Повышение термоустойчивости молока: Термоустойчивость молока : Library

Термоустойчивость молока : Library

Введение

Существует много факторов и показателей знание которых необходимо в процессе переработки и производства молока и молочных продуктов. При всей важности каждого из них можно с уверенностью сказать, что главной характеристикой пригодности молока к дальнейшей высокотемпературной тепловой обработке является показатель термоустойчивости (термостойкость термостабильность, теплостабильность), далее ТС. К нашему сожалению мы не нашли полного и подробного обзора посвящённого проблеме ТС. Поэтому в данной публикации мы постараемся собрать в единое целое и вынести на суд читателя все найденные нами данные исследований и их трактовку. Надеемся что такой обзор будет полезен работником молокооперабатывающей промышленности и сотрудником производственных лабораторий занимающихся контролем молока-сырья и молочной продукции. Задача осмысления этого показателя и упорядочивание связанных с ним литературных и экспериментальных данных для нас стала актуальной при разработке прибора для анализа термоустойчивости. Подробнее о наших разработках можно будет прочитать здесь, после подготовки рекламных материалов. В настоящее время в части литературных данных на русском языке имеется целый ряд мнений по вопросу от чего зависит ТС и какие факторы определяют процессы её изменения. Все указанные ниже данные являются открытыми, неоднократно цитируемыми и копированными, поэтому мы посчитали возможном их использовать без соответствующих согласований. Но в любом случае мы приносим свои извинения реальным авторам за вольную компоновку и сокращение текста.

Мнение 1 (от производителей стабилизаторов ТС)

Актуальность. ТС молока это прежде всего стабильность белка, которая зависит от состояния белково-жировой фазы, которая изменяется при хранении под действием различных факторов. В условиях производства важно не только заранее представить результат переработки молока, поступающего на переработку, с точки зрения качества конечной продукции, но и оценивать вероятность образования отложений на греющих поверхностях теплообменных аппаратов, определяющим продолжительность и стабильность их работы. Известно, что интенсивность образования отложений на поверхности теплообменных аппаратов тем ниже, чем выше термостойкость сырья. Не следует считать, что анализ на термостойкость важен только при изготовлении молока с высокой температурой обработки, например, стерилизованного молока или УВТ — молока. Потеря белком коллоидной стабильности не менее вредна при изготовлении других продуктов, например, кефира, ряженки или творога. Проведение высокотемпературной пастеризации сопровождается теми же процессами изменения коллоидной стабильности белка. Для получения кисломолочных продуктов высокого качества с однородной структурой сгустка, отсутствие агломератов, глянцевой поверхностью и отсутствием синерезиса при хранении необходимо использовать термостойкое молочное сырье. То есть необходимо выполнять контроль и использовать приемы повышения — а точнее, сохранения — исходного уровня термостойкости молока, потому что, как правило, низкая термостойкость молока — результат несоблюдения режимов и условий его хранения.

Механизм. Как и другие виды коагуляции, тепловая коагуляция делится на две стадии: скрытая и доступная. В ходе скрытой фазы происходит снижение активности казеина (который отвечает за стабилизацию мицеллы), кальцинирование и уменьшения гидратации белка. В ходе второй фазы происходит повышение вязкости молока как результат гидрофобных взаимодействий.

Мнение 2 (ВГМХА имени Н.В. Верещагина)

Актуальность. Для выработки молочных продуктов с заданными свойствами особое внимание следует уделять характеристикам сырья. В условиях повышенных требованиях потребителей к качеству продукта необходима строгая сортировка молока по термоустойчивости. Актуальность определения термоустойчивости молока-сырья и восстановленного молока не вызывает сомнений, так как является показателем их пригодности к интенсивной тепловой обработке и получению конечных продуктов с заданными свойствами. Стойкость белков при нагревании — одна из важных и не решенных до конца проблем, имеющих значение для производства молочных продуктов, технологический процесс которых включает интенсивную тепловую обработку. В различных регионах России доля молока, пригодного к интенсивной тепловой обработке, остается невысокой и составляет лишь 60 — 75%, а в отдельные сезоны года (весной) еще более низкой. Поэтому перерабатывающие предприятия испытывают в нем острый недостаток. Наличие нетермоустойчивого молока исключает получение молочного продукта, а при использовании сырья с низким показателем этого свойства приводит к снижению качества продукта, а также к нежелательным изменениям в работе и производительности молочного оборудования.

Механизм. Термоустойчивость молока определяется способностью казеина оставаться в коллоидной суспензии, а сывороточных белков — в растворе при воздействии высоких температур. То есть термоустойчивость — это технологическое свойство молока выдерживать воздействие высоких температур без коагуляции белков. Термоустойчивость свежевыдоенного молока зависит от целого ряда биологических факторов, влияющих на синтез компонентов молока в организме животного. Она изменяется также в процессе хранения и обработки молока на фермах и заводах. Механизм процессов тепловой коагуляции белков молока до сих пор полностью не раскрыт, можно только говорить об основных факторах, влияющие на термоустойчивость молока (РH, состав белковой фракции, породы коров итд).

Мнение 3 (продавцы секретных добавок)

Актуальность. Производство молочных продуктов высокого качества напрямую связано с термоустойчивостью молока-сырья. В регионах России термоустойчивость молока разная, что обусловлено неодинаковыми природно-климатическими условиями и содержанием разных пород скота. Различия в химическом составе и термоустойчивости молока, связанные с сезонами года и лактационным периодом, отражаются на степени изменения его исходных свойств в условиях термической обработки. Чем выше термоустойчивость молока, тем меньше изменяется его белковый и минеральный состав в процессе высокотемпературного нагрева.

Механизм. Термоустойчивость молока определяется способностью казеина оставаться в коллоидной суспензии, а сывороточных белков — в растворе при воздействии высоких температур. В процессе тепловой обработки молока изменяется его солевой состав. Эти изменения часто имеют необратимый характер. В первую очередь нарушается соотношение форм солей кальция в плазме молока. В процессе нагревания гидрофосфат кальция, находящийся в виде истинного раствора переходит в плохо растворимый фосфат кальция. Образовавшийся фосфат кальция агрегирует в виде коллоида, осаждается на казеиновых мицеллах. Часть его выпадает на поверхности нагревательных аппаратов, образуя с денатурированными сывороточными белками, так называемый молочный камень. Таким образом, солевое равновесие влияет не только на стабильность казеина к высокотемпературной обработке, но так же на качество тепловой обработки и бесперебойную работу оборудования. Кроме этого, высокие режимы тепловой обработки существенно влияют на содержание в молоке растворимых солей кальция (снижение от 11 до 50%), что приводит к ухудшению сычужного свертывания при производстве творога и сыра. Именно по этой причине перед заквашиванием/свертыванием, вносят раствор хлористого кальция.

