Новый регулятор кислотности для пищевой промышленности

УДК 663.051

Новый регулятор кислотности

для пищевой промышленности

Р.В. Уланова, канд. биол. наук, И.К. Кравченко, канд. биол. наук Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН

Молочная сыворотка является пищевым, полноценным, доступным и недорогим сырьем. Она содержит более 50 % сухих веществ молока, в состав которых входят белки, аминокислоты, молочный жир, углеводы, витамины, микроэлементы и др. На территории России ежегодно при переработке молока высвобождается около 2,5 млн т сыворотки. Несмотря на то что молочная сыворотка используется в производстве пищевых и кормовых продуктов, ее значительная часть, около 80 %, сливается в канализацию и представляет угрозу окружающей среде. Загрязняющая способность молочной сыворотки весьма велика. Согласно данным ГНУ ВНИИМ, около 30 % молочных предприятий не имеет очистных сооружений [1].

В задачу исследований входило изучение возможности создания на основе молочной сыворотки продукта, способного заменить традиционно используемые в пищевой промышленности кислоты, что позволит расширить спектр подкислителей и придать им помимо подкисляющих свойств дополнительную биологическую ценность.

Основным препятствием для использования молочной сыворотки является наличие в ней значительного количества плохо усваиваемой организмом лактозы и аллергенных белков молока [2]. Лактозу обычно удаляют ферментативным гидролизом или мембранной фильтрацией, аллергены устраняют приемами, направленными на разрушение белка кислотным и ферментативным гидролизом, действием температуры и гидростатического давления [3, 4]. Все эти способы характеризуются высокой трудоемкостью и дороговизной.

Нами разработан метод глубокой переработки сыворотки, позволяющий устранить перечисленные недостатки путем введения в технологический процесс молочнокислых бак-

терий (МКБ), которые не только активно усваивают лактозу, но и обладают высокой протеолитической активностью. Для микробной трансформации сыворотки была создана

специальная закваска, состоящая из ассоциации Lactobacillus acidophilus, Streptococcus diacetilactis и Str. thermophilus с соотношением плотности культур 4:1:1. Закваска вноси-

I 27.

20

£

10

E

i.i

и.

©

МБКК Эталон ФАО/ВОЗ 2

ол

Ф

Аминокислотный состав протеина микробного белково-кислотного концентрата, полученного на молочной сыворотке: 1 - аминокислоты, входящие в состав белка; 2 - состав незаменимых аминокислот

лась в сыворотку, оставшуюся после получения творога, в количестве 3 % объема. Содержание белка определяли по методу Лоури, аминокислотный состав белка - на аминокислотном анализаторе после предварительного кислотного гидролиза образцов, влажность, содержание сухого вещества, лактозы, липидов -по ГОСТ [5-7].

При получении препаратов с использованием микроорганизмов, первостепенное значение имеет выбор питательной основы: ее состав, безвредность, стоимость и доступность, а также подбор штаммов-продуцентов, способных активно ее перерабатывать. Молочная сыворотка представляет собой безопасную, богатую по составу, дешевую питательную основу для микробной ферментации. Следует также отметить, что применение стоков молочного производства упрощает и удешевляет технологический процесс за счет снижения затрат на расход воды, обычно используемой для приготовления питательных сред, и на компоненты питательного субстрата, что в итоге снижает стоимость конечного продукта.

На основе проведенных исследований, была разработана технологическая схема производства пищевого подкислителя (схема 1), которая включает следующие операции:

1. Подготовка питательной среды. Сыворотку пастеризуют, охлаждают до температуры 37 'С, раскисляют аммиаком водным до рН 5,5-6,5.

2. Получение посевного материала. Обезжиренное молоко засевают чистыми культурами молочнокислых

Характеристика микробного белково-кислотного концентрата

Показатели Норма

Органолептические:

внешний вид Мелкий сухой порошок, иногда имеются комочки.

вкус и запах Кислый, приятный, без посторонних привкусов и

запахов.

