Научно-исследовательский институт детского питания Российской академии сельскохозяйственных наук ( ниидп россельхозакадемии ) Симоненко Сергей Владимирович научные аспекты переработки козьего молока и получения продуктов общего и специального назначения
| Вид материала | Автореферат |
- Теоретическое обоснование и практическая реализация технологий гидролизатов молочных, 1009.5kb.
- Эффективность использования новых биологически активных добавок в яичном птицеводстве, 609.3kb.
- Князев Сергей Дмитриевич доктор сельскохозяйственных наук, профессор Сорокопудов Владимир, 1022.39kb.
- Научно-практическое обоснование повышения адаптационных способностей и мясной продуктивности, 1181.25kb.
- Насекомые-вредители запасов семян подсолнечника и меры борьбы с ними в условиях краснодарского, 425.52kb.
- Научное обоснование и промышленная реализация инновационных технологий санитарной обработки, 689.02kb.
- Особенности развития трутней в пчелиных семьях apis mellifera L. На территории краснодарского, 497.31kb.
- Удк 631. 15: 33 Организационно-технологические приемы, обеспечивающие повышение эффективности, 482.48kb.
- Учебное пособие для студентов, обучающихся по специальности 260502 «Технология продуктов, 2230kb.
- Черно-пестрой породы, 1247.62kb.
Важной проблемой является высокая микробиальная обсемененность и содержание соматических клеток в козьем молоке-сырье.
В процессе исследований рассмотрены возможности снижения этих показателей за счет использования процессов бактофугирования, микрофильтрации, ультрафиолетового излучения и термической обработки.
На первом этапе в лабораторных условиях были проведены исследования возможности снижения бактериальной обсемененности и содержания соматических клеток и оценки обезжиривания молока-сырья с использованием сепаратора-сливкоотделителя с разделяющим фактором 2514 м3/с2.
Разделяющий фактор рассчитывался по формуле:
Ф = ω2ztgα(R3-r3), (1)
где ω = πn/30 - угловая скорость, рад/с; z – количество рабочих тарелок, α – угол наклона образующей тарелки, град; R и r – соответственно наибольший и наименьший радиусы тарелок, м · 10 -2.
Эффективность обезжиривания оценивалась по формуле, выведенной из формулы материального баланса:
Эф = 100%·Жс(Жм–Жо)/Жм(Жс–Жо), (2)
где Жс – содержание жира в сливках, %; Жм – содержание жира в исходном молоке; %; Жо – содержание жира в обезжиренном молоке, %.
Эффективность очистки от соматических клеток определялась:
Эсом = 100%·(М1–М2)/М1, (3)
где: М1 и М2 – количество соматических клеток соответственно в исходном и обезжиренном молоке.
Результаты проведенных экспериментов показали, что наиболее оптимальный результат был получен при производительности сепаратора 0,06 м3/с и температуре сепарирования 55 ± 1°С. Эффективность обезжиривания при этих параметрах составила 96% с одновременной очисткой обезжиренного молока от соматических клеток более 90%.
Как показали расчеты и результаты экспериментов, производительность промышленных сепараторов при обработке козьего молока на практике целесообразно снижать примерно на 8 %, что связано с более высокой дисперсностью жировых шариков в козьем молоке по сравнению с коровьим.
Полученные результаты, представленные на рис. 11, свидетельствуют о том, что сепараторы обеспечивают сравнительно незначительное снижение бактериальной обсемененности козьего молока-сырья. В то же время, как показали исследования, их использование позволяет в существенной степени снизить содержание соматических клеток в козьем молоке-сырье. При проведении дальнейших исследований по изучению процесса бактофугирования козьего молока использовался модифицированный сепаратор-сливкоотделитель Ж5-ОСБ. В целях использования данного сепаратора в качестве бактофуги в конструкцию базовой модели был внесен ряд конструктивных изменений. В частности, были перенесены питающие каналы в пакете тарелок, установлен ограничитель расхода «тяжелой» фазы, видоизменена схема потока молока в барабане сепаратора. Данному сепаратору-бактофуге присвоена марка Ж5-OCЦП 1 (М). Результаты испытаний показали, что при оптимальной температуре бактофугирования 50÷55°С производительность его составляла 100 л/ч, обеспечивая в среднем снижение количества соматических клеток в 160 раз и общего количества микроорганизмов в 2,5 раза.