Мнение 4 (МСХА им. К.А. Тимирязева)

Актуальность. В целом компиляция из вышесказанного.

Механизм. По мнению ряда исследователей, главным фактором, влияющим на термоустойчивость свежего молока, является солевой состав. Казеин-кальций-фосфатный комплекс устойчив к действию высоких температур только при определенном содержании ионов кальция, растворимых фосфатов и цитратов, т. е. термоустойчивость молока зависит от равновесия между катионами (Са+, Мg+) и анионами (цитраты, фосфаты). Молоко с избыточным количеством катионов встречается более часто. Термостабильность молока коррелирует с размером мицелл казеина. Зависимость тепловой стойкости белков молока от величины казеиновых мицелл объясняется различным содержанием в мицеллах каппа-казеина. Наименьшая величина частиц казеина отмечена летом. Размер мицелл казеина закономерно уменьшаются от зимы к весне и повышаются от осени к зиме. Молоко, в котором преобладают мелкие и средние по величине мицеллы казеина, содержащие наибольшее количество гидратированной воды, составляет устойчивую коллоидную систему, т. е. оно является более подходящим для производства стерилизованного и сгущенного молока.

Мнение 5 (неизвестный интернет-автор)

Актуальность. То же

Механизм. Способность белковой системы молока выдерживать высокие температуры является уникальным свойством и позволяет осуществлять такие операции, как пастеризация, УБТ (ультравысокотемпературная) — обработка и стерилизация. Свойство столь высокой термоустойчивости молока определяет казеин, имеющий специфическую структуру и относящийся к числу немногих известных науке термостабильных пищевых белков. Свертывание молока при нагревании в основном зависит от устойчивости казеинат-кальций-фосфатного комплекса. Основными факторами, обеспечивающими стойкость казеинат-кальций-фосфатного комплекса молока, являются степень гидратации и величина поверхностного заряда казеиновой мицеллы. Чем выше кислотность молока, тем ниже температура нагревания, при которой оно свертывается. Термоустойчивость свежевыдоенного молока зависит от ряда факторов, влияющих на синтез компонентов молока в организме животного (сезон года, период лактации, порода, кормление, индивидуальные особенности и др. ). Она изменяется также в процессе хранения и обработки молока на фермах и заводах. Какой-либо зависимости показателя тепловой стойкости молока от времени доения коров не установлено. Солевой состав молока, как и другие его компоненты, на протяжении года подвержены изменениям. Количество растворимого кальция в молоке с марта к июлю снижается. В этот период происходит повышение солей лимонной кислоты (цитратов), что сопровождается повышением термоустойчивости молока. В целом термоустойчивость летнего молока выше ве¬сеннего на 9 мин и выше осеннего на 15 мин. В период пастбищного содержания коров молоко отличается высокой термоустойчивостью и наиболее пригодно к высокотемпературной обработке. Во время лактационного периода состав и свойства молока претерпевают значительные изменения, в связи с чем изменяется и термостабильность молока. Наиболее резкие отклонения в молоке, которые снижают его термоустойчивость, бывают в первые дни после отела (молозивный период) и перед запуском коров. Добавление (попадание) 5% молозива снижает термоустойчивость молока на 13−19%, а добавление 30% молозива снижает термоустойчивость молока почти в 2 раза. Стародойное молоко примерно за 10−12 суток до запуска коров уже менее термостойкое, чем нормальное, и по мере приближения к запуску термоустойчивость молока снижается. Важнейшим фактором, определяющим состав и свойства молока, а также пригодность его для переработки на молочные продукты, является количество, качество и соотношение отдельных кормов в рационе животного. Общий уровень кормления коров, содержание в кормовых рационах белка, углеводов, жира, минеральных веществ и витаминов оказывают влияние не только на величину удоев, но и изменяют состав и свойства молока, а, следовательно, и качество и термоустойчивость молочных продуктов. Минеральные вещества оказывают влияние на обмен веществ в организме, удой и состав молока. Животные получают минеральные вещества главным образом с растительной пищей и в меньшей степени — питьевой водой. Кислотно-щелочное равновесие организма коровы, и как следствие кислотность и термоустойчивость молока, определяется поступлением в организм как кислых (фосфор, хлор, сера), так и щелочных элементов (кальций, магний, натрий, калий). Велика роль натрия и калия в поддержании осмотического равновесия и как компонентов буферных систем. Молоко с повышенной кислотностью или нарушенным солевым и белковым составом может иметь низкую термоустойчивость и свернуться при незначительном нагревании.

Мнение 6 (суровые ученые)

Актуальность. То же

Механизм. Нашими исследованиями установлено, что термоустойчивость коровьего молока исследуемых пород скота достаточно высокая и характеризуется показателем, 54,5 мин., что вполне удовлетворяет технологические требования для тепловой обработки сырья. При этом наиболее оптимальной термоустойчивостью обладало молоко коров голштинской, айрширской пород и татарстанского типа, а молоко холмогорских и бестужевских коров оказалось менее желательным для такой обработки. Наиболее важным фактором, определяющим термоустойчивость молока, является концентрация в нем белка. Между этими признаками существует устойчивая отрицательная зависимость, т. е. чем больше белка в молоке, тем меньше его термоустойчивость. Данная зависимость проявляется во всех формах генетической и паратипической изменчивости термоустойчивости молока. Установлено; что генотип коров по к-казеину оказывает четко выраженное влияние на термоустойчивость молока. При этом явное преимущество имели гомозиготные коровы АА в сравнении с генотипом ВВ. Исследованиями выявлено достаточно устойчивое влияние генотипа коров по (3-лактоглобулину) на термоустойчивость молока. Наиболее устойчивым к высокотемпературному воздействию оказалось молоко коров с генотипом ВВ, а менее устойчивым — с АА. Показано, что термоустойчивость молока в течение лактации подвергается существенным изменениям и характеризируется лимитами изменчивости в широких пределах от 19,5 до 65,3 мин., и коэффициентом вариации от 15,3 до. 29,0%. При этом наивысшей термостабильностью (65,3 мин.) обладало молоко, полученное в течение 4-го, а наименьший (19,5 мин.) — 10-го месяца лактации, что определялось соответствующими лактационными изменениями белковости молока.

