Влияние минерального состава на изменение реологических характеристик сгущенного молока с сахаром в хранении

Введение. 

Одной из современных тенденций в производстве консервированной молочной продукции являются увеличение хранимоспособности и про- лонгирование сроков годности не только сухих молочных консервов, но и концентрированных молочных продуктов с промежуточной влажностью, произво- димых как классическим способом, так и с использованием инновационных

Представлены результаты мониторинга динамической вязкости, характеризующей технологий. Особое внимание в аспекте длительного хранения уделяется контролю санитарно-гигиенических, органолептических и физико-химических показателей, формирующих качество данной линейки продуктов [1, 2]. Учитывая также возрастающие потребности в экспортных поставках сгущенных молочных консервов, в том числе в регионы с жарким климатом, ввиду возможных высокоположительных термических воздействий и резких перепадов температур при транспортировании, необходимо предупреждать риски деградации качества, в том числе негативной трансформации структурно-механических характеристик, как, например, проявление пороков мучнистости, песчанистости, расслоения или наиболее часто возникающего загустевания продукта [3]. Загу-стевание, выраженное в повышении вязкости сгущенного молока с сахаром более 15 Пас вплоть до полной потери текучести, может быть обусловлено как недостаточным содержанием влаги (менее 25 %), так и повышенным содержа- нием либо деградацией нативных свойств белка, в т.ч. вызванных нарушением солевого равновесия [3].

Минеральная составляющая молока, представленная катионами металлов (кальция, магния, натрия, калия и пр.), а также неорганическими и органическими анионами (хлоридами, цитратами гидро- и дигидрофосфатами, сульфа- тами), по большей части находится в ионодисперсном и молекулярно- дисперсном состоянии и в меньшей степени – в коллоидной и нерастворимой формах [2]. Именно распределение солей, особенно фосфата кальция, между казеиновой мицеллой и водной фазой оказывает наибольшее влияние на структуру и стабильность белковых фракций, поскольку существующий минеральный баланс подвержен трансформации под воздействием таких факторов, как нагревание, охлаждение, нарастание или снижение кислотности. Изменение со- левого баланса в значительной степени обуславливает структурное состояние и стабильность мицелл казеина и, как следствие, может существенно влиять на состояние всей системы, инициируя потерю качества за счет дестабилизации белков молочных продуктов с промежуточной влажностью [4].

Учитывая результаты проведенных исследований в области высоко- и низкотемпературного воздействия на молочные консервы [3], целью проводимого эксперимента являлся сравнительный анализ изменений реологических показателей образцов сгущенного цельного молока с сахаром в процессе хра- нения (в том числе после кратковременного воздействия повышенных температур) и установление корреляции полученных результатов с количественными соотношениями основных минеральных веществ в объектах исследования для накопления данных о влиянии солевого состава на хранимоспособность и устойчивость структурного состояния концентрированных молочных биоси- стем с промежуточной влажностью.

Объекты и методы. Объектами исследования являлись образцы от двух партий (А и Б) сгущенного цельного молока с сахаром, упакованного в банки металлические, изготовленного на одном предприятии с соблюдением идентич- ных технологических режимов в соответствии с требованиями ГОСТ 31688- 2012. Для контроля реологических и физико-химических изменений образцы А и Б в соответствии с планом эксперимента были заложены на хранение при температуре (4±2)°С. С целью моделирования возможного кратковременного термического воздействия в процессе транспортировки в регионы с жарким климатом часть образцов (А1 и Б1) перед закладкой на хранение была подвергнута ступенчатому нагреванию (со скоростью 5°С/сут) до температуры (50±1)°С и последующему охлаждению с той же скоростью до температуры хранения (4±2)°С. Хранение всех объектов исследования осуществляли при указанной температуре в течение 12 месяцев. Органолептические, физико-химические и санитарно- гигиенические показатели были определены общепринятыми методами, в т.ч. регламентируемыми действующими межгосударственными стандартами. Измерение количества минеральных веществ проводили с помощью спектрометра эмиссионного с индуктивно-связанной плазмой 5110 ICP-OES.

 Результаты исследований и их обсуждение. 

Все объекты исследования перед началом эксперимента соответствовали требованиям нормативной док ментации к молоку цельному сгущенному с сахаром по органолептическим, физико-химическим и санитарно-гигиеническим показателям. Массовые доли влаги, жира и сахарозы в образцах А и Б не отличались и составляли как перед закладкой на хранение, так и после снятия с хранения 26,5%, 8,5% и 45,5% соответственно. Проведенный по окончании хранения контроль качества выявил, что органолептические и микробиологические показатели всех проб соответствуют требованиям ГОСТ 31688-2012. Значительной микроструктурной трансформации липидной и углеводной составляющих также отмечено не бы- ло. Изменения реологических показателей и титруемой кислотности отображены на рисунке 1.

