СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФУКОЗОСОДЕРЖАЩЕЙ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ДОБАВКИ ИЗ МОЛОЧНОЙ СЫВОРОТКИ
METHOD FOR PRODUCTION OF FUCOSE-CONTAINING FUNCTIONAL ADDITIVE OF MILK WHEY

Изобретение относится к пищевой и фармацевтической промышленности и может быть использовано в молочной промышленности для производства низкокалорийных молокосодержащих функциональных продуктов (безалкогольных напитков, мороженого, пудингов, желе, муссов и т.д.) и в фармацевтической промышленности при производстве БАДов в качестве новой бифидогенной добавки.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения сгущенной гидролизованной сыворотки [Храмцов, А.Г. Технология продуктов из молочной сыворотки [Текст]. / А.Г.Храмцов, П.Г.Нестеренко. - М.: ДеЛи принт, 2004. - 592 с.], предусматривающий сепарирование молочной сыворотки, ее пастеризацию при температуре 72°C с выдержкой 15 с, охлаждение до 30-32°С и подщелачивание двууглекислым натрием или динатрийфосфатом до рН 6,4-7,2, ферментативный гидролиз лактозы молочной сыворотки β-галактозидазой грибного или дрожжевого происхождения в течение 2-2,5 ч, нагревание ферментированной сыворотки до 55-65°С и сгущение.
К недостаткам способа следует отнести невысокую пищевую ценность готового продукта вследствие применения сгущения выпариванием, в результате которого нарушаются нативные свойства сывороточных компонентов, относительно низкий уровень бифидогенной активности, высокие технологические и энергетические затраты.
Техническая задача изобретения заключается в разработке способа получения фукозосодержащей функциональной добавки из молочной сыворотки, позволяющего повысить пищевую ценность продукта, повысить бифидогенную активность, снизить технологические и энергетические затраты, получить готовый продукт профилактической направленности.
Для решения технической задачи изобретения предложен способ получения фукозосодержащей функциональной добавки из молочной сыворотки, характеризующийся тем, что готовят ультрафильтрат подсырной или творожной сыворотки, охлаждают его до температуры 35-37°C, подщелачивают двууглекислым натрием до значения рН 6,0-6,5, полученный фильтрат деионизируют, пропуская его через катионообменную смолу, и концентрируют до массовой доли сухих веществ 20-22% на обратноосмотической установке при рабочем давлении 5 МПа с использованием рулонного фильтрующего элемента, затем в течение 6-8 ч проводят ферментативный гидролиз лактозы путем внесения β-галактозидазы Lactozym 6500L в количестве 0,6-0,8 мл на 1 л концентрата, в результате чего в гидролизованном концентрате образуется эквимолярная смесь моноз, содержащая 45% D-галактозы и 45% D-глюкозы, затем в него вносят тозилгидразид в этиловом спирте таким образом, чтобы на 1 л гидролизованного концентрата приходилось 7,8 г тозилгидразида в этиловом спирте, в результате чего образуется тозилгидразон-D-галактоза, которую восстанавливают натрий боргидридом, взятым в количестве 1,6 г на 1 л гидролизованного концентрата, до первичного спирта фуцитола, при этом тозилгидразид, выпавший в осадок, отфильтровывают, оставшийся в фильтрате фуцитол для получения фукозы подвергают ферментативной обработке флавинадениндинуклеотидом (ФАДом), взятым в количестве 0,3 г/л фильтрата при температуре 37°С, рН 7,0, в течение 25-30 минут, в результате чего получают фукозу.
Технический результат изобретения заключается в повышении пищевой ценности и бифидогенной активности продукта, в снижении технологических затрат за счет обеспечения замкнутого цикла производства на предприятиях отрасли.
Фукозосодержащая добавка оказывает позитивное воздействие на состав и функцию кишечной микробиоматерии посредством избирательной стимуляции роста бифидобактерий и лактобацилл. L-фукоза - минорный углевод, входящий в состав добавки, играет важную роль в формировании иммунной толерантности и в подавлении аллергических реакций, участвует в процессе дифференциации костной и хрящевой тканей, поддержании ее упругости и эластичности.
Способ получения фукозосодержащей добавки из молочной сыворотки осуществляют следующим образом.