Рис. 11. Эффективность микробиологической очистки козьего молока в зависимости от режима работы сепаратора-бактофуги:
1 – 20–23 л/ч; 2 – 42–45 л/ч; 3 – 60–65 л/ч
Другим эффективным способом снижения бактериальной обсемененности и содержания соматических клеток является микрофильтрация. В таб. 1 представлены средние значения физико-химических показателей образцов, полученных в процессе микрофильтрации при температуре 51± 2°С.
Таблица 1. Средние значения физико-химических показателей образцов обезжиренного и микрофильтрованного козьего молока
| Наименование показателя | Исследуемая система | |
| Обезжиренное молоко | Микрофильтрованное молоко | |
| Активная кислотность, рН | 6,66±0,6 | 6,64±0,36 |
| Титруемая кислотность, ºТ | 17,0±1,0 | 17,0±1,1 |
| М.д. сухих веществ, % | 8,56±0,65 | 8,25±0,62 |
| М.д. жира, % | 0,06±0,008 | 0 |
| М.д. белка, % | 3,14±0,21 | 3,05±0,2 |
| М.д. лактозы, % | 4,54±0,23 | 4,39±0,21 |
| Минеральные вещества, % | 0,82±0,04 | 0,81±0,04 |
Из представленных данных видно, что в общем количестве потерь сухих веществ в процессе микрофильтрации (0,31%) на белок приходится 0,09%, на лактозу – 0,15%, на жир – 0,06% и на минеральные вещества – 0,01% соответственно. В общем случае отмеченные потери не являются существенными и незначительно снижают пищевую ценность полученного микрофильтрованного обезжиренного молока.
Эффективность процесса микрофильтрации оценивалась по разнице микробиологической обсемененности исходного обезжиренного молока и полученных из него фильтратов. Выявлено, что снижение показателя микробиологической обсемененности произошло в среднем на 3 порядка. Соматические клетки удалялись практически полностью. Полученные данные представлены в табл. 2.
Таблица 2. Средние значения микробиологической обсемененности образцов обезжиренного молока, микрофильтратов и микроконцентратов
| Наименование образца | Содержание микроорганизмов КМАФАнМ, КОЕ/см3(г) | Содержание соматических клеток см3(г) |
| Исходное обезжиренное молоко | 1,8·106 | 9·104 |
| Микрофильтрат | 1,7·103 | 0 |
| Микроконцентрат | 1,2·107 | 9·104 |
Полученные результаты свидетельствуют о перспективности и важности практического использования микрофильтрации для очистки козьего молока, что позволяет перейти на низкотемпературные режимы пастеризации, обеспечивающей повышенное содержание нативных белков в продуктах переработки.
Экспериментальное исследование ультрафиолетовой (УФ) обработки оказывает воздействие на бактериальную обсемененность и влияет на состав белкового компонента козьего молока.
В процессе исследований использовалась установка, обеспечивающая расход молока 4 л/ч по циркуляционному контуру. Это позволяло подвергать исследуемое молоко различным временным интервалам обработки. Установка была снабжена источником УФ-излучения общей мощностью 15 Вт (мощность по УФ-излучению – 5 Вт), данные представлены в таб. 3.
Таблица 3. Микробиологическая оценка образцов козьего молока,
подвергнутых УФ-обработке
| № образца | Наименование образца, время бактерицидной обработки, мин | Микробиологическая характеристика |
| КМАФАнМ, КОЕ/см3(г) | ||
| 1 | Контроль (без обработки) | 2,1·107 |
| 2 | 12 | 1,5·107 |
| 3 | 18 | 1,4·107 |
| 4 | 24 | 7,4·106 |
| 5 | 30 | 6,3·106 |
| 6 | 36 | 4,5·105 |
Полученные данные свидетельствуют о том, что начальная микробиологическая загрязненность использованного козьего молока превышала установленные нормы российского законодательства, в которых значение предельно допустимой микробиологической обсемененности для молока-сырья второго сорта установлено на уровне 4·106 КОЕ/см3(г). Для производства продуктов для детей допустимо использовать молоко с микробиологической обсемененностью не выше 5·105 КОЕ/см3(г).
В результате проведенной ультрафиолетовой обработки было достигнуто существенное снижение микробиологической обсемененности, а БГКП отсутствовали при достижении ее длительности 36 мин. Полученные данные характеризуют эффективность бактерицидного действия ультрафиолетового излучения для принятых в эксперименте режимов обработки.
Для оценки воздействия ультрафиолетового излучения на белки козьего молока проведены исследования фракционного состава сывороточных белков.
При анализе полученных результатов было установлено, что при используемых режимах обработки молока ультрафиолетовым излучением электрофоретическая подвижность белков молока и молочной сыворотки не изменяется.