Из представленной диаграммы видно, что динамическая вязкость поступательно нарастала во всех объектах исследования в продолжение 12 месяцев хранения. В образцах А и Б её значения увеличились в 1,6 и 1,7 раз соответственно, приблизившись к максимально допустимому показателю 15 Пас (ηmax). При этом исходная ηБ также была несколько выше ηА, что закономерно можно объяснить более высоким содержанием общего белка и казеина. Зна- чительно интенсивнее нарастание динамической вязкости происходило в об- разцах, подвергнутых воздействию повышенных температур: в образце А1 этот показатель увеличился в 2 раза, достигнув предельно допустимой вязкости в 15 Пас уже после 9 месяцев хранения, а в Б1 – в 2,8 раза, достигнув ηmax уже к 3 месяцам хранения, а к окончанию срока хранения превысив ηmax на 8 Пас. Несмотря на то что все объекты исследования (за исключением Б1) соответствовали требованиям нормативной документации по показателю динамической вязкости после 12 месяцев хранения, выявленная тенденция к загустеванию вызывает обоснованные сомнения в пригодности таких продуктов к длительному хранению, транспортированию в условиях жаркого климата и пролонгированию сроков годности. Принимая во внимание, что массовая доля сухих веществ продуктов не была повышена и микроструктура липидной и углеводной фракций не претерпела существенных изменений, полученные данные по реологическим характеристикам могут свидетельствовать о нарушении стабильности белковой системы. При этом титруемая кислотность возросла очень незначительно, оставаясь в пределах нормы, а разница между образцами А и А1, Б и Б1 составляла не более 1°Т. Можно предположить, что на трансформацию структуры объектов исследований оказали влияние изменения в распределении солей, в большей степени выраженные в образцах, подвергнутых высокотемпературному воздействию.

В таблице 1 представлены экспериментально значимые показатели белкового и минерального составов объектов исследования А и Б, а также средние и пограничные параметры для коровьего молока, приведенные в различных источниках [5, 6].

Результаты повторных измерений в пробах А, А1, Б, Б1 по окончании хранения не отличались от представленных в таблице 1 данных, полученные значения находились в пределах погрешностей методов.

Известно, что примерно по 22% кальция и фосфора связано с казеиновой фракцией [4, 5], а фосфаты и цитраты натрия и калия присутствуют в составе буферной системы молока, обеспечивая благоприятные условия для распределения солей кальция и магния, слаборастворимых в воде. От растворения кальциевых и магниевых солей в свою очередь зависит количество ионизированного кальция, влияющего на дисперсность и устойчивость казеиновых мицелл [5]. Однако при слишком высоких концентрациях ионов кальция солевое равновесие также может нарушаться, приводя к потере стабильности белков. Из представленных в таблице 1 данных видно, что массовые доли минеральных ве- ществ объектов исследования и их соотношения соответствовали стандартным диапазонам, за исключением пониженного содержания K и Na в пробах Б(Б1). Образцы А(А1) по сравнению с Б(Б1) отличались более высоким содержанием калия (на 18%) и натрия (на 20%). Как следствие, в пробах Б(Б1) меньшее ко- личество солей натрия и калия приходилось на кальций, содержание которого в Б(Б1) выше на 25%, чем в А(А1), что в совокупности могло способствовать снижению стабильности мицелл казеина в Б и Б1 в сравнении с А и А1. При этом в образцах А(А1) отмечено на 18% меньшее соотношение кальций : фосфор, что свидетельствует о повышенном содержании фосфора по отношению к кальцию, чем в Б(Б1), и подтверждает более устойчивую структурную организацию мицелл казеина А, показавшего минимальные из всех объектов исследования реологические изменения в хранении. Принимая во внимание, что растворимость фосфата кальция (в отличие от большинства соединений) снижается  с повышением температуры, а нагревание, в особенности концентрирован- ных систем, способствует осаждению некоторого количества фосфата кальция и последующее охлаждение не приводит к полной обратимости сдвигов ионного баланса, кратковременное воздействие повышенных температур на концентрированную молочную систему также могло инициировать негативную трансформацию белковой фазы в образцах А1 и Б1.

Заключение. 

Результаты проведенного эксперимента подтверждают, что концентрирование молока, в особенности для производства продуктов с промежуточной влажностью с пролонгированным сроком годности или для их транспортирования в регионы с жарким климатом, требует осуществления особого контроля минерального состава сырья для поддержания солевого баланса с целью сохранения текучей консистенции и предупреждения нежелательного загустевания. Современные аналитические методы позволяют проводить своевременную оценку количественного содержания минеральных веществ в молоке и при необходимости осуществлять корректировку и восстановление солевого равновесия путем добавления солей-стабилизаторов [2, 7, 8]. В нормативной документации предусмотрено использование в этом качестве фосфатов и цит- ратов натрия и калия, композиции которых, оптимальные концентрации и способы внесения необходимо подбирать с учетом минерального состава используемого сырья и его возможных изменений в зависимости от сезонов года и условий производства.