СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТАГАТОЗОСОДЕРЖАЩЕЙ ДОБАВКИ ПОДСЛАСТИТЕЛЯ ИЗ МОЛОЧНОЙ СЫВОРОТКИ
METHOD FOR PRODUCTION OF TAGATOSE CONTAINING SWEETENER ADDITIVE OF MILK WHEY

Изобретение относится к пищевой, в частности молочной, промышленности и может быть использовано в качестве новой вкусоформирующей добавки подсластителя для производства низкокалорийных молокосодержащих функциональных продуктов (безалкогольных напитков, мороженого, пудингов, желе, муссов и т.д.).
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°С 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 относительно низкий коэффициент сладости продукта - 0,60-0,65 ед. SES, нарушение нативных свойств сывороточных компонентов и невысокую пищевую ценность из-за применения сгущения выпариванием, кристаллизацию сахаров, высокие технологические и энергетические затраты.
Техническая задача изобретения заключается в разработке способа получения тагатозосодержащей добавки подсластителя из молочной сыворотки, позволяющего повысить коэффициент сладости и пищевую ценность продукта, сохранить нативные свойства сывороточных компонентов, не допустить кристаллизацию сахаров, а также сократить технологические и энергетические затраты.
Для решения технической задачи изобретения предложен способ производства тагатозосодержащей добавки подсластителя из молочной сыворотки, характеризующийся тем, что готовят ультрафильтрат подсырной или творожной сыворотки, охлаждают его до температуры 35-37°С, ультрафильтрат творожной сыворотки подщелачивают двууглекислым натрием до значения рН 6,0-6,5, после чего в течение 6-8 ч проводят ферментативный гидролиз лактозы путем внесения β-галактозидазы Lactozym 3000L HP-G в количестве 0,7-0,9 мл на 1 л ультрафильтрата, в результате чего образуется эквимолярная смесь моноз D-галактозы и D-глюкозы, затем для изомеризации D-галактозы в D-тагатозу и D-глюкозы в D-фруктозу в гидролизованный ультрафильтрат добавляют 25%-ный раствор гидроксида кальция в количестве 25 мл/л гидролизованного ультрафильтрата и катализатор хлорид кальция в количестве 1 г/л гидролизованного ультрафильтрата, перемешивают и выдерживают в течение 2 ч при 25°С, после чего через полученную смесь пропускают углекислый газ, образовавшийся нерастворимый осадок карбоната кальция удаляют центрифугированием, полученный фильтрат деионизируют при помощи катионообменной смолы, концентрируют на обратноосмотической установке до массовой доли сухих веществ 20-22% и направляют на хранение.
Технический результат изобретения заключается в повышении коэффициента сладости, в отсутствии кристаллизации сахаров за счет получения сахаров D-тагатозы и D-фруктозы, в повышении пищевой ценности продукта за счет применения обратноосмотического концентрирования, а также в упрощении способа и уменьшении технологических и энергетических затрат.
Способ получения тагатозосодержащей добавки подсластителя из молочной сыворотки осуществляют следующим образом.
Осуществляют предварительную обработку молочной сыворотки (подсырной и творожной) перед ультрафильтрацией: проводят осветление, т.е. отделяют остатки жира и казеина и пастеризуют с целью подавления активности заквасочных культур. Для этого молочную сыворотку сепарируют, предварительно подогрев в пластинчатом подогревателе до температуры 40±5°С, пастеризуют при температуре 72±2°С, выдерживают при этой температуре 15-20 с, охлаждают до температуры 45-50°С 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°С и подщелачивают его двууглекислым натрием до значения рН 6,0-6,5, если в качестве исходного сырья используется творожная сыворотка, затем направляют в емкости с теплообменной рубашкой для проведения ферментативного гидролиза в присутствии β-галактозидазы Lactozym 3000L HP-G при следующих условиях: продолжительность гидролиза - 6-8 ч; количество вносимого фермента - 0,7-0,9 мл/л ультрафильтрата. В результате гидролиза лактозы образуется эквимолярная смесь моноз: D-глюкозы и D-галактозы. Эффективность протекания гидролиза лактозы контролируют методом тонкослойной хроматографии (пластины Silufol, растворитель - смесь пропанола-2, ацетона и молочной кислоты).
Изомеризацию D-галактозы в D-тагатозу и D-глюкозы в D-фруктозу осуществляют в присутствии 25%-ного раствора гидроксида кальция, взятого в количестве 25 мл/л гидролизованного ультрафильтрата и катализатора хлорида кальция в количестве 1 г/л гидролизованного ультрафильтрата в течение 2 ч при 25°С. В результате реакции образуется нерастворимый промежуточный комплекс, затем реакционную смесь нейтрализуют пропусканием углекислого газа. Образовавшийся нерастворимый осадок карбоната кальция отделяют от смеси углеводов центрифугированием. Эффективность протекания реакции изомеризации контролируют также методом тонкослойной хроматографии. 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 ЭРО-ЭГ-3/400, селективность которого составляет 95% по NaCl. Полученную тагатозосодержащую добавку подсластителя направляют на хранение.