Мнение ООО НПП «БИОМЕР»

Лирическое отступление про способы определения ТС

Обычно под термином тепловая стабильность молока рассматривается процесс тепловой обработки молока, при котором не происходит видимой коагуляции и расслоения объекта. Наиболее правильный и широко используемый метод определения термостабильносnи заключается в закупоривании молока в стеклянных пробирках и помещение пробирок в масляную (глицериновую) баню с контролируемой температурой. Для молока это обычно 140Со для концентрированного молока 120Со. Закрепленные на дне платформе пробирки нагревают и встряхиваются с определенной скоростью до тех пор пока не будет наблюдаться видимая коагуляция. Время тепловой коагуляции (ВТК) определятся как время, которое прошло от начала помещения пробирок в масло до начала видимой коагуляции. Данная методика рекомендуется для исследовательских и арбитражных промышленных испытаний, но к сожалению не стандартизирована и не может использоваться аккредитованными лабораториями. На сегодня в РФ не существует прибора для прямого измерения ТС. Хотя попытки его разработки имели место быть. Так ВНИМИ была предложена методика измерения ТС с помощью отечественного прибора «Термол-1». Почему данный прибор не нашел применения, и так и остался в виде прототипа, неизвестно. Другие методы определения ТС включают в себя этанольный тест (алкогольная проба стандартизирована в виде ГОСТа), отбеливающий тест, тест с осаждением белков, а также тест с определением вязкости или удельной электропроводности. Однако корреляция всех указанных тестов с ВТК в целом является недостаточной, и данные о ТС определенные по данным методикам плохо коррелируют с ТС при коммерческой стерилизации. С производственной точки зрения данные о прямом определении ВТК являются более правильными для предсказания поведения молока при его обработке.

Актуальность. Вопрос термоустойчивости возник более века назад в связи с началом производства концентрированного молока. Первые патенты на эту тему были сделаны в США и Великобритании. После 1960 г эта проблема была рассмотрена и в разрезе неконцентрированного молока, были изучены зависимости коагуляции молока от PH и структуры белковой фракции. Сегодня Т С имеет большое значение при производстве стерилизованного молока, включая УХТ и сливки, сухое и концентрированное молоко. Особенно параметр востребован в случае, когда происходит рекомбинация и нормализация продукта в процессе переработки. Также данная проблема важна в связи с выпуском на рынок значительного количества составных молочных продуктов, а также продуктов со всевозможными добавками (начиная от витаминов и заканчивая кофе). Несмотря на проведённые исследования некоторые механизмы тепловой коагуляции по настоящее время остаются невыясненными, хотя исследовательские работы ведутся по настоящее время. Также не решенный до сих пор и требующий дальнейших исследований вопрос — это влияние гомогенизации на ТС и изменения ТС в зависимости от сезонных и других неконтролируемых факторов. В целом мы также согласны с большей частью всего сказанного про «актуальность» выше, что еще хотелось бы отметить с точки зрения методологии измерения ТС, так это то, что на сегодня определение ТС не регламентировано и не существует единого подхода и некой стандартизации к собственно показателю термоустойчивости. Как правило, авторы, говоря о времени сворачивания молока, не упоминают методик и условий, по которым это время было получено. Поэтому актуальность знания ТС через его непосредственное измерение по единой методике позволит упорядочить и сопоставить данные полученные из разных источников и одновременно даст возможность предсказывать поведение образца в зависимости от выбранного оборудования и условий термообработки.

Механизм. Во-первых по нашему мнению следует разграничить причины и следствия. Так изменение кислотности молока действительно может влиять на ТС, но по нашему мнению в большинстве случаев это следствие, а не причина. Причины могут быть напрямую не связаны с кислотностью, например, редко обсуждаемое и мало изученное разграничение молока по типу, А и В. Зависимость Т С от РН у этих типов различна. ВТК для большинства образцов молока показывает резкий максимум при значении 6,7 с последующим минимумом при 6,9. При этом ТС увеличивается снова при более высоких PH как показано на графике. Такое молоко классифицируется как тип А. Для молока типа В ВТК увеличивается линейно как функция PH, принимая минимальные значения в области высоких PH и минимальное значение в области низких (см.  График 1).

График 1. Таким образом по факту повышение кислотности не всегда ведет в уменьшению ТС, хотя в конечном итоге при определённом уровне PH нормальное молоко все равно свернется. Мы просто хотели указать, что не существует однозначных зависимостей, конечный результат всегда определяет совокупность многих факторов, в подтверждение сказанному, при наших исследованиях встречались образцы молока с весьма высокой кислотностью (выше 6,4 PH, см. рисунок), которые были вполне термоустойчивы и при весьма высоких (выше 130Со) температурах.

Во-вторых, следует различать некие условные типы тепловой коагуляции. На наш взгляд условно можно выделить два типа — один характеризуется образованием белково-жирового сгустка после выдержки при определённой температуре в зависимости от исходной термоустойчивости, другой расслоением и по сути визуализацией сворачивания (скажем так) уже априори свернувшегося молока, то есть изначально находящегося в нестабильной многофазной системе. Это на наш взгляд абсолютно два разных процесса. Поэтому вести разговор про ТС молока для низких температурах тепловой коагуляции (менее 90Со) представляется не совсем корректным поскольку такие процессы будут скорее относится к анормальному объекту исследования.

В-третьих, не следует смешивать и сопоставлять полную тепловую коагуляцию молока, с образованием сгустка или выпадением белкового осадка, и потерю белками своей нативной структуры. Изменение структуры белков (как обратимое так и необратимое) имеет место уже при нагреве до 60−70 градусов, а при высоких температурах стерилизации любые белки (даже термолабильные) будут менять свою первоначальную пространственную структуру, местоположение и взаимодействие с остальными компонентами молока. Но при таких процессах даже полная денатурация белка не всегда приводит к его осаждению, по которому определяется ТС.