Поликомпонентный состав казеиновой фракции проанализирован с помощью электрофореза в полиакриламидном геле в присутствии додецилсульфата натрия. Содержание основных сывороточных белков козьего молока: β-лг и α-ла – аналогично контрольному образцу. Однако анализ высокомолекулярных белков молочной сыворотки: козьего сывороточного альбумина, лактоферрина, иммуноглобулинов и других требовал более тонкого разделения указанной высокомолекулярной фракции. Результаты этого исследования представлены на рис. 12. Согласно полученным данным после обработки козьего молока УФ-излучением наблюдалось снижение содержания лактоферрина в сыворотках. При используемых режимах УФ-воздействия количество лактоферрина в молочной сыворотке уменьшается на 10% в результате обработки в течение 24 мин и на 20% при увеличении времени облучения до 34 мин. Другие высокомолекулярные сывороточные белки обнаружены в количествах, аналогичных контрольному образцу.
Рис. 12. Содержание лактоферрина в образцах молочной сыворотки в зависимости от продолжительности воздействия ультрафиолетовым изучением
Данные исследования в целом позволили установить, что УФ-обработка козьего молока оказывает положительное воздействие на его микробиологическую характеристику и приводит к незначительному изменению нативной структуры лактоферрина, 20% которого взаимодействует с казеином и осаждается при обработке кислотой.
В то же время ультрафиолетовое воздействие на белки козьего молока при данных режимах не влияет на глубину их протеолиза ферментами желудочно-кишечного тракта. Следовательно, усвояемость обработанных УФ-излучением белков козьего молока не меняется.
Известно, что усвояемость молочных белков организмом человека зависит от температурной обработки молока-сырья и от эффективности их гидролиза протеолитическими ферментами пищеварительного тракта. Температурная обработка может влиять и на аллергенность белковых компонентов. Проведены исследования влияния температуры на физико-химические свойства козьего молока, молочной сыворотки и гидрализатов при осуществлении ферментативного гидролиза белков козьего молока под действием основных протеаз желудочно-кишечного тракта – пепсина и трипсина.
Результаты электрофоретического анализа состава белков козьего молока и сыворотки при разных значениях рН и условиях термообработки представлены на рис. 13. В этих опытах образцы козьего молока и сыворотки выдерживались при температурах в диапазоне 50–900С в течение 10 мин.
На рис. 13 белковый состав кислой и нейтральной сыворотки практически не отличается, за исключением наличия следов казеина в сыворотке с рН 4,5 (трек 1). В то же время процесс нейтрализации, следующий за кислотной коагуляцией казеина, приводит к полному удалению казеиновой фракции из сыворотки козьего молока (трек 2).
1 – исходная сыворотка козьего молока при рН 4,5 и 2 – рН 6,71;
3 – сыворотка козьего молока при рН 6,71, выдержанная при 50° С; 4–60°С;
5 –70°С; 6 –80°С; 7 – 90°С;
8 –обезжиренное козье молоко;
9 –обезжиренное козье молоко, выдержанное при 70°С; 10 – 80°С; 11 – 90°С
Рис. 13. Электрофореграмма нативных белков козьего молока и сыворотки при различных значениях рН и условий термообработки
Выдерживание образцов молока и сыворотки при температуре 50–700С практически не влияет на их белковый состав (рис.13, треки 3,4,5). Дальнейшее повышение температуры выше 700С (трек 6) до 900С (треки 7 и 11) приводит к денатурации сывороточных белков.
Для изучения воздействия ферментативного гидролиза на структуру и свойства гидролизатов молочных белков, белки обезжиренного козьего молока и его сыворотки выдерживались при разных температурных режимах с последующей инкубацией с пепсином. Результаты этого исследования представлены на рис. 14 и 15.
Наиболее подверженной гидролизу пепсином является казеиновая фракция козьего молока. Протеолиз казеинов протекает с одинаковой эффективностью, вне зависимости от температуры обработки молока перед проведением реакции в интервале температур 50–900С (рис. 14).
При концентрации фермента 0,0015% казеиновая фракция гидролизуется на 63%, а увеличение концентрации фермента в реакционной смеси до 0,015% приводит к практически полному расщеплению казеинов в козьем молоке уже при 360С.
β-Лг в условиях этого опыта ведет себя иначе: белок не подвергается протеолизу при используемой концентрации фермента 0,0015% в интервале температур 50–900 С.
Повышение концентрации пепсина до 0,015% приводит к тому, что этот белок начинает гидролизоваться при температуре выше 700С.
