Напитки молочные пастеризованные с повышенным содержанием белка

При обогащении молочных продуктов белком преимущество отдают сывороточным белкам, которые считаются незаменимыми в питании спортсменов и людей, ведущих активный образ жизни. Высокая усвояемость сывороточных белков позволяет компенсировать дефицит незаменимых аминокислот, регулировать липидный обмен в организме.

Продукты, обогащенные сывороточным белком, способствуют повышению содержания в организме человека основного антиоксиданта – глутатиона, стимулирующего иммунную активность организма человека для профилактики ряда заболеваний, в том числе онкологических [1]. Медико-биологические исследования разработанного нами десерта МаRine с повышенным содержанием сывороточных белков подтверждают, что введение его в рацион опытных животных увеличивает концентрацию глутатиона и антиокислительную активность сыворотки крови, повышая суммарную антиоксидантную защиту организма [2].

Известно, что отдельные фракции сывороточных белков выполняют различные биологические функции. Так, бета-лактоглобулин, составляющий 50 % от общего количества сывороточных белков, является одним из лучших источников незаменимых аминокислот с разветвленной цепочкой (как и альфа-лактальбумин) и переносчиком жирорастворимых витаминов в кишечник. Альфа-лактальбумин с высоким уровнем триптофана снижает восприимчивость к стрессу, проявляет противораковую активность. Иммуноглобулины сывороточных белков нейтрализуют вредное действие чужеродных белков. Лактоферрин обладает антибактериальной, иммуномоделирующей, противораковой активностью, способностью связывать железо и удерживать его даже при достаточно жестких физиологических условиях [1, 3].

Анализ полезных свойств сывороточных белков подтверждает целесообразность обогащения ими молочных продуктов.

Ранее нами разработаны напитки с массовой долей белка (м. д. б.) 4,9–5 % на основе СОМ и сухой подсырной сыворотки [4]. Введение в рецептуру функциональных биологически активных пищевых ингредиентов в сочетании с сывороткой обогатило напитки минеральными веществами, незаменимыми аминокислотами, витаминами группы В, водорастворимыми антиоксидантами. В белковой фракции напитков преобладал казеиновый белок, что особенно важно для растущего детского организма, а также для пациентов в послеоперационный период. Содержание углеводов в напитках составляло 11,4–11,7 %, в том числе лактозы – 8–8,4 %.

В целях увеличения массовой доли сывороточных белков в рецептуру напитков вместо сухой подсырной сыворотки вводили концентрат сывороточного белка (КСБ) «Лактомин 80» производства Германии с м. д. б. (78,7±0,8) %, массовой долей жира (м. д. ж.) (4±0,5) %, массовой долей углеводов (м. д. у.) (4,7±1,0) % и титруемой кислотностью (17,7±1,5) %. Молочную основу напитков составляло СОМ в количестве 12,6 %. Сухие молочные компоненты – КСБ (2 %) и СОМ восстанавливали в нативной подсырной сыворотке, при этом соотношение казеин/сывороточные белки было примерно одинаковым (1:1), а содержание лактозы составляло 8–8,6 %.

Кроме фруктозо-глюкозного сиропа (ФГС), сахара, корицы, ореха или какао, в рецептуру напитков вводили инулин и глицин. Активная кислотность напитков соответствовала значениям 5,94–6,04; титруемая кислотность составляла 47–59 °Т. Окислительно-восстановительный потенциал Eh = 197,2–202,5 мВ. Ввиду преобладания сывороточных белков в напитке пастеризацию проводили при температуре (70±2) °С с выдержкой 15 мин. В результате высокой буферной емкости коагуляции белков не происходило.

Напитки имели насыщенный приятный вкус с легким ароматом наполнителей. Восстановление СОМ и КСБ в нативной подсырной сыворотке в комплексе со всеми пищевыми добавками увеличило массовую долю белка с 3 до 6,6–6,7 %. За счет нативной сыворотки напитки значительно обогатились макро- и микроэлементами, витаминами группы B.

Так, доля минеральных веществ от суточной нормы физиологической потребности в 250 г напитков составляет, %: по Ca – 55,8; P – 37–40; K – 27–28; Na – 20,5; Mg – 14–17. По витамину B2 суточная норма физиологической потребности удовлетворяется на 44–45 %; по витамину B1 – на 10–10,5 %. Соотношение остеотропных элементов в напитках Ca:P соответствует значениям 1,7–1,9:1. Меньшее содержание фосфора относительно кальция предопределяет возможность оптимального воздействия напитка на структуру костной ткани у людей с различными патологиями [5].

Результаты исследований физико-химических показателей напитка с орехом в процессе хранения показаны в табл. 1. Из данных таблицы следует, что на протяжении 22 сут хранения титруемая кислотность оставалась примерно на одном уровне. Напиток сохранял первоначальные органолептические свойства: цвет кофе с молоком; запах и вкус корицы с орехом, консистенцию питьевого молока, что обусловлено высокой буферной емкостью. На 31-е сут активная кислотность резко снизилась с 6,17 до 5,0, а титруемая возросла до 100 °Т. При этом консистенция приобрела гелеобразную структуру. 