В-четвертых по нашему мнению при анализе данных прямых измерений никогда не следует брать в расчет любые данные полученные в других условиях на других пусть даже очень близких объектах и тем более с использованием методик косвенного измерения, что зачастую было сделано многими авторами. Никаких обобщений образцов по типам обработки или по составу сделано быть не может, поскольку все крайне индивидуально, и любой неучтённый и неконтролируемый фактор может привести к ложно положительным или ложноотрицательным выводам. Так рассуждать о влиянии на ТС периода лактации животного бессмысленно, если при этом никак не учитываются сезонные изменения в содержании и рационе. Только прямой метод и только конкретный образец.

В-пятых по нашим данным изменение термоустойчивости зачастую носит «взрывной характер», что в принципе коррелирует с экспоненциальным изменениями ряда показателей молока (например кислотности) по времени. По факту может оказаться так, что два эксперимента разнесенные по незначительному отрезку времени могут дать кардинально отличные результаты. Следствием этого является необходимость крайне осторожных и скрупулёзных подходов при сравнении и сопоставлении полученных данных и тем более выводов которые делаются на их основе.

Итого

Как видим мы честно привели мнения всех «заинтересованных» сторон. Конечно в чем-то они имеют общие подходы и посылы, в чем-то противоречивы. Мы не хотели бы выделять из них какой-либо конкретный либо пытаться их компилировать. Нашей основной целью было показать, что единого мнения не существует. И на сегодня мы не можем уверенно сказать какой из указанных выше «механизмов» является наиболее правдоподобным и полученные нами данные также не подтверждают ни один из них. В целом по совокупности данных мы склоняемся к существованию некого комплексного влияния конкретных факторов на ТС в целом. Более того любая обработка молока (как температурная так и механическая, а также использование аддитивов) может привнести к первоначальным факторам дополнительные, не существовавшие ранее. В зависимости от конкретного образца при прямом измерении теромустойчивости., влияние отдельного фактора может быть либо совсем не выраженным, либо критичным.

Способы повышения (изменения) ТС

В заключении приведем некое эссе в части способов повышения темоустойчивости

Способ 1 (от производители стабилизаторов ТС). Традиционно для повышения термостойкости молока используются соли — стабилизаторы. Обычно это предусматривается внесение в исходное молока фосфатно-цитратной смеси солей натрия и калия, которые берут в соотношении близком к соотношению этих солей в натуральном молоке. Роль солей сводится к трем основным действиям: — сдвига активной кислотности до PН 6,70 — 6,75; — замещению ионов кальция на натрий или калий, что приводит к снижению скорости агломерации и последующих гидрофобных взаимодействий; — повышению буферной емкости молока и снижению скорости изменения PН при нагревании. Другой распространенный прием — предварительный нагрев / пастеризация. Предполагается, что предварительный нагрев приводит к взаимодействию белок — кальций по карбоксильным группам и в агломерации белков. Гидрофобные взаимодействия при этом отсутствуют. Снижение уровня свободных карбоксильных групп смещает зону максимальной ТС к значению рН 6.70 — 6,75. как и при действии солей. Но это смещение обусловлено реакциями карбоксильных групп и кальция. При этом белок выступает как кальций — связывающий агент. Дальнейший высокотемпературный нагрев проходит с меньшим риском видимой коагуляции, поскольку снижение рН при дальнейшем нагреве не достигает критических значений (6.3 — 6,4). По существу повышенная термостойкость сухого молока объясняется теми же причинами, что и влияние на ТС предварительного нагрева. Еще один способ повышения Термостойкости молока — применение молочных белковых концентратов (МБК), которые обладают высокой ТС. Известно, что применение МБК способствует повышению ТС концентрированных молочных продуктов. Предполагается. Что повышение ТС при введении МСК обусловлено значительным изменением буферности молока. А также снижением суммарной доли «углеводной» части сырья, которая может негативно влиять на термостойкость молока. Практическое использование получили также комбинированные способы корректировки ТС молока — например совмещенное действие солей, МБК и предварительного нагрева.

Способ 2, профилактический (от ВГМХА).

— поддержанием плотности молока в пределах 27 — 32 °А;

— повышением содержания белка в молоке — не менее чем до 3,0%;

— улучшением санитарно-гигиенических условий получения молока;

— профилактикой маститов; — селекционными методами;

— увеличением в рационе коров содержания провитамина А.

Способ 3, секретный (от продавца добавок). В настоящее время, для повышения термоустойчивости молока, используют различные варианты солей-стабилизаторов и смесей на их основе. Как правило, эффект от их применения оставляет желать лучшего (изменение уровня рН продукта, низкая активность, повышенная дозировка, появление в процессе хранения посторонних химических привкусов и запаха, горький вкус), что связано с неправильно подобранным составом и низкой степенью очистки используемых компонентов. Нами разработана уникальная система «МАк» (тм), которая решает вопросы качества молока-сырья. Благодаря высокой эффективности и безопасности «МАк» пользуется повышенным спросом у молокоперерабатывающих предприятий.

Мнение ООО НПП «БИОМЕР».

Наше мнение сводится к тому, что любые действия направленные на изменения ТС образца должны быть осмысленны. Если например мы с этой целью изменяем PH, то теоретически делать это нужно установив тип (А, В) молока (см. выше), поскольку для них зависимость ТС от кислотности различна. Опять же самый простой по нашему мнению способ «повысить» ТС — это снизить температуру нагрева (в кавычках потому что ТС при этом не меняется), но для этого опять же следует иметь данные об исходных свойствах молока-сырья, то есть можно ли при снижении температуры получить продукт с требуемыми свойствами и показателями безопасности. Понятно, что все это потребует проведения дополнительных исследований объекта, что с одной стороны увеличивает затраты времени и средств в конкретной технологической цепочке, а с другой может привести к спорным результатам, особенно в случае если используемая методика дает только косвенные данные об исследуемых характеристиках образца. Но по нашему мнению это все-таки правильнее, чем общепринятая практика перманентного использования регулирующих ТС аддитивов вне зависимости от действительной их необходимости. Именно в этом случае быстрое и точно прямое измерение термоустойчивости образца непосредственно перед проведением процесса теромомбработки может оказаться незаменимым. Более того в современных процессах обработки молока такие измерения были бы крайне полезны на протяжении всей технологической цепочки производства продукции (см. График 2), поскольку как уже упоминалось выше любые воздействия на молоко-сырье возникающие при этом, могут значительно изменить его теромусточивость.