Рис. 14. Зависимость влияния термической обработки казеина и
β-лактоглобулина обезжиренного молока на глубину их гидролиза пепсином
α-Ла также легко подвергается протеолизу, как и казеин (рис. 15, А и Б). Уже при температуре 360С протеолиз α-лактоальбумина под действием пепсина в концентрации 0,0015% протекает на 65%, а при концентрации фермента 0,015% гидролизуется более 80% этого белка. Термообработка молока в интервале температур 70–900 С приводит к полному гидролизу этого белка.
А – электрофореграмма белков сыворотки козьего молока и продуктов их гидролиза пепсином:
1 – исходная сыворотка; 2 – сыворотка, обработанная 0,0015 % пепсином без предварительного нагревания и 3 – при нагревании до 50° С, 4 – 60° С, 5 – 70° С, 6 – 80° С, 7 – 90 °С; 8 – сыворотка, обработанная 0,015%-ным пепсином без предварительного нагревания и
9 – при нагревании до 50° С, 10 – 60° С, 11 – 70° С, 12 – 80° С, 13 – 90° С
I – сывороточный альбумин; II – казеин; III – β-лактоглобулин; IV – α-лактоальбумин.
Б – зависимость влияния термической обработки сывороточных
α-лактоальбумина и β-лактоглобулина сыворотки козьего молока на глубину гидролиза пепсином
Рис. 15.Электрофореграмма белков сыворотки козьего молока (А). Зависимость влияния термической обработки сывороточных α-лактоальбумина и
β-лактоглобулина на глубину их гидролиза пепсином (Б)
Суммируя результаты исследования, представленные на рис. 14 и 15, можно сделать вывод, что казеин и α-ла легко подвергаются протеолизу под действием пепсина при температуре 360С. Термообработка молока при температуре выше 700С приводит к практически полной деструкции этих белков. Можно предположить, что низкая по сравнению с коровьим молоком аллергенность казеинов козьего молока объясняется их интенсивным гидролизом под воздействием пепсина, являющегося основным пищеварительным ферментом.
β-Лг более устойчив к действию ферментов. Характер расщепления β-лг в сыворотке практически идентичен ходу протеолиза этого белка в обезжиренном козьем молоке. Деструкция β-лг происходит только после термообработки сыворотки выше 700С.
Проведенные исследования показали, что термообработка козьего молока при температурах выше 700С приводит к денатурации белков, в результате чего они практически полностью гидролизуются под действием пепсина, что свидетельствует о повышении усвояемости молока. Это явление учитывалось при подборе режимов пастеризации.
Для определения антигенных свойств сывороточных белков козьего молока, подвергавшихся термообработке, использовали метод двойной радиальной иммунодиффузии в агаровом геле (по Ухтерлони). Результаты этого исследования представлены на рис. 16.
1 – исходная козья сыворотка; 2 – сыворотка нагретая до 50°С; 3 – 60°С;
4 – 70°С; 5 – 80°С; 6 – 90°С; 7 А – антисыворотка против β-лактоглобулина;
7Б – антисыворотка против α-лактальбумина и БСА
Рис. 16. Двойная радиальная иммунодиффузия в агаровом геле сывороточных белков, подвергнутых термообработке
Согласно полученным данным антигенные свойства β-лг не претерпевают существенных изменений при тепловой обработке козьей сыворотки в диапазоне 50–70°С (рис. 16А, лунки 1–4), тогда как в результате ее инкубации при 80–90°С преципитат не выявляется (рис. 16А, лунки 5–6). При этих температурах происходит термическая денатурация β-лг, в результате которой образования комплекса антиген-антитело (АГ– АТ) не происходит. Эти изменения конформации белка ведут к появлению новых мест для протеолиза β-лг пепсином, что приводит к значительному гидролизу этого белка, как было показано ранее (рис. 14, 15). Таким образом, термическая обработка козьего молока приводит к денатурации β-лг, что улучшает его усвояемость и снижает аллергенность этого белка.
Исследование влияния термической обработки α-лактальбумина на его иммунореактивность (рис. 16Б) выявило, что при всех исследуемых диапазонах температур этот белок сохраняет свои антигенные детерминанты, образуя преципитат с анти-α-ла, в то время как сывороточный альбумин денатурирует при нагревании выше 700С. Аналогичные исследования, проведенные при термической обработке сыворотки коровьего молока, показали, что частичное снижение иммунореактивности α-лактальбумина наблюдается после температурной обработки выше 900С, а бычьего сывороточного альбумина, как и у козьего, – выше 700С. Для β-лг коровьего молока термическая обработка в диапазоне 90–1000С лишь частично снижает его способность связывать антитела в реакции двойной иммунодиффузии. Это свидетельствует о повышенной термостабильности белков сыворотки коровьего молока по сравнению с белками козьего молока и о том, что сопоставимое снижение аллергенности сывороточных белков козьего молока по сравнению с коровьим наблюдается при существенно более низких температурах термической обработки.