цвет Белый, с кремовым оттенком, могут присутствовать

отдельные пожелтевшие крупинки

Физико-химические:

протеин, % 12,0-16,0

лактоза, % -

липиды, % 0,5-0,6

кислотность, оТ, не менее 200-250

влажность, % 6,0-8,0

Микробиологические:

содержание бактерий группы 0

кишечной палочки в 0,1 г

концентрата 0

содержание патогенных

микроорганизмов, в том числе

сальмонеллы, в 25 г концентрата

Схема 2. Кондитерские изделия, полученные с микробным белково-кислотным концентратом

бактерий, входящих в состав закваски, культивируют при оптимальной температуре и используют сквашенный обрат для засева молочной сыворотки.

3. Ферментация. В емкости для ферментации с пастеризованной молочной сывороткой вводят посевной

материал в необходимом количестве, суспензию перемешивают. Ферментацию проводят при 35 'С. В процессе культивирования осуществляют биохимический и микробиологический контроль.

4. Подготовка бактериальной суспензии к высушиванию. Полученную

после ферментации суспензию пастеризуют при температуре 80...90 *С с выдержкой 15 с, охлаждают и подают на сгущение. Сгущенную смесь высушивают на распылительной сушке до влажности 6-7% и расфасовывают.

По разработанному способу в лабораторных и производственных условиях на базе Ташкентского молочного завода, Краснодарского АО «Молоко» и Йошкар-Олинского молочного комбината были наработаны опытные образцы микробного белко-во-кислотного концентрата - МБКК. Выход сухого продукта составлял 2025 кг из 10 т ферментированной молочной сыворотки.

Изучение органолептических и химических показателей продукта показало, что МБКК имеет вид рассыпчатого порошка белого или светло-кремового цвета, без посторонних запахов, с приятным нежным кислым вкусом (таблица). Препарат, хорошо растворим в воде и жировой массе.

Введение в технологию получения регулятора кислотности молочнокислых бактерий позволило осуществить гидролиз лактозы и аллергенных белков, дополнительно придать целевому продукту новое качество, выраженное в повышении пищевой ценности за счет антибиотических и биологически активных соединений, синтезируемых МБКК. В составе белка МБКК преобладали аспарагино-вая и глютаминовая кислоты, среди незаменимых аминокислот- лейцин, фенилаланин + тирозин. Содержание валина, изолейцина, лейцина и фенилаланина + тирозина превышало эталон ФАО/ВОЗ (рисунок).

В Научно-исследовательском институте санитарии, гигиены и профзаболеваний Министерства здравоохранения РУз были исследованы токсикологическая и аллергологи-ческая характеристики нового подкисляющего концентрата. На основании полученных результатов было сделано заключение, что МБКК является малотоксичным соединением (4-й класс), не оказывает местно раздражающего и кожно-резорбтив-ного действия, не обладает сенсибилизирующей и анафилактитогенной активностью. Получен первичный токсикологический паспорт микробного белково-кислотного концентрата, допускающий его использование в качестве вкусовой и консервирую-

щей добавки в пищевой промышленности.

Изучена возможность замены традиционных пищевых кислот на МБКК при производстве широкого ассортимента кондитерской продукции. Промышленные испытания МБКК в качестве регулятора кислотности проводили на кондитерских фабриках Узбекистана: «Уртак», г. Ташкент, «Лаззат», г. Янгиюль, и «Дило-ром», г. Наманган. Перечень кондитерской продукции, полученной с МБКК, приведен на схеме 2.

Конфетные, мармеладные и зефирные массы представляют собой сложные системы, изменяющиеся в процессе технологической переработки. Введение нового или замена ранее использованного компонента в состав рецептуры кондитерской продукции может оказывать влияние на технологический процесс и качество готовой продукции. При производстве вафель новый заменитель кислот добавляли в жиросодержа-щую массу - вафельную начинку. Введение МБКК в состав начинки вафель значительно повышало вкусовые качества и сроки сохранения свежести опытной продукции по сравнению с вафлями, полученными с лимонной кислотой [9]. Начинка опытной продукции имела более однородную и нежную консистенцию, при этом вафельные листы не теряли хрустящие свойства. МБКК хорошо перемешивался и распределялся в начиночной массе как в виде раствора, так и в высушенном виде.

Сбивные кондитерские изделия, полученные с МБКК, по сравнению с контрольными образцами имели более нежную и пышную структуру, сохраняли мягкость и не черствели в два раза дольше.