Перед ультрафильтрацией осуществляют предварительную обработку молочной сыворотки (подсырной или творожной): проводят осветление, т.е. отделяют остатки жира и казеина, затем ее пастеризуют с целью подавления активности заквасочных культур. Для этого молочную сыворотку сепарируют, предварительно подогрев ее в пластинчатом подогревателе до температуры 40±5°C, пастеризуют при температуре 72±2°C, выдерживают при этой температуре 15-20 с, охлаждают до температуры 45-50°C и направляют на ультрафильтрационную установку. Ультрафильтрацию молочной сыворотки проводят при рабочем давлении 0,5 МПа с использованием полисульфонамидных мембран типа УПМ-450С, селективность которых составляет 90% по белку и 8% по лактозе. Ультрафильтрат молочной сыворотки охлаждают до 35-37°C и подщелачивают его двууглекислым натрием до значения рН 6,0-6,5.
Полученный фильтрат деионизируют, пропуская его через катионообменную смолу и концентрируют до массовой доли сухих веществ 20-22% на обратноосмотической установке при рабочем давлении 5 МПа с использованием рулонного фильтрующего элемента, затем в течение 6-8 ч проводят ферментативный гидролиз лактозы путем внесения β-галактозидазы Lactozym 6500L в количестве 0,6-0,8 мл на 1 л концентрата, в результате чего в гидролизованном концентрате образуется эквимолярная смесь моноз, содержащая 45% D-галактозы и 45% D-глюкозы. Полноту протекания гидролиза лактозы контролируют методом тонкослойной хроматографии (пластины Silufol, растворитель - смесь пропанола-2, ацетона и молочной кислоты). Затем в гидролизованный концентрат вносят тозилгидразид в этиловом спирте таким образом, чтобы на 1 л гидролизованного концентрата приходилось 7,8 г тозилгидразида в этиловом спирте, в результате чего образуется тозилгидразон-D-галактоза, которую восстанавливают натрий боргидридом, взятым в количестве 1,6 г на 1 л гидролизованного концентрата до первичного спирта фуцитола, при этом тозилгидразид, выпавший в осадок, отфильтровывают, оставшийся в фильтрате фуцитол для получения фукозы подвергают ферментативной обработке флавинадениндинуклеотидом (ФАДом), взятым в количестве 0,3 г/л фильтрата при температуре 37°С, рН 7,0 в течение 25-30 минут, в результате чего получают фукозу.
Способ получения получения фукозосодержащей добавки из молочной сыворотки поясняется следующими примерами:
Пример 1
Подсырную сыворотку, полученную при производстве российского сыра, с массовой долей сухих веществ 6,2%, кислотностью 14°Т в количестве 100 л сепарируют, пастеризуют при температуре 75°C с выдержкой 15 с, охлаждают до температуры 45°C и подвергают ультрафильтрации. Полученный фильтрат деионизируют, пропуская его через катионообменную смолу, и концентрируют до массовой доли сухих веществ 20-22% на обратноосмотической установке. Далее полученный концентрат направляют в емкости с теплообменной рубашкой для проведения ферментативного гидролиза в присутствии β-галактозидазы Lactozym 6500L при следующих условиях: продолжительность гидролиза - 8 ч, количество вносимого фермента - 0,8 мл/л ультрафильтрата. В результате гидролиза лактозы образуется эквимолярная смесь моноз: 7,5 г/л D-глюкозы и 7,5 г/л D-галактозы, с которой D-галактоза, взятая в количестве 7,5 г/л гидролизованного концентрата, взаимодействует с 7,8 г тозилгидразида в этиловом спирте, с образованием тозилгидразон-D-галактозы, после чего его восстанавливают 1,6 г натрий боргидрида до первичного спирта фуцитола. Тозилгидразид, выпавший в осадок, отфильтровывают, в оставшийся фильтрат вносят ФАД в количестве 0,3 г/л, в результате чего получается фукоза. Содержание фукозы в готовом продукте - 6,89 г/л.
Готовый продукт анализируют: определяют органолептические показатели, физико-химические показатели, пищевую ценность. Данные анализа представлены в табл.1, 2.