Антигенные свойства гидролизатов козьей молочной сыворотки, полученных с использованием пепсина, были также изучены с помощью метода двойной радиальной иммунодиффузии (рис. 17).
1 – исходная козья сыворотка; 2 – гидролизат, полученный после термообработки сыворотки при 50°С; 3 – 60°С; 4 – 70°С; 5 – 80° С; 6 – 90°С;А, Б: 7 - центральная лунка – анти-β-лактоглобулин; В, Г: 7 – центральная лунка – анти-α-лактальбумин
Рис. 17. Двойная радиальная иммунодиффузия (по Ухтерлони) гидролизатов сывороточных белков пепсином 0,0015 % (А и В) и 0,015% (Б и Г) после термообработки, с использованием антисыворотки против
β-лактоглобулина (А, Б) и α-лактальбумина (В, Г)
Как видно на рис. 17 (А, Б), гидролизаты β-лактоглобулина, подвергшегося термообработке при 50–70°С, сохраняют антигенные детерминанты, и как можно предположить, свои аллергенные свойства. Дальнейшее повышение температуры от 70 до 90°С приводит к полной потере этим белком антигенных детерминант и комплекса АГ-АТ не образуется, что должно привести к снижению его аллергенности.
Пепсиновые гидролизаты α-лактальбумина, исследованные в этих же условиях (рис. 17, В и Г), теряют способность связываться с анти-α-ла при его термообработке уже при 50°С.
Установлено, что при термической обработке сыворотки козьего молока в температурном диапазоне 80–90°С β-лг претерпевает существенные конформационные изменения, затрагивающие области антигенных детерминант. Эти изменения приводят также к более глубокому гидролизу этого белка пепсином, в результате чего существенно теряется его иммунореактивность – способность связывать антитела и образовывать преципитат в реакции двойной иммунодиффузии. Термическая обработка в указанных диапазонах приводит не только к увеличению усвояемости белков сыворотки, но и к снижению их аллергенности.
Кроме того, была изучена эффективность расщепления основных белков козьего молока другой протеазой – трипсином. В отличие от пепсина, который является неспецифической протеиназой, трипсин катализирует гидролиз пептидных связей, образованных остатками основных аминокислот – аргинина и лизина. Результаты исследований представлены на рис. 18.
Б
Б
Рис. 18. Степень гидролиза трипсином белков козьего молока в зависимости от температуры
Как следует из представленных результатов, при добавлении 0,02 % трипсина к молочным белкам, подвергшимся термообработке при 50–700С, происходит гидролиз половины от общего количества казеина, имеющегося в смеси, в то время как количество других белковых компонентов при этих условиях остается неизменным. Увеличение концентрации трипсина до 0,25% приводит к практически полному протеолизу казеина (92 %).
Сывороточный альбумин в этих условиях гидролизуется только после термообработки выше 700С.
β-Лг гидролизуется лишь на 43%, в условиях присутствия 0,02% трипсина и температуры прогрева молока выше 700С. Повышение концентрации трипсина до 0,25%, приводит в этих условиях к сохранению лишь 17 % его нативной структуры. Таким образом, казеиновая фракция белков козьего молока полностью гидролизуется трипсином, а β-лг является наиболее устойчивым компонентом к трипсиновому протеолизу. Следует отметить, что аналогичная зависимость обнаружена при действии трипсина на протеины коровьего молока.
Установлено, что с повышением температуры обработки козьего молока изменяется состав продуктов гидролиза молочных белков трипсином в сторону снижения их молекулярной массы.
Для получения более ясного представления об эффективности действия трипсина на исследуемые белки из козьего молока был удален казеин методом кислотной коагуляции. Полученную сыворотку обрабатывали трипсином и исследовали с помощью электрофореза в полиакриламидном геле в присутствии додецилсульфата натрия (рис. 19).
Рис. 19. Степень гидролиза трипсином белков сыворотки козьего молока в зависимости от температуры
Оказалось, что при концентрации фермента в 0,02% практически не происходит расщепления α-лактальбумина, β-лактоглобулина и сывороточного альбумина. Увеличение концентрации трипсина до 0,25% приводит к полному гидролизу двух последних белковых субстратов и частичному расщеплению α-лактальбумина (70%).