Важным показателем качества помадных конфет является стойкость при хранении. Недостатки открытых помадных конфет - их высыхание, которое наступает при хранении в течение 3-5 дней, и появление на поверхности конфет белых пятен, с последующим полным отвердением. Использование МБКК при производстве помадных конфет не только улучшило вкусовые показатели, но и значительно увеличило сроки хранения. Конфеты не черствели до 1 года, т. е. концентрат замедлял процесс кристаллизации.

При выработке драже - конфет, представляющих собой по составу сахарную пудру, подкисленную пи-

щевыми кислотами и ароматизированную различными фруктовыми эссенциями, МБКК вносили на стадии приготовления сиропа в конце уваривания. По сравнению с лимонной кислотой МБКК лучше растворялся в сиропе, т.е. препарат был технологичен, у опытной продукции вкус был нежнее, возросли сроки хранения.

При производстве карамелей МБКК добавляли на стадии охлаждения карамельной массы. При завертывании карамельной ленты подкис-литель равномерно распределялся в карамельной массе. Сравнение основных показателей контрольных и опытных карамелей не выявило различий в цвете, внешнем виде, хрупкости, плотности, содержании редуцирующих веществ, влажности карамельной массы. Вкусовые качества карамелей с МБКК были выше, чем у контрольной продукции. Опытные образцы карамелей после 3 месяцев хранения имели товарный вид, вкусовые качества не ухудшились, постороннего вкуса и запаха не ощущалось.

Проведение промышленных испытаний показало, что замена традиционных пищевых кислот на МБКК не нарушило технологии приготовления конфет и вафель, орга-нолептические и физико-химические показатели кондитерских изделий соответствовали стандартным нормам, у опытной продукции повысились вкусовые качества и сроки хранения. Следует отметить, что такие подкислители, как ортофос-форная и фумаровая кислоты, глута-мат натрия и др., могут оказывать нежелательное влияние на организм человека. Сывороточный регулятор кислотности МБКК не содержит вредных для организма соединений и благодаря присутствию белков, аминокислот, органических кислот способствует повышению пищевой ценности кондитерских изделий. Установлено, что количество вносимого в кондитерскую продукцию МБКК не должно превышать 1,3-1,4 кг на 1 т общего количества расходуемого сырья.

Таким образом, разработанная технология производства и применения новой подкисляющей добавки позволит расширить ассортимент пищевых регуляторов кислотности за счет рационального использования побочного продукта переработки молока.

ЛИТЕРАТУРА

1. Радаева, А.И. Рациональная переработка сыворотки/А.И. Радаева// Молочная промышленность.-2001. - № 5. - С. 34-36.

2. Локотченко, Н.С. Выбор ферментных препаратов с целью получения гидролизатов молочной сыворотки с низкой аллергенностью/ Н.С. Локотченко [и др.].//Фундамен-тальные исследования. - 2012. -№ 11. - Ч. 5. - С. 1164-1167.

3. Головач, Г.Н. Аллергенность молока и пути ее снижения/Г.Н. Го-

ловач, В.П. Курченко//Тр. Белорус-ск.гос.ун-та. Сер.: Физиологические, биохимические и молекулярные основы функционирования биосистем. - 2010. - Т. 5. - Ч. 1. - С. 9-55.

4. Рытченкова, О.В. Оптимизация процесса получения ферментативных гидролизатов белков молочной сыворотки с применением протеолитичес-ких ферментов/О.В. Рытченкова, А.А. Красноштанова//Фундаментальные исследования. - 2001. - № 8. - С. 663.

5. ГОСТ Р 51259-99. Молоко и молочные продукты. Метод определения лактозы и галактозы.

6. ГОСТ 5867-90. Межгосударственный стандарт. Молоко и молочные продукты. Методы определения жира. (утв. и введен в действие Постановлением Госстандарта СССР от 26.07.1990 № 2293).

7. ГОСТ 3 626-73. Молоко и молочные продукты. Метод определения влаги и сухого вещества.

8. Уланова, Р. В. Применение микробного белково-кислотного концентрата в производстве ва-фель/Р.В. Уланова, М.И. Мавлани// Хлебопродукты. - 2001. - № 3. -С. 31.

