крема из белково-липидной фракции молока с включением в рецептуру натуральной зелени и соли или натурального пчелиного меда. 

Ключевые слова: пектин, фракционирование, безмембранный осмос, белково-липидная фракция, сливочно-белковый крем.

                                       

Fedosova A.N.¹, Kaledina M.V.², Andreeva D.Yu.³

¹PhD in Biology, ²ORCID: 0000-0002-5835-996X, PhD in Engineering, ³student,

Belgorod state agricultural university of V. Ya. Gorin

USE OF PROTEIN AND LIPID FRACTIONS OF MILK OBTAINED BY THE FRACTIONATION OF APPLE PECTIN IN THE TECHNOLOGY OF DAIRY PRODUCTS

Abstract

The possibility to use the process of milk fractionation by apple pectin for milk with an adjustable mass fraction of fat are considered. It is established that the process is most effective under the following parameters: mass fraction of pectin in the mixture is 0.6% in calculated on the dry pectin, the temperature of the mixing solution of pectin and milk is 20-25 °C, the fractionation temperature is 4-6 °C. The technology of production of creamy protein cream from protein and lipid fractions of milk with the inclusion in the formulation of natural herbs and salt or natural honey are proposed.

Keywords: pectin, fractionation, membraneless osmosis, protein and lipid fraction, creamy protein cream.

Молочные продукты высокой биологической ценности и функциональными свойствами вызывают повышенный интерес не только среди ученых, но и у рядовых покупателей. В этой связи, научный интерес вызывает безмембранный способ фракционирования молочного сырья.

В основе процесса лежит физико-химическое явление: ограниченной термодинамической совместимости белков с полимерами и другими белками в растворе. При смешивании растворов белка и полисахарида наблюдается разделение фаз и образуется двухфазная система [1.С.194]. При вытеснении белка из той части объема системы, которая занята макромолекулами биополимера, происходит агрегация белка в нижней части емкости. При этом процессе раствор белка (казеина) концентрируется, а раствор полисахарида разбавляется сывороточной фракцией до тех пор, пока не сравняется осмотическое давление в этих растворах [2.С.24].

Описанный процесс применим не только к вторичному молочному сырью, но и к молоку различной жирности. В процессе концентрирования происходит самопроизвольное разделение системы на две фазы. Нижняя фракция в зависимости от сырья: обезжиренное молоко – концентрат натурального казеина (КНК), цельное или нормализованное молоко – белково-липидная фракция (БЛФ). В обоих случаях, верхняя фаза – сывороточно-полисахаридная фракция (СПФ).

По технологическим характеристикам КНК и БЛФ можно использовать в производстве традиционных пищевых продуктов, т.к. биологическая ценность фракций значительно выше. Они содержат основные компоненты молока в легкоусвояемой форме, поэтому их использование в пищевой промышленности в качестве источника полноценного натурального белка, эмульгатора и стабилизатора коллоидных систем весьма рационально [3.С.124].

Цель данной научной работы – разработать новый молочный концентрированный белковый продукт, используя  для получения белкового концентрата способ фракционирования молока яблочным пектином.

Ранее проведенными исследованиями установлено, что процесс разделения обезжиренного молока происходит в узкой зоне концентрации пектина в молоке (0,6…0,7%). Температура компонентов смешивания должна быть одинаковой и может колебаться в широком диапазоне от 4°С до 60°С. Поэтому в данной работе исследованы концентрации пектина в молоке:  0,4%, 0,6 и 0,8% в пересчете на сухой пектин, который вносили в молоко в виде 5%-го водного раствора, чтобы исследовать возможность фракционирования молока с нормируемой массовой долей жира.

Для исследования молоко с массовой долей жира 2,5% пастеризовали при температуре 85 °С без выдержки, охлаждали до 20-25 °С и смешивали с предварительно приготовленным 5%-ным раствором пектина такой же температуры. Объем приготовленных смесей составлял 100 см³. Затем разливали каждую смесь в количестве по 30 см³ в три ряда биологических пробирок и наблюдали эффективность фракционирования, измеряя высоту нижнего слоя –  концентрата, который имеет ярко белый цвет. Из результатов трех повторностей выводили среднее значение конечного результата. Применительно к промышленным условиям полученную смесь фракционировали при температуре 4-6 °С. Полученный результат, фиксировали через 1 час.

Влияние концентрации пектина в смеси на эффективность фракционирования цельного молока яблочным пектином приводится в таблице 1.

Таблица 1 – Влияние концентрации пектина на эффективность фракционирования молока яблочным пектином

Показатель	Концентрация пектина в смеси с цельным молоком, %
	0,4	0,6	0,8
Характеристика процесса фракционирования	Разделение слоев нечеткое, сыворотка мутная	Белый концентрированный раствор внизу. Эффективность фракционирования – 21,7% раствора БЛФ от общего объема смеси. Сыворотка прозрачная	Белый концентрированный раствор внизу. Эффективность фракционирования – 20 % раствора БЛФ от общего объема смеси. В СПФ присутствуют хлопья белка.