Нагревание сыворотки до 60ºС не влияет на эффективность гидролиза ее основных компонентов. Однако при возрастании температуры обработки до 70ºС наблюдается увеличение степени гидролиза протеинов сыворотки козьего молока (рис. 19). Особенно ярко этот эффект выражен для сывороточного альбумина, который интенсивно расщепляется при невысоких концентрациях трипсина в условиях предварительной обработки при температуре свыше 60ºС. При нагревании сыворотки до 800С и последующем внесении в нее 0,02% трипсина наблюдается полный гидролиз сывороточного альбумина.
Наибольшую устойчивость по отношению к трипсину в сыворотке козьего молока проявляет α-ла. При температурах предварительной обработки свыше 70ºС и высоких концентрациях фермента происходит полное расщепление основных сывороточных белков.
Проведенные нами исследования в сопоставлении с данными других авторов, исследовавших вопросы аллергенности коровьего молока, показывают наличие общей тенденции, свидетельствующей о том, что термическая обработка как козьего, так и коровьего молока снижает аллергенность белков, входящих в их состав. Учитывая низкую устойчивость белков козьего молока при термической обработке по сравнению с белками коровьего молока, следует ожидать, что процесс термической обработки приведет к более глубокому гидролизу белков козьего молока ферментами желудочно-кишечного тракта. Это повлечет снижение аллергенности продуктов гидролиза за счет ферментативного расщепления антигенных детерминант белков молока. С другой стороны, равнозначные значения снижения аллергенности козьего молока по сравнению с коровьим можно обеспечить при более низких параметрах температурной обработки.
Для подтверждения данной гипотезы был проведен дополнительный анализ антигенных свойств сывороточных белков козьего молока и их трипсиновых гидролизатов при разных температурных режимах с использованием метода двойной радиальной иммунодиффузии (по Ухтерлони). Результаты этого исследования представлены на рис. 20.
Как видно из рис. 20А, обработка трипсином в концентрации 0,02% сывороточных белков козьего молока после их термообработки приводит к частичной деструкции антигенных детерминант β-лактоглобулина при нагреве, выше 700С.
При гидролизе сывороточных белков 0,25% трипсином β-лактоглобулина настолько полно гидролизуется, что полученные пептиды не образуют комплекс АГ-АТ во всех температурных режимах предварительной обработки сыворотки козьего молока (рис. 20 Б, лунки 2-6). Эти результаты хорошо согласуются с ранее полученными электрофоретическими исследованиями, где было показано, что β-лактоглобулин денатурирует на 20% под действием 0,025% трипсина лишь при нагреве выше 700С. Эти исследования показали, что снижение аллергенности β-лактоглобулина козьего молока и повышение его усвояемости может быть достигнуто путем термической обработки сыворотки при температурах выше 800 С.
Иммунограммы сывороточного альбумина и α-лактальбумина (рис. 20, В и Г) показывают, что α-ла более устойчив к действию трипсина в выбранных условиях, что также согласуется с результатами, представленными на рис. 19.
1 – исходная козья сыворотка; 2 – гидролизат, полученный без предварительной термообра-ботки сыворотки и при ее нагревании до 50°С; 3 – 60°С; 4 – 70°С; 5 – 80°С; 6 – 90°С;
А: 0,02% трипсина; Б: 0,25% трипсина; центральная лунка - анти-β-лактоглобулин
В: 0,02% трипсина; Г: 0,25% трипсина; центральная лунка – анти-α-лактальбумин + анти-БСА
Рис. 20. Двойная радиальная иммунодиффузия продуктов гидролиза трипсином сывороточных белков после их термообработки
Суммируя результаты вышеприведенных исследований, можно сделать следующие обобщения:
- под действием пепсина и трипсина легко расщепляются казеины козьего молока, в то время как сывороточные белки более устойчивы к действию данных пищеварительных ферментов;
- проведение термической обработки значительно повышает степень гидролиза основных белковых компонентов козьего молока и сыворотки, что положительным образом отражается на снижении аллергенности и усвояемости полученных продуктов на их основе в отличие от белков коровьего молока, для которых достижение подобных эффектов возможно при более высоких температурах (свыше 900С);
- воздействие на белки молочной сыворотки козьего молока температур 80–900С приводит к частичной потере их антигенных свойств. В то же время не удается достигнуть полной потери иммунореактивности некоторых сывороточных белков даже после их гидролиза трипсином в условиях термической обработки. Термическая обработка сыворотки коровьего молока требует более высоких температур (свыше 900С) для достижения подобных эффектов.