График 2. Стадии процесса показанные на графике. 1- Нагрев до температуры подачи на дезодоратор и гомогенизатор; 2- Подача на дезодоратор и гомогенизатор; 3- Нагрев до температуры предварительной пастеризации; 4- Выдержка при температуре предварительной пастеризации; 5- Нагрев до температуры стерилизации; 6- Выдержка при температуре стерилизации; 7- Охлаждение в секции регенерации;

Спасибо тем, кто дочитал статью до конца, мы будем благодарны, за любые предложения и замечания по делу, которые мы постараемся учесть в работе нового прибора для прямого определения термоустойчивости.

Способ повышения термоустойчивости молока

 

Использование: в молочной промышленности, а именно при производстве сгущенных и стерилизованных продуктов. Сущность изобретения: в молоко вводят сорбент на основе очищенного модифицированного лигнина в количестве 0,3-0,6 мас.%, перемешивают, выдерживают в течение 20-40 мин. Смесь сепарируют, отделяют сорбент, а в очищенное молоко вводят соли-стабилизаторы в количестве 0,015-0,025 мас.% от исходного сырья и выдерживают 40-60 мин. 1 табл.

Известно, что термоустойчивость молока нормальной кислотности (16-18oT) преимущественно связана с солевым равновесием в молоке, а именно с соотношением растворимых форм следующих солей: катионов кальция и магния, с одной стороны, и анионов фосфорной (фосфаты) и лимонной (цитраты) кислоты с другой.

Повышение концентрации ионного кальция и магния приводит к снижению термоустойчивости молока, что обусловлено дегидратирующим действием этих катионов на мицеллы казеина и уменьшением отрицательного заряда на их поверхности. Вследствие этих изменений мицеллы казеина легко образуют солеобразные связи друг с другом, соединяясь в более крупные агрегаты, которые могут коагулировать при воздействии высоких температур. С увеличением концентрации ионного кальция и магния в молоке и агрегация мицелл казеина при нагревании усиливается, а возможность свертывания молока возрастает.

И наоборот, снижение в молоке концентрации ионного кальция и магния способствует переходу части кальция, связанного с мицеллой, в растворимое состояние и как следствие, дезагрегация мицелл, что способствует повышению термоустойчивости молока.

Известен способ производства сгущенного молока [1] где для повышения термоустойчивости молока предусматривается внесение в исходное молока фосфатно-цитратной смеси соли натрия и калия, которые берут в соотношении близком к соотношению этих солей в натуральном молоке. Используют смесь состоящую из двухзамещенного фосфорнокислого натрия, двухзамещенного фосфорнокислого калия и трехзамещенного лимоннокислого калия. Смесь вносят в виде 25% -ного водного раствора в сырое молоко в количестве 0,05-0,3% от массы готового продукта.

Недостатком известного способа является использование в качестве стабилизаторов дорогостоящих фосфорнокислых и лимоннокислых солей. Применение указанных солей может отрицательно отразиться на вкусе готового продукта и не безвредно для организма человека. Особенно нежелательно использование солей натрия.

Известен способ производства сгущенного стерилизованного молока [2] взятый в качестве прототипа. Способ предусматривает применение в качестве соли-стабилизатора двухзамещенного фосфорнокислого натрия в количестве 0,15% от массы сгущенного молока, который вносят в молоко до пастеризации или после сгущения. Перед расфасовкой продукт выдерживают с таким расчетом, чтобы длительность выдержки от момента внесения соли-стабилизатора до момента стерилизации составляла не менее 6 ч.

Этот способ обладает всеми недостатками, перечисленными для способа [1] Кроме того, выдержка продукта с солью-стабилизатором в течение 6 ч существенно удлиняет технологический процесс.

Задача изобретения улучшение пищевой ценности продукта и сокращение технологического процесса. Это достигается тем, что в молоко перед сгущением и(или) стерилизацией вносят соли-стабилизаторы и согласно изобретению перед их внесением в исходный продукт вводят сорбент на основе очищенного модифицированного лигнина (далее лигнин) в количестве 0,3-0,6% от массы молока, затем перемешивают, выдерживают в течение 20-40 мин, подвергают центрифугированию для отделения сорбента, а в очищенное молоко вводят соли-стабилизаторы в количестве 0,015-0,025% от массы исходного сырья и выдерживают 40-60 мин.

В качестве солей-стабилизаторов используют двухзамещенный фосфорнокислый калий и двухзамещенный лимоннокислый натрий в соотношении 1:1 в количестве 0,015-0,025% от массы молока.

Лигнин обладает избирательной сорбирующей способностью по отношению к ионам кальция. При внесении сорбента в молоко происходит сорбция ионов кальция лигнином, что приводит к смещению первоначального солевого равновесия в молоке: часть солей кальция, находящегося в коллоидном состоянии, переходит в ионно-молекулярное. При этом фосфаты кальция приобретают лучшую растворимость и большую степень диссоциации.

В реакцию с лигнином вступает только ионный (растворимый) кальций, при этом из лигнина вытесняются ионы водорода. Накопление ионов водорода в молоке может отрицательно сказаться на термоустойчивости молока. Однако резкого снижения величины pH не происходит, так как молоко обладает буферными свойствами за счет содержания солей (фосфатов, цитратов) и белков. При этом гидрофосфаты, присоединяя ионы водорода, переходят в более растворимые дигидрофосфаты.

Буферные свойства молока можно повысить добавлением гидрофосфатов одновалентных металлов, при этом будет переведено в ионное состояние дополнительное количество ионов водорода.

HPO24— + H+ = H2PO4 Поэтому по предлагаемому способу для повышения буферных свойств в молоко вносится небольшое количество двухзамещенного калия K2HPO4 и двухзамещенного лимоннокислого натрия Na2HC6H5O7 в количестве в десять раз меньшем, чем по прототипу.

Уменьшение содержания ионного кальция в молоке, в результате его обработки лигнином, способствует отщеплению от мицелл казеина кальция, являющегося связующим звеном в мицеллах казеина, что приводит к дезагрегации мицелл казеина и, как следствие, к повышению термоустойчивости молока.