Способ получения получения тагатозосодержащей добавки подсластителя 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 74°С с выдержкой 15 с, охлаждают до температуры 45°С и подвергают ультрафильтрации. Далее полученный ультрафильтрат охлаждают до 37°С и направляют в емкости с теплообменной рубашкой для проведения ферментативного гидролиза в присутствии β-галактозидазы Lactozym 3000L HP-G при следующих условиях: продолжительность гидролиза - 8 ч, количество вносимого фермента - 0,8 мл/л ультрафильтрата. В результате гидролиза лактозы образуется эквимолярная смесь моноз: 45% D-глюкозы и 45% D-галактозы. Изомеризацию D-галактозы в D-тагатозу и D-глюкозы в D-фруктозу осуществляют в присутствии 25%-ного раствора гидроксида кальция, взятого в количестве 25 мл/л гидролизованного ультрафильтрата и катализатора хлорида кальция в количестве 1 г/л продукта в течение 2 ч при 25°С, образуется нерастворимый промежуточный комплекс. Затем реакционную смесь нейтрализуют пропусканием углекислого газа до значения рН 6,7. Образовавшийся нерастворимый осадок карбоната кальция отделяют от смеси углеводов центрифугированием при частоте вращения 6000 об/мин в течение 20 мин. Полученный фильтрат деионизируют, применяя ионообменную смолу КУ-23 и концентрируют до массовой доли сухих веществ 22% на обратноосмотической установке. Выход готового продукта - 17,5 кг. Готовый продукт анализируют: определяют органолептические показатели, физико-химические показатели, пищевую ценность. Данные анализа представлены в табл.1, 2.
Пример 2
Творожную сыворотку, с массовой долей сухих веществ 6,5%, кислотностью 65°Т в количестве 200 л сепарируют, пастеризуют при температуре 72°С с выдержкой 20 с, охлаждают до температуры 45°С и подвергают ультрафильтрации, ультрафильтрат охлаждают до 35°С и подщелачивают его двууглекислым натрием до значения рН 6,5 и направляют в емкости с теплообменной рубашкой для проведения ферментативного гидролиза в присутствии β-галактозидазы Lactozym 3000L HP-G при следующих условиях: продолжительность гидролиза - 6 ч, количество вносимого фермента - 0,9 мл/л ультрафильтрата. В результате гидролиза лактозы образуется эквимолярная смесь моноз: 40% D-глюкозы и 40% D-галактозы. Изомеризацию D-галактозы в D-тагатозу и D-глюкозы в D-фруктозу осуществляют в присутствии 25%-ного раствора гидроксида кальция, взятого в количестве 25 мл/л гидролизованного ультрафильтрата и катализатора хлорида кальция в количестве 1 г/л гидролизованного ультрафильтрата в течение 2 ч при 25°С, образуется нерастворимый промежуточный комплекс. Затем реакционную смесь нейтрализуют пропусканием углекислого газа до значения рН 5,5. Образовавшийся нерастворимый осадок карбоната кальция отделяют от смеси углеводов центрифугированием при частоте вращения 6000 об/мин в течение 20 мин. Полученный фильтрат деионизируют, применяя ионообменную смолу КУ-23 и концентрируют до массовой доли сухих веществ 20% на обратноосмотической установке. Выход готового продукта - 36 кг. Готовый продукт анализируют: определяют органолептические показатели, физико-химические показатели, пищевую ценность. Данные анализа представлены в табл.1, 2.
Основные характеристики готового продукта - тагатозосодержащей добавки подсластителя по предлагаемой технологии показаны в табл.1, 2.
Кроме того, за счет содержания D-тагатозы и D-фруктозы вкусоформирующая добавка подсластителя имеет низкую калорийность - 30-32 ккал/100 г, усиливает вкус и аромат готовых продуктов, не кристаллизуется, обладает высоким коэффициентом сладости 0,8-1,1, а также оказывает пребиотическое действие (способствует избирательному стимулированию роста бифидобактерий и лактобацилл в кишечнике человека).
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 тагатозы, %
-
6,93
6,16
Массовая доля фруктозы, %
-
4,35
4,54
Массовая доля маннозы, %
-
1,25
1,62
Массовая доля лактозы, %
12
1,63
3,24
Массовая доля глюкозы, %
6
1,69
1,15
Массовая доля галактозы, %
6
0,36
0,32
Кислотность, °Т
450-650
20-22
140-150
Коэффициент сладости, ед. SES
0,60-0,65
0,9-1,1
0,80-0,85
Таблица 2
Компонент
Суточная потребность, г
Пищевая ценность, % удовлетворения суточной потребности человека за счет 100 г продукта
Белки
85,00
0,80
Углеводы
50
87,50
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
B<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 3000 L HP-G в количестве 0,7-0,9 мл/л ультрафильтрата сыворотки, при температуре 35-37°С, рН 6,0-6,5 в течение 6-8 ч.
При внесении меньшего количества фермента (менее 0,7 мл/л ультрафильтрата) эффективность процесса гидролиза снижается, а внесение большего количества фермента (более 0,9 мл/л ультрафильтрата) экономически нецелесообразно. Температура гидролиза 35-37°С и рН 6,0-6,7 выбраны с учетом максимальной активности фермента в данных диапазонах. При проведении процесса изомеризации внесением 25%-ного раствора гидроксида кальция в количестве менее 25 мл/л гидролизованного ультрафильтрата и катализатора хлорида кальция в количестве менее 1 г/л гидролизованного ультрафильтрата не достигается полнота изомеризации.
Способ получения тагатозосодержащей добавки подсластителя из молочной сыворотки по сравнению с прототипом позволяет:
- повысить коэффициент сладости продукта;
- улучшить консистенцию продукта за счет отсутствия кристаллизации сахаров;
- сохранить нативные свойства компонентов полученной вкусоформирующей добавки за счет применения обратноосмотического концентрирования;
- повысить пищевую ценность продукта;
- сократить энергозатраты на производство.