Таким образом, полученные результаты позволяют более обоснованно подходить к рациональному подбору режимов термизации и пастеризации не только с позиции снижения бактериальной обсемененности продуктов, но и в целях направленного регулирования процесса снижения их аллергенного потенциала и повышения усвояемости.
С учетом положительного влияния термической обработки на эффективность протеолиза и снижения аллергенности белков, были проведены исследования по ее влиянию на микробиологическую загрязненность сырого козьего молока. Эксперименты осуществлялись при температурах 52÷680С и длительности обработки 3÷300с, что несколько перекрывало по своему диапазону общепринятый режим термизации (60÷680С с выдержкой 30с). Планирование эксперимента осуществлялось с помощью метода Бокса-Уилсона. Параметрами оптимизации являлось наличие фосфатазы в обработанном молоке и снижение микробиологической загрязненности на 75%. Факторами процесса являлись температура и время обработки молока (табл. 4).
Таблица 4. Влияние параметров на общее содержание микроорганизмов и
наличие фосфатазы в козьем молоке
| Температура термизации, С | Параметры | Продолжительность термизации, с. | |||||
| 3 | 15 | 30 | 60 | 180 | 300 | ||
| 52 | КОЕ/см3(г) | 8*106 | 5*106 | 3*106 | 2,5*106 | 9*105 | 7*105 |
| фосфатаза | да | да | да | да | да | да | |
| код отклика | -1 | -1 | -1 | -1 | 0 | 0 | |
| 56 | КОЕ/см3(г) | 4,5*106 | 3*106 | 3*106 | 8,5*105 | 5*105 | 3*105 |
| фосфатаза | да | да | да | да | да | да | |
| код отклика | -1 | -1 | -1 | 0 | 0 | 0 | |
| 60 | КОЕ/см3(г) | 3*106 | 1*106 | 7*105 | 1*105 | 1*105 | 9*104 |
| фосфатаза | да | да | да | да | да | Да | |
| код отклика | -1 | -1 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| 64 | КОЕ/см3(г) | 7*105 | 5*105 | 3,5*105 | 4*104 | 8*104 | 8*104 |
| фосфатаза | да | да | да | да | нет | Нет | |
| код отклика | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | |
| 68 | КОЕ/см3(г) | 5,5*105 | 5*105 | 2*105 | 9*104 | 7*104 | 5*104 |
| фосфатаза | да | да | да | да | нет | нет | |
| код отклика | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | |
В процессе обработки результатов экспериментов пользовались следующей кодировкой откликов:
- 1 – фосфатаза присутствует, снижение общего содержания микроорганизмов (м/о) менее 75 %;
- 0 – фосфатаза присутствует, снижение общего содержания м/о на 75% и более;
- 1 – фосфатаза отсутствует, снижение общего содержания м/о на 75% и более.
Наличие фосфатазы в таблице обозначено индексом «да» или «нет».
Результаты экспериментов свидетельствуют, что термизация является эффективным приемом, позволяющим повысить качество сырого козьего молока, снижая его микробиологическую загрязненность и не затрагивая денатурационные изменения его белковой фазы.
Проведенные исследования позволили подойти к выявлению рациональных режимов пастеризации козьего молока. При этом было показано, что наиболее существенные конформационные изменения белковой фазы начинаются с температуры 68±2ºС, положительно влияя на термостойкость молока, и существенно возрастают, начиная с температуры выше 76ºС .
Кроме этого, тепловая стабильность белков козьего молока вследствие низкого содержания казеиновой фракции будет неизбежно ниже, чем у коровьего молока.
С учетом указанных выше факторов были проведены исследования в широком диапазоне режимных параметров пастеризации. На первом этапе была осуществлена оценка термоустойчивости козьего молока-сырья. Было установлено, что с этих позиций нормальной титруемой кислотностью козьего молока является показатель в диапазоне 14÷17 ºТ. Уже при значениях титрируемой кислотности в пределах 19º Т и выше в ряде случаев происходила коагуляция белковой составляющей козьего молока при температурах выше 82ºС, что подтверждает ее сниженную термостойкость. Подобные образцы исключались из последующих экспериментов. Проведенные на первом этапе исследования показали, что предварительная температурная обработка молока в диапазоне температур 67 ÷70ºС оказывает положительное влияние на его надежное резервирование перед основными технологическими процессами переработки.
Исследования, характеризующие изменения свойств козьего молока, подвергающегося пастеризации в диапазоне температур 67÷92оС, подтвердили негативное влияние температурной обработки на витаминный состав козьего молока. В процессе пастеризации наблюдается тенденция снижения доли общего азота и повышение небелкового азота, однако эти изменения носят незначительный характер.