Новый регулятор кислотности для пищевой промышленности

Ключевые слова

молочная сыворотка; молочнокислые бактерии; охрана окружающей среды; пищевые подкислители.

Реферат

Разработан прием глубокой микробной переработки молочной сыворотки, позволяющий получить заменитель пищевых кислот- микробный белково-кислотный концентрат (МБКК), обладающий не только подкисляющими свойствами, но и биологической ценностью благодаря содержанию белков и аминокислот. Присутствие молочнокислых бактерий, обладающих способностью подавлять развитие нежелательной микрофлоры пищеварительной системы, придает МБКК лечебно-профилактические качества. Основой для получения МБКК служила молочная сыворотка, недостаток которой - присутствие значительного количества плохо усваиваемой организмом лактозы и аллергенных белков молока. Разработанный метод позволяет провести модификацию молочной сыворотки, устранить лактозу путем введения в технологический процесс молочнокислых бактерий, которые не только активно усваивают лактозу, но и обладают высокой протеолитической активностью. Для микробной трансформации сыворотки была разработана специальная закваска, состоящая из ассоциации Lact.acidophilus, Str.diacetiiactis, Str.thermophilus при соотношении культур 4:1:1. Разработанный способ получения МБКК был успешно апробирован в лабораторных и производственных условиях. На базе Ташкентского молочного завода, Краснодарского АО «Молоко» и Йошкар-Олинского молочного комбината получены опытные образцы концентрата, изучены его органо-лептические показатели и химический состав. Микробный белково-кислотный концентрат имеет первично-токсикологический паспорт, допускающий его применение в качестве вкусовой и консервирующей добавки в пищевой промышленности. Проведены промышленные испытания МБКК в качестве заменителя пищевых кислот при производстве широкого ассортимента кондитерской продукции. У кондитерских изделий, полученных с МБКК, повысились вкусовые показатели и сроки хранения по сравнению с контрольными образцами. В результате проведенных исследований разработаны регламент получения микробного белково-кислотного концентрата и нормативно-техническая документация на концентрат, составлены рецептуры на кондитерские изделия.

Novel acidity regulator for the food industry Key words

whey; dietary acidifiers; lactic acid bacteria; environmental protection.

Abstracts

The method of deep microbial processing of dairy whey resulted in producing of microbial protein and acid concentrate (MPAC) with high biological value due to the content in the concentrate of proteins and amino acids was developed. The presence of lactic acid bacteria suppressed the development of undesirable microflora in the digestive system, is the reason for the health properties of the MPAC. The main downside of whey, the basis for MPAC, is the high content of lactose, poorly assimilated by human body, and allergenic milk proteins. Our method allows modifying the whey and eliminating of lactose by the introduction into the technological process the lactic acid bacteria, which are not only actively absorb lactose, but possess high proteolytic activity. The special microbial inoculum (Lact.acidophilus: Str.diacetiiactis: Str.thermophilus = 4:1:1) was developed for the whey fermentation. The novel method was tested in the laboratory and technological conditions. Pilot samples of MPAC were obtained at Tashkent dairy factory, Krasnodar AO »Moloko» and Yoshkar Ola milk plant, and their organoleptic characteristics and chemical composition were tested. The MPAC has the primary toxicological passport, allowing its use as flavoring and preserving additive in the food industry. Industrial tests of MPAC as a substitute for food acids were tested for a wide range of confectionery products. The confectionery, obtained with MPAC, had increased flavoring performance and retention periods as compared with the control samples. As a result of the research, MPAC manufacturing process description file and normative and technical documentation were developed, and pastry formulations were composed.

Авторы

Уланова Рузалия Владимировна, канд. биол. наук, Кравченко Ирина Константиновна, канд. биол. наук, Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН, Москва, 117312, ул.60-летия Октября, д. 7, корп.2, colodovnicova@rambler.ru, irinakravchenko@inbox.ru

Authors

Ulanova Ruzaliya Vladimirovna, Candidate of Biol. Sciences, Kravchenko Irina Konstantinova, Candidate of Biol. Sciences, Institute of Microbiology. SN Winogradsky Russian Academy of Sciences, Moscow, 117312, ul.60 anniversary of the October Revolution, d. 7, block 2, colodovnicova@rambler.ru, irinakravchenko@inbox.ru