Антиоксидантная активность (суммарное содержание водорастворимых антиоксидантов), превышающая в 2,4 раза АОА питьевого молока, сохранялась на высоком уровне на протяжении всего периода хранения продукта. Очевидно, что при pH <6,3 начинается коагуляция сывороточных белков, что приводит в конечном итоге к образованию гелеобразной структуры.

В целях повышения исходной активной кислотности напитка часть сыворотки (39,16 %) была заменена водой при остаточном количестве сыворотки 42 %. Исследования напитков пастеризованных показали, что в процессе хранения на 14–15-е сут их консистенция приобретает гелеобразную структуру. Напитки молочные такого состава с массовой долей белка 6 % и более, где СОМ и КСБ восстановлены в нативной сыворотке или с частичной заменой ее водой, могут храниться не более 7–10 сут.

Исследования буферной емкости молочных композиций с различным содержанием сывороточных белков показали, что с увеличением их концентрации буферная емкость по кислоте и щелочи возрастает (табл. 2). 

При концентрации сывороточных белков 3,17 г активная кислотность молочной смеси из СОМ, КСБ и нативной сыворотки соответствует 6,14 ед. pH. При этом смесь не выдерживает высокотемпературную обработку – (87±2) °С.

Для увеличения активной кислотности молочной смеси содержание КСБ было снижено с 2 до 1,5 %, а часть нативной сыворотки замещена питьевой водой. Восстановленная и пропастеризованная при (87±2) °С молочная смесь в совокупности с ПД имела активную кислотность, соответствующую 6,35 ед. pH, титруемую кислотность 37 °Т. На 7-е сут хранения pH напитка соответствовал значению 6,44. При этом консистенция была однородной, жидкой. На 14-е сут pH снизился до 6,14, кислотность возросла до 53 °Т, консистенция приобрела гелеобразную структуру.

Известно, что тепловая обработка повышает содержание отдельных фракций казеина, что обусловлено агломерацией между казеинами и сывороточными белками.

Подавляющее большинство исследователей считает наиболее чувствительным к нагреванию бета-лактоглобулин. По мнению А.И. Овчинникова, денатурация бета-лактоглобулина проходит в две стадии: первая протекает при 65–73 °С и сопровождается изменением нативной конформации белковых молекул; вторая является коагуляцией и заканчивается при температуре 80 °С [6]. Денатурирование при нагревании сопровождается тем, что сывороточные белки, в основном бета-лактоглобулин, образуют с разновидностями к-казеина комплексные соединения.

Структура белковых агрегатов, выделенных нами из различных молочных композиций, показана на рисунке. Белки восстановленного в воде сухого обезжиренного молока характеризуются наличием отдельных округлых частиц различного размера, которые при слиянии образуют крупные агломераты. Структура обогащенных молочных белков характеризуется однородной слоистой структурой с наличием более мелких частиц шарообразной формы.

При восстановлении сухого обезжиренного молока и концентрата сывороточных белков в нативной подсырной сыворотке выделенные белковые агрегаты характеризуются наличием большего количества мелких частиц, равномерно распределенных по всей поверхности. Одновременно в общей массе присутствуют и более крупные частицы овальной неправильной формы. Очевидно, что при восстановлении сухих компонентов (СОМ и КСБ) в воде и молочной сыворотке происходят различные процессы набухания белков и процессы взаимодействия между белками. В результате продукт с нативной сывороткой и КСБ на 14–15-е сут хранения приобретает гелеобразную структуру. Активная кислотность его резко снижается.

Согласно литературным данным [1], растворы КСБ образуют гели при концентрации белка больше 8–10 % (температура пастеризации – 80–85 °С и выше) и активной кислотности менее 6,5 ед. pH.

Показано [7], что именно бета-лактоглобулин и альфа-лактальбумин особенно чувствительны к температурному воздействию и отвечают за желирующие и поверхностно-активные свойства сывороточных белковых ингредиентов.

По другим источникам [8], бета-лактоглобулин денатурирует при нагревании, теряя свою вторичную структуру, и, как следствие, может агрегировать с образованием полимерной сети. В зарубежной практике используют два вида пастеризации: при низкой температуре (63 °С) с выдержкой 30 мин и при высокой температуре (72 °С) с выдержкой 15 с [9].

В работе отечественных ученых [10] термообработку напитка молочного с содержанием КСБ 3,5 % проводили при температуре 85 °С с выдержкой 5 мин. При этом в рецептуру напитка, кроме какао, сахара, инулина, ароматизаторов, был введен каррагинан (0,01 %), выполняющий роль эмульгатора и стабилизатора.

По данным Э.С. Токаева с соавторами [1], чувствительность к тепловой денатурации в большей степени зависит от pH раствора. Согласно их сведениям, наиболее чувствительны к тепловой обработке белки при pH 5,8–6,2, что согласуется с результатами наших исследований, и pH 4,6. Минимум чувствительности они проявляют при pH выше 6,5.