Пример 2
Подсырную сыворотку с массовой долей сухих веществ 5%, кислотностью 65°Т в количестве 200 л сепарируют, пастеризуют при температуре 75°C с выдержкой 20 с, охлаждают до температуры 45°C и подвергают ультрафильтрации, ультрафильтрат охлаждают до 35°C и подщелачивают его двууглекислым натрием до значения рН 6,5 и концентрируют на обратноосмотической установке до массовой доли сухих веществ 20%, после чего направляют в емкости с теплообменной рубашкой для проведения ферментативного гидролиза в присутствии β-галактозидазы Lactozym 6500 L при следующих условиях: продолжительность гидролиза - 6 ч, количество вносимого фермента - 0,6 мл/л концентрата. В результате гидролиза лактозы образуется эквимолярная смесь моноз: 6,72 г/л D-глюкозы и 6,72 г/л D-галактозы, с которой D-галактоза, взятая в количестве 6,72 г /л гидролизованного концентрата, взаимодействует с 6,8 г тозилгидразида в этиловом спирте, с образованием тозилгидразон-D-галактозы, после чего его восстанавливают 1,4 г натрий боргидридом до первичного спирта фуцитола. Тозилгидразид, выпавший в осадок, отфильтровывают, в оставшийся фильтрат вносят ФАД в количестве 0,3 г/л, в результате чего образуется фукоза. Содержание фукозы в готовом продукте - 6,01 г/л.
Готовый продукт анализируют: определяют органолептические показатели, физико-химические показатели, пищевую ценность. Данные анализа представлены в табл.1, 2.
Таблица 1
Технологические показатели
Органолептические и физико-химические показатели по примерам
Прототип
1
2
Органолептические показатели
Вкус и запах
Чистый сывороточный, с кисло-сладким послевкусием
Чистый, сладкий
Чистый сывороточный с кисло-сладким послевкусием
Консистенция
Однородная текучая жидкость
Однородная текучая жидкость
Однородная текучая жидкость
Цвет
Светло-желтый с зеленоватым оттенком, однородный
Светло-желтый с зеленоватым оттенком, однородный
Светло-желтый с зеленоватым оттенком, однородный
Физико-химические показатели
Массовая доля сухих веществ, %
40
22
20
Массовая доля фукозы, %
-
6,89
6,01
Массовая доля маннозы, %
-
1,95
2,01
Массовая доля лактозы, %
12
1,8
3,36
Массовая доля глюкозы, %
6
7,5
6,6
Массовая доля галактозы, %
6
0,6
1,4
Кислотность, °Т
450-650
20-22
140-150
Бифидогенная активность, КОЕ/ см<sup>3</sup>
10<sup>6</sup>-10<sup>7</sup>
10<sup>9</sup>-10<sup>10</sup>
10<sup>7</sup>-10<sup>8</sup>
Таблица 2
Компонент
Суточная потребность, г
Массовая доля, мг%
Макроэлементы:
кальций
0,80
22,50
натрий
0,88
17,04
калий
2,50
17,20
магний
0,40
7,50
фосфор
1,20
14,16
Микроэлементы:
железо
0,014
2,85
медь
0,002
10,00
Витамины:
B<sub>1</sub>
1,7·10<sup>-3</sup>
5,80
В<sub>2</sub>
2,0·10<sup>-3</sup>
20,00
РР
19,0·10<sup>-3</sup>
2,10
С
70,0·10<sup>-3</sup>
2,80
Как видно из табл.1,2, положительный эффект по предлагаемому способу достигается при проведении ферментного гидролиза препаратом Lactozym 6500 L HP-G в количестве 0,6-0,8 мл/л ультрафильтрата сыворотки, при температуре 35-37°C, рН 6,0-6,5 в течение 6-8 ч, при этом получена фукозосодержащая функциональная добавка из молочной сыворотки, позволяющая повысить пищевую ценность продукта и бифидогенную активность, снизить технологические и энергетические затраты, получить готовый продукт профилактической направленности.
При внесении меньшего количества фермента (менее 0,6 мл/л ультрафильтрата) эффективность процесса гидролиза снижается, а внесение большего количества фермента (более 0,8 мл/л ультрафильтрата) экономически нецелесообразно. Температура гидролиза 35-37°C и рН 6,0-6,7 выбраны с учетом максимальной активности фермента в данных диапазонах.
Оптимальные условия для перехода фуцитола в фукозу достигаются внесением 0,3 г/л фермента флавинадениндинуклеотида (ФАД). При внесении меньшего количества флавинадениндинуклеотида (менее 0,3 г/л ультрафильтрата) эффективность процесса ферментативного превращения снижается, а внесение большего количества флавинадениндинуклеотида (более 0,3 г/л ультрафильтрата) экономически нецелесообразно.
Способ получения фукозосодержащей функциональной добавки из молочной сыворотки по сравнению с прототипом позволяет:
- повысить пищевую ценность продукта;
- сохранить нативные свойства компонентов полученной функциональной добавки за счет применения обратноосмотического концентрирования
- обеспечить профилактическую направленность за счет повышения бифидогенных свойств продукта;
- повысить потенциал иммунной модуляции;
- сократить энергетические затраты на производство.