В целом величины указанных выше показателей в пастеризованном козьем молоке колебались в следующих диапазонах: массовая доля белка – 2,8÷3,2 %, общий азот – 0,32÷0,49 %, небелковый азот – 0,03÷0,081 %, свободные жирные кислоты – 0,021÷0,088 %, содержание кальция – 110,9÷127,6 мг/100г, содержание доступного лизина – 120,0÷219,4 мг/100г, содержание триптофана – 26,9÷38,9 мг/100г, содержание фосфора – 77,8÷80,3 мг/100г, содержание витамина А – 0,018 ÷1,38 мг/100г, содержание витамина С – 0,78÷1,21 мг/100г, содержание витамина Д – 0,0001÷0,008 мг/100г.
Практически все использованные режимы пастеризации обеспечивали получение продуктов, отвечающих требованиям «Технического регламента на молоко и молочную продукцию» (ТР).
Для оценки влияния параметров пастеризации на свойства козьего молока и выработанных из него йогурта и творога использовали сырье, со следующими физико-химическими показателями: массовая доля белка 3,15±0,21 %, жира – 3,36±0,05 %, лактозы 4,59±0,24 %, золы – 0,81±0,67 %, сухого вещества – 11,9±0,53 %.
Из козьего молока, подвергнутого различной температурной обработке, был выработан творог (tскваш. = 13÷15 ч, рН = 5,0) и йогурт (tскваш. = 5÷5,5 ч, рН = 4,56).
Результаты исследований показали, что кинетика сквашивания козьего молока отличается от коровьего более коротким временем начала процесса коагуляции. Другой отличительной чертой является более низкая вязкость сгустка, что имеет важное практическое значение при производстве кисломолочных продуктов.
Следует отметить, что эффективная вязкость творожного сгустка у различных образцов колебалась в довольно большом диапазоне, рН козьего молока в отличие от коровьего молока в процессе предварительного хранения изменяется быстрее. При этом положительное влияние на вязкостные свойства оказывает гомогенизация, позволяющая существенно повысить этот показатель.
Указанные выше данные в совокупности с ранее проведенными исследованиями объясняются в основном пониженным содержанием казеина в козьем молоке. Полученные данные по физико-химическим показателям творога и сыворотки (табл. 5) свидетельствуют о том, что значительная доля доступного лизина и особенно триптофана переходит в творог, а витамина С – в сыворотку из козьего молока.
Таблица 5. Физико-химические показатели образцов творога и сыворотки
| Наимено-вание образцов | Наименование показателей | ||||||||
| Массо-вая доля белка, % | Общий азот, % | Небелко- вый азот, % | Массо-вая доля лактозы, % | Массо-вая доля золы, % | Содер- жание Са, мг/100 г | Содер- жание Р, мг/100 г | Доступ- ный лизин мг/100 г | Содер- жание вита- мина С, мг/100 г | |
| Творог | 12,12 | 1,90 | 0,106 | 0,28 | 0,97 | 155,0 | 186,0 | 122,0 | 0,38 |
| Сыворотка | 0,82 | 0,13 | 0,069 | 3,69 | 0,78 | 67,3 | 72,5 | 52,6 | 1,06 |
Эффективная вязкость йогуртов, полученных из козьего молока, как показали результаты экспериментов, зависит от температурных режимов пастеризации (рис. 21).
Влияние температуры пастеризации на эффективную вязкость можно оценить следующей зависимостью
(4)
1000
Рис. 21. Эффективная вязкость йогуртов, полученных из козьего молока, с различной обработкой
Значения опытных коэффициентов и коэффициента корреляции представлены в табл. 6.
Таблица 6. Значения опытных коэффициентов в уравнении, характеризующем влияние температуры пастеризации на вязкость йогурта из козьего молока (нг и г – соответственно не гомогенизированное и гомогенизированное молоко)
| Показатель | Температура пастеризации, °С | |||||||
| 67(20 мин) | 76 (20 с) | 86 (без выдержки) | 92 (10 с) | |||||
| нг | г | нг | г | нг | г | нг | г | |
| опытный коэффициент, a | 144,89 | 70,29 | 85,01 | 90,648 | 176,79 | 500,58 | 365,56 | 322,38 |
| опытный коэффициент, в | -0,01 | -0,017 | -0,09 | -0,009 | -0,01 | -0,01 | -0,019 | -0,007 |
| коэффициент корреляции, R2 | 0,935 | 0,9173 | 0,6964 | 0,8267 | 0,8567 | 0,9099 | 0,8733 | 0,9746 |