В связи с этим в рецептуру разрабатываемых напитков мы внесли регулятор кислотности. Содержание КСБ было снижено до 0,5 %. Восстановление СОМ (12,6 %) и КСБ проводили в водопроводной воде. В качестве регулятора кислотности использовали концентрированную щелочь KOH. Полученную смесь с содержанием белка 4,4 % и массовой долей углеводов 7,4 % (в том числе лактозы 5,4 %) тщательно перемешивали, пастеризовали при температуре (87±2) °С с выдержкой 5 мин. Охлажденную молочную композицию хранили в холодильнике при температуре (4±2) °С. Физико-химические показатели и органолептические свойства композиции показаны в табл. 3. 

Введение гидроокиси калия позволило на протяжении 39 сут сохранить стабильную титруемую кислотность и органолептические свойства молочной композиции при активной кислотности более 6,5 ед. pH.

Напитки на основе СОМ с различными концентрациями КСБ, пищевкусовыми добавками и регулятором кислотности, обеспечивающим pH среды 6,5 и более, сохраняют свои физико-химические и органолептические показатели на протяжении длительногохранения в условиях холодильника при температуре (4±2) °С (табл. 4). 

Напитки молочные пастеризованные, с повышенным содержанием белка, вырабатываемые из нативного молока с различными концентрациями КСБ и регулятором кислотности, сохраняют исходные органолептические показатели, титруемую кислотность от 20 до 23 °Т и активную кислотность от 6,5 до 6,7 ед. pH на протяжении 21 сут хранения и более.

Таким образом, проведенные исследования показали, что при создании молочных напитков, обогащенных концентратами сывороточных белков, необходимо учитывать их высокую способность к гелеобразованию в зависимости от pH среды и температуры пастеризации.

Установлено, что при активной кислотности молочной смеси ниже 6,3 ед. pH и температуре пастеризации (70±2) °С происходит денатурация бета-лактоглобулина, образующего с разновидностями к-казеина комплексные соединения, в результате чего молочная смесь приобретает гелеобразную структуру.

Для предотвращения гелеобразования, сохранения органолептических показателей и поддержания активной кислотности напитков на уровне pH 6,5 и выше рекомендуется введение в рецептуру регулятора кислотности, что позволяет проводить высокотемпературную пастеризацию и увеличивать срок годности продукта.

Литература:

1. Токаев Э.С. Современный опыт и перспективы использования препаратов сывороточных белков в производстве функциональных напитков / Э.С. Токаев, Е.Н. Баженова, Р.Ю. Мироедов // Молочная промышленность. – 2007. – № 10. – С. 55–56.

2. Донская Г.А. Влияние пищевых добавок в составе молочного десерта на антиоксидантную активность биообъектов / Г.А. Донская, В.А. Асафов, Е.А. Андреева // Техника и технология пищевых производств. – 2016. – № 4. – С. 5–9.

3. Бейкер Е.Н. Лактоферрин: свойства и применение / Е.Н. Бейкер, Х.М. Бейкер, Р.Д. Кидд // Молочная промышленность. – 2006. – № 2. – С. 38–39.

4. Донская Г.А. Напитки молочные с повышенным содержанием белка / Г.А. Донская, В.М. Дрожжин // Переработка молока. – 2017. – № 1. – С. 22–25.

5. Спиричев В.Б. Фосфор в рационе современного человека и возможные последствия несбалансированного с Ca потребления / В.Б. Спиричев, Н.В. Белаковский // Вопросы питания. – 1989. – № 1. – С. 4–9.

6. Твердохлеб Г.В. Химия и физика молока и молочных продуктов / Г.В. Твердохлеб, Р.И. Раманаускас. – М.: ДеЛипринт, 2006. – С. 64–65.

7. Damodaran S., Parkin K.L. & Fennema O.R. (2008). Fennema,s Food Chemistry (4 th ed.) / S. Damodaran, K.L. Parkin & O.R. Fennema. – Boca Raton, FL:CRC Press. – 810 p.

8. Fox P.F. Milk: an overview. In «Milk proteins: From expression to food» A. Thompson, M. Boland & H. Singh (eds.), USA: Academic press Elsevier Inc., 2009. – P. 1–44.

9. Ledenbach L.H. & Marshal R.T. Microbiological spoilage of dairy products. Compendium of the Microbiological Spoilage of Foods and Beverages. In « Food Microbiology and Food Safety», M.P. Doyle (ed.). GA, USA: Centre of Food Safety, University of Georgia, 2009. – P. 41–67.

10. Банникова А.В. Инновационный подход к созданию обогащенных молочных продуктов с повышенным содержанием белка / А.В. Банникова, И.А. Евдокимов. – М: ДеЛи плюс, 2015. – 136 с.

Источник: журнал  "Переработка молока". 2018. № 4.