Известно также, что термоустойчивое молоко содержит ионного кальция менее 9,5 мг% молоко средней термоустойчивости от 9,5 до 10,5 мг% а нетермоустойчивое более 10,5 мг% Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

В молоко, взятое при температуре хранения, вносят сорбент в количестве 0,3-0,6 мас. перемешивают и выдерживают 20-40 мин, затем центрифугируют на сепараторе-молокоочистителе для отделения сорбента. В обработанное сорбентом молоко вносят 0,015-0,025 мас. солей: двухзамещенного фосфорнокислого калия K2HPO4 и двухзамещенного лимоннокислого натрия Na2HC6H5O7 в соотношении 1: 1, смесь солей вносят в виде 2,5%-ного водного раствора.

Смесь молока с солями выдерживают 40-60 мин и направляют на производство сгущенного, сгущенного стерилизованного или стерилизованного молока.

Перед использованием сорбент предварительно подвергают термообработке при 120oC в течение 10 мин. Такая обработка способствует удалению влаги из сорбента и его стерилизации.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующим примером Пример 1. В 1000 кг молока вносят лигнин в количестве 0,3 мас. перемешивают и выдерживают 20 мин. Затем смесь центрифугируют на сепараторе-молокоочистителе для отделения лигнина. В обработанное лигнином молоко вносят 0,015 мас. смеси солей K2HPO4 и Na2HC6H5O7, взятых в соотношении 1:1. Смесь солей вносят в виде 25%-ного раствора, то есть 600 г раствора. Смесь молока с солями выдерживают 40 мин и направляют на производство сгущенного и(или) стерилизованного молока. Следует отметить, что для исходного и обработанного молока определялась термоустойчивость по тепловой пробе при 130oC (арбитражный метод). Результаты этой пробы фиксируются по продолжительности образования хлопьев казеина, выраженной в минутах. Чем длительнее время образования хлопьев, тем термоустойчивее молоко. По этой пробе термоустойчивость молока характеризуют следующим образом: время образования хлопьев до 20 мин молоко нетермоустойчивое; от 20 до 30 мин средняя термоустойчивость молока; от 30 мин и выше высокая термоустойчивость молока. В данном примере термоустойчивость молока по тепловой пробе составляла 19 мин.

Кроме того, в исходном и обработанном молоке определяли активную кислотность, которая характеризуется величиной pH. Исходное молоко имело pH 6,67. Содержание сухих веществ в исходном молоке 10,80 ионного кальция — 10,75 мг% Пример 2. Аналогично примеру 1, при этом в молоко вносят лигнин в количестве 0,40 мас. Молоко с лигнином перемешивают и выдерживают 30 мин. В обработанное лигнином молоко вносят 0,020 мас. смеси солей, т.е. 800 г 25% -ного раствора и выдерживают 50 мин.

Пример 3. Аналогично примеру 1, при этом в молоко вносят лигнин в количестве 0,6 мас. перемешивают и выдерживают 40 мин. В обработанное лигнином молоко вносят 0,025 мас. смеси солей, т.е. 1000 г 25%-ного раствора и выдерживают 60 мин.

Результаты примеров приведены в таблице.

Лигнин относится к природному органическому сырью, т.к. он является составной частью древесины и растений. По своей химической природе он представляет собой природный полимер на основе фенилпропановых структур. Лигнин обладает высокими сорбционными свойствами, что позволяет использовать его в различных целях: для лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта, так как лигнин сорбирует болезнетворные микроорганизмы и ксенобиотики, которые затем естественным путем удаляются вместе с лигнином из организма; для понижения уровня холестерина в крови и др. [3,4,5] Нами было установлено, что лигнин в вводных растворах солей и в молоке обладает избирательной способностью по отношению к ионам кальция. Наиболее активно сорбция кальция в молоке происходит при концентрации лигнина до 0,5% Дальнейшее повышение концентрации лигнина в молоке не дает существенного увеличения сорбированного кальция.

На количество сорбированного кальция оказывает влияние продолжительность обработки молока лигнином. Большая часть кальция сорбируется в первые 30 мин обработки молока лигнином, дальнейшая выдержка молока с лигнином не дает существенного прироста сорбированного кальция.

Нашими исследованиями установлено, что лигнин способствует снижению величины pH в молоке. При концентрации лигнина в молоке 1% величина pH снижается на 0,1% Поэтому были выбраны наиболее рациональные условия сорбции кальция — концентрация лигнина 0,3-0,6 мас. и продолжительность обработки молока лигнином 20-40 мин. При этих условиях активно сорбируется кальций, а величина снижения pH незначительная. Для регулирования уровня pH необходимо повысить буферные свойства молока путем внесения солей-стабилизаторов: двухзамещенный фосфорнокислый калий K2HPO4 и двухзамещенный лимоннокислый натрий Na2HC6H5O7 в соотношении 1:1 в количестве 0,15-0,25 мас. Массовая доля использованных солей по предлагаемому способу более чем в 10 раз меньше, чем по прототипу. Соли вносят в молоко в виде 25%-ного раствора. Количество вносимого раствора соли по предлагаемому способу равно 0,6-1 кг, в то время как по прототипу 6-12 кг на 1000 кг молока. Наиболее рациональными параметрами обработки молока являются: концентрация лигнина 0,4 мас. продолжительность обработки 30 мин, массовая доля солей стабилизаторов 0,02% (пример 2). Данные параметры позволяют получить термоустойчивое молоко (34 мин по тепловой пробе против 19 мин в исходном молоке). Снижение величины указанных параметров (пример 1) приводит к снижению термоустойчивости молока до 30 мин. Повышение параметров обработки молока (пример 3) по сравнению с рациональными не дает существенного повышения термоустойчивости молока. Однако при этом увеличивается расход лигнина и солей-стабилизаторов.

Таким образом, предлагаемый способ повышения термоустойчивости молока обладает преимуществами по сравнению с прототипом. По предлагаемому способу в десять раз сокращается расход солей-стабилизаторов, что в пересчете на 25% -ный водный раствор составляет 0,8 кг по сравнению с 12 кг на 1000 кг молока (прототип). Сокращается технологическое время обработки молока с 360 мин по прототипу до 80 мин по предлагаемому способу. Снижение содержания в продукте солей-стабилизаторов способствует повышению его пищевой ценности.

Литература
1. Авторское свидетельство СССР, N 328904, A 23 C 9/00, опубл. 1972.

