Разработка технологии напитка из сыворотки

    Лактоза – это дисахарид, состоящий из остатков молекул моносахаров –  D-глюкозы в α-форме и D-галактозы в β-форме.

    Важно различать понятие неперевариваемости и лактазной недостаточности. Неперевариваемость – это нормальная физиологическая  реакция на потребление лактозы, у большинства людей и других млекопитающих характеризующаяся  неполным расщеплением лактозы в тонком кишечнике с попаданием некоторой части лактозы в толстый кишечник. Причины неперевариваемости лактозы до конца не выяснены. Известно, что при концентрации лактозы, превышающей активность лактазы,  наступает непереваривание. Согласно большинству научных данных, активность лактозного фермента регулируется главным образом на генетическом уровне. Помимо вышесказанного существуют достоверные данные о 10-20- кратном снижении лактазной активности у 75% населения Земли с младенческого до взрослого уровня в возрасте от 3 до 5 лет [5].

    Распространенность  лактазной недостаточности у  взрослых в различных регионах различна: Швеция, Дания – 3%; Финляндия, Швейцария  – 16%; Англия – 20-30%; Франция – 42%; страны Юго-Восточной Азии, афроамериканцы      США – 80-100%; Европейская часть России – 18-16%.

    Гидролиз  лактозы позволяет решить данную проблему. В результате гидролиза  получается смесь хорошо растворимых, легко усвояемых и хорошо сбраживаемых моносахаров (глюкозы и галактозы), что обуславливает тенденции для увеличения пищевых продуктов.

      Наиболее перспективным с точки  зрения технологичности процесса  и качества лактозных гидролизатов  является ферментативный гидролиз  с использованием иммобилизованных  ферментных препаратов таких  как: биокатализатор «Галактосин», ферментный препарат «Лактоканесцин», широко применяемые на российском рынке, а так же зарубежный биокатализатор фирмы «Valio» (Финляндия).

    Гидролизованная молочная сыворотка находит широкое  применение в пищевой промышленности.

    Финская молочная компания «Valio» – один из главных поставщиков молочных продуктов на мировом рынке, содержащих гидролизованную лактозу (на рынок России приходится более 25% экспорта «Valio»). «Фирма Valio» разработала и активно представляет на рынке широкий спектр молочных продуктов с гидролизованной лактозой  под торговой маркой HYLA, рекомендованных людям, страдающим непереносимостью лактозы.

    Использование сыворотки с гидролизованной  лактозой в хлебопекарной промышленности позволяет увеличить количество вносимой сыворотки, сократить количество и время брожения полуфабрикатов, улучшить физико-химические и органолептические показатели готового продукта.

    Гидролизованная молочная сыворотка применяется  при производстве напитков, пищевых  сиропов и подслащивающих веществ  для кондитерской промышленности. Улучшить положительные свойства гидролизованной молочной сыворотки можно путем ее дополнительной обработки. Например, в результате частичного автолиза клеток молочнокислых микроорганизмов и последующего ферментативного гидролиза лактозы и казеина, сыворотка содержит частично гидролизованный белок и аминокислоты, глюкозу и галактозу, нуклеиновые кислоты, витамины, макро- и микроэлементы,  живые культуры молочнокислых бактерий и ферменты. Данный продукт получил название гидролизованной молочной сыворотки, обогащенной лактатами    СГОЛ-1-40 (ТУ 9365-001 1169721-97) и находит широкое применение в хлебопекарной, макаронной, кондитерской и мясной промышленности, позволяя получить продукты функционального назначения, улучшая их качество и удлиняя сроки хранения.

    Анализ  приведенного материала позволяет  не только найти решение проблемы лактазной недостаточности, но и  выявить предпосылки для создания новых видов пищевого сырья, улучшения  качества продуктов питания на их основе.

    Преимуществами  ферментативного гидролиза лактозы является:

1. Специфичность препаратов β-галактозидазы по отношению к субстрату и, как следствие, более высокий выход продуктов гидролиза.
2. Наличие препаратов с рН-оптимумом действия близким к нормальным значениям рН различных видов лактозосодержащего сырья.
3. Возможность реализации процесса гидролиза в цехах по производству лактозы, сгущения и сушки, производства кисломолочных продуктов на базе имеющегося оборудования.

         Для эффективного применения ферментативного гидролиза лактозы  с использованием ферментных препаратов, этот процесс можно совмещать с электрофизическими методами, такими как электроактивирование и лазерная обработка молочного белково-углеводного сырья [3].

         В настоящее время  проведено обоснование выбора заквасочных  культур и наполнителей для производства напитков из пермеата молочной сыворотки. Реализуется исследование закономерностей ферментации лактозосодержащих сред с различным уровнем гидролиза лактозы культурами молочнокислых микроорганизмов, по результатам которых могут быть разработаны рецептуры и технологии ферментированных напитков из молочной сыворотки с гидролизованной лактозой. 