Из наблюдения следует, что концентрация пектина в цельном молоке должна быть такой же, как и  в обезжиренном молоке, равная 0,6% в пересчете на сухой пектин.

При дальнейшей оценке количественной характеристики процесса было установлено, что практический выход БЛФ из молока жирностью ,5% составляет 20,3% . Физико-химические показатели полученного раствора БЛФ в сравнении с  молоком приводятся в таблице 2.

Физико-химические показатели полученного раствора БЛФ в сравнении с исходным молоком приводятся в таблице 2.

Таблица 2 – Физико-химические показатели  БЛФ и исходного молока

Объект исследования	Изучаемые показатели
	Плотность, кг/м3	Сухие вещества, %	Жир, %	Белок, %	Титруемая кислотность, °Т	рН, ед.
Пастеризованное молоко	1029	11,09	2,5	3,04	18	6,67
Раствор белково-липидной фракции (БЛФ)	1065	28,87	13,0	12,0	45	6,33-6,3

Из результатов эксперимента  следует, что содержание сухих веществ в БЛФ стало в 2,6 раза выше исходного молока. Содержание жира увеличилось в 5,2 раза в сравнении с исходным молоком. Практически полный переход жира подтвердился тем, что содержание жира в сывороточно-пектиновой фракции было на уровне следовых количеств (меньше 0,05%).  Органолептическая характеристика  раствора БЛФ представлены в таблице 3.

Таблица 3 – Органолептические показатели раствора БЛФ

Вид фракции	Наименование показателя
	Цвет	Вкус	Запах	Консистенция
БЛФ	Насыщенный ярко белый	Приятный кисловатый	Сливочно-молочный	Однородная, подобная натуральным сливкам с жирностью 30%
	БЛФ полностью растворяется в воде и в молочном сырье; Не изменяет растворимости после тепловой обработки при 80-85°С

 

Органолептические показатели раствора белково-липидной фракции и его высокая жирность указывают на целесообразность производства из такого сырья концентрированного белкового кисломолочного продукта. Чтобы сделать окончательный выбор в указанном направлении создания нового продукта, следовало изучить способность раствора БЛФ к сквашиванию под действием заквасочных культур молочнокислых бактерий.

Полученную белково-липидную фракцию пастеризовали при 76-78 °С в течение 15-20 секунд и охлаждали до температуры заквашивания: 27-28 °С для закваски «Сметана VIVO» (Украина) и 39-41°С для йогуртовой закваски «Yo-mix» (Danisco).  Динамика процесса ферментации отражена на рисунке 1.

Рис. 1 – Динамика сбраживания белково-липидной фракции нормализованного молока заквасками кисломолочных культур: а – производственная закваска 3% от массы БЛФ; б – закваска прямого внесения

Из результатов следует, что в динамике брожения проб с закваской прямого внесения и производственной закваской принципиально не отличается. Не смотря на то, что в растворе БЛФ содержание лактозы составляет менее 1 %, он хорошо сквашивается кисломолочными культурами. По органолептическим показателям выбор сделан в пользу закваски «Сметана VIVO». Кисломолочный сгусток из БЛФ имел высокое содержание сухих веществ, а содержание белка составляло на уровне с творогом. По органолептическим свойствам был похож на нечто среднее между сметаной, пластичным творогом и сливочным мягким маслом. Учитывая состав и органолептические показатели, был выбран продукт «Сливочно-белковый крем».

Возможность регулирования массовой доли жира в продукте путем регулирования массовой доли жира исходного молока, подтверждается экспериментальными данными, представленными в таблице 4.

Таблица 4 – Зависимость массовой доли жира в белково-липидной фракции от исходных показателей молочного сырья (n=3, V˂5%)

Исходные показатели молочного сырья		Показатели белково-липидной фракции		Степень концентрирования жира в БЛФ относительно молока (расчет по сухому веществу)
Массовая доля жира, %	Массовая доля сухих веществ, %	Массовая доля жира, %	Массовая доля сухих веществ, %
2,5	10,7	13,3	28,5	2,2
3,0	11,2	16,1	28,6	2,1
3,5	11,7	17,6	29,9	2,0
4,0	12,2	20,5	31,4	2,0

Примечание: содержание белка в исходном пастеризованном молоке не менее 3%, содержание СОМО 8,2%. Продолжительность фракционирования 2 часа.

Из полученных результатов следует, что сухие вещества молока практически не влияют на содержание сухих веществ БЛФ и, как нам кажется, на этот показатель может влиять только содержание пектина в смеси.

В качестве основы для «Сливочно-белкового крема», ориентируясь на полученные результаты и потребительские предпочтения, было решено использовать  пастеризованное молоко с массовой долей жира 2,5%, ориентируясь массовую долю жира  в БЛФ 13%.