2. Авторское свидетельство СССР, N 439266, A 23 C 9/08, опубл. 1974.

3. Любешкина Е. Г. Салитринник Л.И. Розанцев Э.Г. Использование отечественных лигнинов в биотехнологии и медицине. АгроНИИТЭИМясомолпром, М. 1993, с.48.

4. Шарков В.И. Цобкалло Г.И. Леванова В.П. и др. Об использовании гидролизного лигнина в медицине. Гидролизная и лесохимическая промышленность, 1979, N2, с. 11-12.

5. Энтеросорбция/под редакцией Н.А. Белякова, Центр сорбционных технологий, Л. 1991, с.329.

Формула изобретения

Способ повышения термоустойчивости молока перед его сгущением и/или стерилизацией, предусматривающий внесение солей-стабилизаторов, отличающийся тем, что перед внесением солей-стабилизаторов в исходный продукт вводят сорбент на основе очищенного модифицированного лигнина в количестве 0,3 0,6 мас. перемешивают и выдерживают в течение 20 40 мин, затем подвергают центрифугированию для отделения сорбента, а в очищенное молоко вводят соли-стабилизаторы в количестве 0,015 0,025 мас. от исходного сырья и выдерживают 40 60 мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1

Термическая стабильность восстановленных концентратов молочного белка: влияние частичного истощения кальция при мембранной фильтрации

. 2017 Декабрь; 102: 409-418.

doi: 10.1016/j.foodres.2017.07.058.

Epub 2017 27 июля.

Х Эшпари
1
 , Р. Хименес-Флорес
2
 , P S Тонг
3
 , М Корредиг
4

Принадлежности

  • 1 Факультет пищевых наук, Университет Гвельфа, Гвельф, Онтарио N1G 2W1, Канада. Электронный адрес: heshpari@uogelph. ca.
  • 2 Технологический центр молочных продуктов, Калифорнийский политехнический государственный университет, Сан-Луис-Обиспо 93407, США. Электронный адрес: [email protected].
  • 3 Технологический центр молочных продуктов, Калифорнийский политехнический государственный университет, Сан-Луис-Обиспо 93407, США. Электронный адрес: [email protected].
  • 4 Факультет пищевых наук, Университет Гвельфа, Гвельф, Онтарио N1G 2W1, Канада. Электронный адрес: [email protected].

  • PMID:

    29195966

  • DOI:

    10.1016/j.foodres.2017.07. 058

H Эшпари и др.

Фуд Рез Инт.

2017 Декабрь

. 2017 Декабрь; 102: 409-418.

doi: 10.1016/j.foodres.2017.07.058.

Epub 2017 27 июля.

Авторы

Х Эшпари
1
 , Р. Хименес-Флорес
2
 , P S Тонг
3
 , М Корредиг
4

Принадлежности

  • 1 Факультет пищевых наук, Университет Гвельфа, Гвельф, Онтарио N1G 2W1, Канада. Электронный адрес: [email protected].
  • 2 Технологический центр молочных продуктов, Калифорнийский политехнический государственный университет, Сан-Луис-Обиспо 93407, США. Электронный адрес: [email protected].
  • 3 Технологический центр молочных продуктов, Калифорнийский политехнический государственный университет, Сан-Луис-Обиспо 93407, США. Электронный адрес: [email protected].
  • 4 Факультет пищевых наук, Университет Гвельфа, Гвельф, Онтарио N1G 2W1, Канада. Электронный адрес: [email protected].

  • PMID:

    29195966

  • DOI:

    10.1016/j.foodres.2017.07.058

Абстрактный

Порошки концентрата молочного белка (КМБ) все чаще используются в производстве напитков, обогащенных белком. Термическая стабильность белковых дисперсий имеет большое значение в таких применениях. Известно, что снижение рН может вызвать частичную диссоциацию мицелл казеина и изменить естественное равновесие кальция и фосфата между мицеллами и сывороточной фазой. Присутствие растворимого казеина может улучшить регидратационные свойства порошков КМБ и повлиять на их термическую стабильность. Целью данной работы было исследование влияния частичного подкисления молока перед ультрафильтрацией на термостабильность восстановленных дисперсий МПК. Сухие концентраты молочного белка готовили из обезжиренного молока, подкисленного до рН 6,0 путем добавления глюконо-δ-лактона, а затем концентрировали с использованием ультрафильтрации (УФ) и диафильтрации (ДФ). Изучали термостабильность восстановленных дисперсий МПК, определяя время тепловой коагуляции, размер частиц, мутность, вязкость, растворимый и коллоидный кальций и фосфат, неосаждаемый казеин до и после нагревания при 120°С. Восстановленные порошки КМБ, изготовленные из частично подкисленного обезжиренного молока, содержали меньше растворимого кальция и фосфатов и проявляли очень низкую термостабильность по сравнению с порошками КМБ, приготовленными из обезжиренного молока при его естественном рН. Термическая стабильность подкисленных дисперсий МПК была не только восстановлена ​​за счет восстановления рН и состава сыворотки путем диализа против обезжиренного молока, но и улучшена по сравнению с контрольными дисперсиями МПК. Все диализованные образцы имели сопоставимые рН, содержание белка и концентрацию кальция и фосфата, но структура мицелл казеина была изменена, что вызвало различия в типе растворимых агрегатов. Сделан вывод, что целостность казеиновых мицелл и количество диссоциированных, неосаждаемых казеинов играют основную роль в определении термостабильности дисперсий МПК.


Ключевые слова:

Истощение кальция; казеин; термостабильность; концентрат молочного белка; Неосаждаемый белок; Состав сыворотки.

Copyright © 2017. Опубликовано Elsevier Ltd.

Похожие статьи

  • Частичное истощение кальция во время мембранной фильтрации влияет на гелеобразование восстановленных концентратов молочного белка.

    Эшпари Х., Хименес-Флорес Р., Тонг П.С., Корредиг М.
    Эшпари Х. и др.
    Дж. Молочная наука. 2015 декабрь; 98 (12): 8454-63. doi: 10.3168/jds.2015-9856. Epub 2015 9 октября.
    Дж. Молочная наука. 2015.

    PMID: 26454287

  • Изменение физических свойств, растворимости и термостабильности концентратов молочного белка, приготовленных из частично подкисленного молока.

