Influence of ultrasound impact on properties of milk proteins
Authors: Маневич Денис Борисович 
Published: March 2022

В статье представлен обзор научных исследований, посвященный изучению влияния ультразвуковой обработки на структурные, физико-химические и эмульгирующие свойства молочных белков с помощью ряда параметров, таких как молекулярный размер белка, его структура и внутренняя вязкость. Выделяются и описываются характерные особенности взаимосвязи между определенной продолжительностью обработки и уровнем воздействующих частот ультразвуковых волн. На основании приведенных исследований было отмечено уменьшение размера белка, связанное с разрушением необработанных мицелл высокими отрывающими силами, возникающими при ультразвуковой кавитации. Описан характер поведения внутримолекулярных частиц молочных белков при соникации путем сравнения различных методов и условий обработки сырья, в частности воздействия ультразвука посредством ультразвуковых ванн и зондирования. При ультразвуковой обработке происходит уменьшение размера и гидродинамического объема белков, в то время как молекулярный вес остается практически неизменным. Несмотря на это, эмульсии, полученные с обработанными ультразвуком белками, имеют размеры капель, такие же как системы на основе необработанных белков. Анализ рассмотренных экспериментальных данных позволил выдвинуть гипотезу, что ультразвуковая обработка не оказывает существенного влияния на скорость разрыва частиц белка, поскольку никаких значительных изменений в межфазном натяжении между необработанными и обработанными ультразвуком белковыми эмульсиями не наблюдалось. Основываясь на рассмотренном материале, можно сделать вывод о том, что ультразвук в широком диапазоне рН повышает среднюю гидрофобность поверхности и увеличивает уровень свободных сульфгидрилов. Также было показано, что молочные белки, обработанные ультразвуком, имеют способность повышать стабильность эмульсий за счет внутримолекулярного взаимодействия и кавитационных импульсов, что частично дискредитирует внесение эмульгаторов и дает возможность производителям двигаться в реализации продуктов с «чистой этикеткой». По итогу проанализированного материала можно сделать заключение, что применение ультразвуковой обработки молочного сырья, в том числе в сочетании с традиционными методами, перспективно с точки зрения интенсификации таких технологических процессов, как пастеризация, гомогенизация и сушка.

The paper presents a review of scientific research devoted to the influence of ultrasound treatment on the structural, physico-chemical and emulsifying properties of milk proteins using several parameters such as protein molecular size, protein structure and intrinsic viscosity. The characteristic features of the relationship between a certain processing duration and the level of exposure frequencies of ultrasonic waves are highlighted and described. Based on the above studies, a decrease in protein size related to destruction of untreated micelles by high tearing forces generated by ultrasonic cavitation has been observed. The behaviour of intramolecular particles of milk proteins during sonication was described by comparing different methods and conditions of raw material processing, in particular the effect of ultrasound through ultrasonic baths and probing. The ultrasonic treatment reduces the size and hydrodynamic volume of the proteins, while the molecular weight remains virtually unchanged. Despite this, emulsions obtained with ultrasound-treated proteins have droplet sizes similar to systems based on untreated proteins. Analysis of the experimental data considered allowed the hypothesis that ultrasound treatment had no significant effect on the rupture rate of protein particles because no significant changes in interfacial tension between untreated and ultrasound-treated protein emulsions were observed. Based on the material reviewed, it can be concluded that ultrasound in a wide pH range increases the average surface hydrophobicity and increases the level of free sulfhydryls. It has also been shown that milk proteins treated with ultrasound have the ability to increase the stability of emulsions through intramolecular interaction and cavitation pulses, which partially discredits the introduction of emulsifiers and enables manufacturers to move towards selling products with a 'clean label'. As a result of the analyzed material, we can conclude that the use of ultrasonic treatment of dairy raw materials, including in combination with traditional methods, is promising in terms of intensification of technological processes such as pasteurization, homogenization and drying.