По итогам работы разработаны 2 рецептуры продукта: с зеленью и солью и с натуральным пчелиным медом. Профильные диаграммы подбора компонентов отражены на рисунке 2-3.

Рис.2 – Вкусовые профили рецептур «Сливочно-белкового крема с зеленью»: а – подбор массовой доли соли,

б – подбор массовой доли зелени

Рис.3 – Вкусовые профили рецептур «Сливочно-белкового крема десертного» с натуральным пчелиным медом

Подбор рецептурных компонентов осуществляли по средствам дегустационного анализа экспертами по 5 утверждённым дескрипторам: цвет, вкус, консистенция, послевкусие, запах. Дескрипторы оценивали по 10-бальной шкале.

Соль в кисломолочный продукт вносили предварительно прогрев при 102-105°С в течение 20 минут. Зелень укропа и петрушки использовали замороженную по ТУ 9739-192-37676459-2013 «Зелень пряная свежая и замороженная. Технические условия». В ферментированный сливочно-белковый крем зелень добавляли после бланшировки. Для десертного варианта рецептуры натуральный пчелиный мед добавляли до тепловой обработки БЛФ перед сквашиванием.

По результатам дегустационной оценки, были выбраны следующие соотношения компонентов. Для «Сливочно-белкового крема с зеленью» содержание соли – 1%, содержание наполнителя – 3%. Для «Сливочно-белкового крема десертного» содержание натурального пчелиного меда – 6%.

Органолептические, микробиологические и физико-химические показатели разработанного продукта представлены в таблице 5.

Таблица 5 – Качественные показатели «Сливочно-белкового крема»

Показатель	Вид продукта
	«Сливочно-белковый крем с зеленью»	«Сливочно-белковый крем десертный»
Физико-химические показатели
Массовая доля жира, % не менее	13,0	13,0
Массовая доля белка, % не менее	11,0	11,0
Массовая доля влаги, % не более	30	30
Массовая доля соли, % не менее	1	-
Органолептические показатели
Вкус	Сливочный. Умерено соленый. С привкусом укропа и петрушки.	Сливочный вкус, с приятным привкусом меда
Запах	Кисломолочный с умеренным запахом зелени.	Приятный легкий цветочный запах. Без посторонних ароматов.
Цвет	Белый с вкраплениями зелени укропа и петрушки	Белый или белый с кремовым оттенком. Равномерный по всей массе
Консистенция	Мягкая, пластичная, с наличием включений зелени	Мягкая, пластичная.
Микробиологические показатели
БГКП, см3 (г), в которой не допускается	0,01	0,01
КМАФАнМ, КОЕ/см3(г) не менее	107	107

Таким образом,  на основании проведенных исследований предложена эффективная неэнергоемкая технология нового продукта высокой пищевой и биологической ценности, привлекательными потребительскими характеристиками.

Список литературы/ References

1. Орлова Т.А. Функциональные продукты питания на основе концентратов, полученных при фракционировании молочного сырья полисахаридами/ Т.А. Орлова, М.А. Ткаченко// Материалы международной конференции «Пробиотики, пребиотики и функциональные продукты питания» (г. Москва) –2004. – С. 194–195.
2. Молочников В.В. Безотходная технология переработки молока с применением полисахаридов / В.В. Молочников. – М.: Агропромиздат, 2007. – 320 с.
3. Орлова Т. А. Использование фракционирования молочного сырья полисахаридами в производстве функциональных продуктов питания / Т. А. Орлова // Хранение и переработка сельхозсырья. –2003. – № 8. – С. 123–125.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Orlova T.A. Funkcional'nye produkty pitaniya na osnove koncentratov, poluchennyh pri frakcionirovanii molochnogo syr'ya polisaharidami [Functional foods based on concentrates obtained by fractionation of raw milk polysaccharides]/ T.A. Orlova, M.A. Tkachenko // Materialy mezhdunarodnoj konferencii «Probiotiki, prebiotiki i funkcional'nye produkty pitaniya» (Moskva) [The international conference "Probiotics, prebiotics and functional foods" (Moscow)]. - 2004.. – P. 194-195. [in Russian]
2. Molochnikov V.V. Bezothodnaya tekhnologiya pererabotki moloka s primeneniem polisaharidov [Wasteless technology of processing of milk using polysaccharides] / V.V. Molochnikov – M.: Agropromizdat, 2007. – 320 p. [in Russian]
3. Orlova T. A. Ispol'zovanie frakcionirovaniya molochnogo syr'ya polisaharidami v proizvodstve funkcional'nyh produktov pitaniya [Use of raw milk fractionation by polysaccharides in the production of functional foods] / T.A. Orlova // Hranenie i pererabotka sel'hozsyr'ya [Storage and processing of agricultural products]. – 2003. – №8. – P. 123 – 125. [in Russian]