    Эшпари Х., Тонг П.С., Корредиг М.
    Эшпари Х. и др.
    Дж. Молочная наука. 2014 дек;97(12):7394-401. doi: 10.3168/jds.2014-8609. Epub 2014 29 октября.
    Дж. Молочная наука. 2014.

    PMID: 25459904

  • Влияние отрегулированного pH перед ультрафильтрацией обезжиренного молока на характеристики мембраны и физическую функциональность концентрата молочного белка.

    Луо Х, Васильевич Т., Рамчандран Л.
    Луо X и др.
    Дж. Молочная наука. 2016 Февраль; 99 (2): 1083-1094. doi: 10.3168/jds.2015-9842. Epub 2015 10 декабря.
    Дж. Молочная наука. 2016.

    PMID: 26686705

  • Нерастворимость в концентратах молочного белка: потенциальные причины и стратегии по минимизации ее возникновения.

    Кхалези М., Фитцджеральд Р.Дж.
    Халеси М. и др.
    Crit Rev Food Sci Nutr. 2022;62(25):6973-6989. дои: 10.1080/10408398.2021.1908955. Epub 2021 15 апр.
    Crit Rev Food Sci Nutr. 2022.

    PMID: 33856251

    Обзор.

  • Приглашенный обзор: Понимание поведения казеинов в молочных концентратах.

    Корредиг М., Наир П.К., Ли И., Эшпари Х., Чжао З.
    Корредиг М. и др.
    Дж. Молочная наука. 2019 июнь; 102 (6): 4772-4782. doi: 10.3168/jds.2018-15943. Epub 2019 10 апр.
    Дж. Молочная наука. 2019.

    PMID: 30981474

    Обзор.

Посмотреть все похожие статьи

Типы публикаций

термины MeSH

вещества

Теплостойкость молока с добавлением хлорида кальция

. 2012 Апрель; 95 (4): 1623-31.

doi: 10.3168/jds.2011-4697.

N На-Номинал
1
 , A S Grandison, M J Lewis

принадлежность

  • 1 Департамент наук о пищевых продуктах и ​​питании, Университет Рединга, Уайтнайтс, а/я 226, Рединг RG6 6AP, Великобритания.

  • PMID:

    22459810

  • DOI:

    10.3168/jds.2011-4697

Бесплатная статья

N Он-Ном и др.

Дж. Молочная наука.

2012 Апрель

Бесплатная статья

. 2012 Апрель; 95 (4): 1623-31.

doi: 10.3168/jds.2011-4697.

Авторы

Н Ном.
1
 , А. С. Грандисон, М. Дж. Льюис

принадлежность

  • 1 Департамент наук о пищевых продуктах и ​​питании, Университет Рединга, Уайтнайтс, а/я 226, Рединг RG6 6AP, Великобритания.

  • PMID:

    22459810

  • DOI:

    10.3168/jds.2011-4697

Абстрактный

Хлорид кальция (0-25 мМ) добавляли к сухому обезжиренному молоку, которое восстанавливали до общего содержания сухих веществ 9%. Термостабильность оценивали при температуре от 60 до 120°C в разное время, наблюдая за коагуляцией образцов и измеряя количество осадка и остаточного белка в центрифугированном супернатанте. Образцы молока также подвергались диализу во время соответствующей термической обработки для извлечения растворимой фазы при различных температурах для измерения pH и ионного кальция. Установлены переходные условия между хорошей и плохой термостойкостью для различных концентраций хлорида кальция и температур. По мере повышения температуры коагуляция происходила при более низких количествах добавляемого хлорида кальция. Переход был совершенно отчетливым при более высоких температурах, но менее отчетливым при более низких температурах; это было инициировано увеличением образования осадка до образования прочного коагулята. Как pH, так и ионный кальций снижались в диализатах по мере повышения температуры. Коагуляции не наблюдалось, если Ca(2+) был <0,5 мМ и pH был >6,3 в диализатах, взятых при соответствующих температурах коагуляции. Возможность измерять pH и ионный кальций при высоких температурах позволит лучше понять факторы, влияющие на термостабильность. Электрофорез супернатантов позволил идентифицировать белковые фракции, участвующие в процессе коагуляции. При наблюдении коагуляции ниже 80°С в супернатанте обнаруживались значительные количества неденатурированного β-лактоглобулина и α-лактальбумина, а также некоторые фракции растворимого казеина. Все основные фракции сывороточного белка и казеина были обнаружены в осадке.

Авторское право © 2012 Американская ассоциация молочной науки. Опубликовано Elsevier Inc. Все права защищены.

Похожие статьи

  • Измерение ионного кальция, рН и растворимых двухвалентных катионов в молоке при высокой температуре.

    Он-ном Н., Грандисон А.С., Льюис М.Дж.
    Он-ном Н. и соавт.
    Дж. Молочная наука. 2010 февраль;93(2):515-23. doi: 10.3168/jds.2009-2634.
    Дж. Молочная наука. 2010.

    PMID: 20105523

  • Возможность использования диализа для определения концентрации ионов кальция и pH в соевом молоке, обогащенном кальцием, при высокой температуре.

    Патомрунгсиёнгул П., Грандисон А.С., Льюис М.
    Pathomrungsiyounggul P, et al.
    Дж. Пищевая наука. 2012 Январь; 77 (1): E10-6. doi: 10.1111/j.1750-3841.2011.02436.x. Epub 2011 1 ноября.
    Дж. Пищевая наука. 2012.

    PMID: 22260105

  • Термостабильность восстановленного сухого обезжиренного молока со стандартизированным белком.

    Сиканд В., Тонг П.С., Уокер Дж.
    Сиканд В. и др.
    Дж. Молочная наука. 2010 декабрь; 93 (12): 5561-71. doi: 10.3168/jds.2010-3128.
    Дж. Молочная наука. 2010.

    PMID: 21094728

  • Приглашенный обзор: Термостабильность молока и концентрированного молока: прошлые, настоящие и будущие цели исследований.

    Дамплер Дж., Хупперц Т., Кулозик У.
    Дамплер Дж. и др.
    Дж. Молочная наука. 2020 декабрь;103(12):10986-11007. doi: 10.3168/jds.2020-18605. Epub 2020 9 октября.
    Дж. Молочная наука. 2020.

    PMID: 33041027

    Обзор.