Влияние термомеханических воздействий на состав и антиоксидантную активность молока

Оборудование для механической обработки молока в КАТАЛОГЕ ПОСТАВЩИКОВ МОЛОЧНОЙ ОТРАСЛИ.

Гомогенизаторы в КАТАЛОГЕ ПОСТАВЩИКОВ МОЛОЧНОЙ ОТРАСЛИ

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, интенсификация биохимических процессов, оказывающих влияние на антиоксидантную систему молока. 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.

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. 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, содержание 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 электрогенерированного 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 небольшими 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, 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 гидрофосфата 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 – АОА (нативного) сырого молока и гомогенизированного молока.

*Температура молока при гомогенизации 38–40 °С.

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

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.

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

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 повышению 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, усиливаются биохимические процессы с образованием компонентов, обладающих антиокислительными 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 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 . 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.

Авторы: Галина Андреевна Донская, Виктор Михайлович Дрожжин

Источник: Вестник КрасГАУ – 2021 - №5 – с. 226-231