      1.2 Требования к сырью, средний состав сырья 

      1.2.1 Состав и свойства обезжиренного молока и молочной сыворотки

      Обезжиренное  молоко и молочная сыворотка являются ценным сырьем для производства различных продуктов питания. Основными и наиболее ценными компонентами вторичного молочного сырья являются липиды (молочный жир), белки и углеводы (лактоза). Кроме основных компонентов в нежирное молочное сырье переходят минеральные соли, небелковые азотистые соединения, витамины, ферменты, гормоны, иммунные тела, органические кислоты, т.е. почти все соединения, обнаруженные в настоящее время в молоке. Содержание основных компонентов в обезжиренном молоке и молочной сыворотке в сравнении с цельным молоком приведено в таблице 1.1 [6,7]. 

Таблица 1.1 – Сравнительный состав различных видов молочного сырья 

       Молочный  жир – сложное соединение глицерина  с насыщенными (масляной, капроновой, каприловой и др.) и ненасыщенными (деценовой, додеценовой, тетрадеценовой, гексадеценовой, олеиновой и др.) жирными кислотами. Особенностью молочного жира является высокая степень дисперсности. Размер жировых шариков составляет 0,5-1,0 мкм, что способствует более легкому эмульгированию, омылению и усвояемости (94-96%) жира. Кроме молочного жира обезжиренное молоко и молочная сыворотка содержат фосфатиды (лецитин, кефалин, сфингомиелин) и стерины (холестерин, эргостерин) [6, 8].

       К белковым азотистым соединениям, содержащимся в обезжиренном молоке и молочной сыворотке, относятся следующие: казеин, лактоальбумин, лактоглобулин, эвглобулин и псевдоглобулин. Они содержат все незаменимые аминокислоты, а также аланин, аспарагиновую кислоту, глицин, глютаминовую кислоту и другие. Некоторые незаменимые аминокислоты, как, Например, лейцин, изолейцин, метионин, лизин, треонин, триптофан представлены в белках молочной сыворотки даже в большем количестве, чем в белках молока (казеине) [8].

       В нежирном молочном сырье, и особенно в молочной сыворотке, присутствуют также небелковые азотистые вещества в виде мочевины, мочевой кислоты, гиппуровой кислоты, креатина и пуриновых оснований (продукты распада нуклеиновых кислот) [7, 8].

       В обезжиренном молоке и молочной сыворотке  углеводы представлены главным образом молочным сахаром (лактозой) и продуктами его гидролиза (глюкозой и галактозой). Имеются сведения о присутствии в незначительных количествах пентозы (арабинозы) и лактулозы [6, 9].

       Усвояемость молочного сахара достигает 98,0-99,7%, а медленное его расщепление способствует поддерживанию жизнедеятельности молочнокислых микроорганизмов в кишечнике [10].

       Минеральные вещества присутствуют во вторичном  молочном сырье в виде органических соединений. Состав минеральной части  обезжиренного молока и сыворотки представлен катионами калия, натрия, магния, кальция и анионами и угольной кислот. В сыворотке минеральных веществ несколько меньше, чем в обезжиренном молоке, так как некоторая часть солей переходят в основной продукт (сыр, творог, казеин). В состав молочного белково-углеводного сырья входят также микро- и ультрамикроэлементы – железо, медь, марганец, кобальт, мышьяк, йод, кремний, германий.

       Органические  кислоты во вторичном молочном сырье  представлены лимонной, молочной и  нуклеиновой. Витамины – водорастворимыми (С, В1, В2, В6, В12, РР, пантотеновая и аскорбиновая кислоты) и жирорастворимыми (А, D, Е). Содержание витаминов приведено в таблице 1.2 [6, 7]. 
 
 
 

Таблица 1.2 – Витаминный состав молочного белково-углеводного сырья 

     Ферменты, содержащиеся во вторичном молочном сырье, можно разделить на гидролазы  и фосфорилазы, ферменты расщепления, окислительно-восстановительные, ферменты переноса и ферменты изомеризации. В тех случаях, когда обезжиренное молоко или сыворотка подвергаются тепловой обработке при температуре выше 75°С, ферменты обычно разрушаются [9].

     Энергическая  ценность обезжиренного молока и молочной сыворотки определяется входящими в их состав компонентами (жирами, белками, углеводами и минеральными веществами).

     Обезжиренное  молоко – наиболее выраженный в  количественном отношении вид вторичного молочного сырья. При полном и рациональном использовании обезжиренного молока в пищевых целях можно значительно повысить уровень потребления молочного белка, который относится к лучшим видам животного белка.

     Важной  особенностью молочных белков является способность их при расщеплении всасываться непосредственно из кишечника в кровь. Белки обезжиренного молока также обладают этим свойством. В обезжиренном молоке содержится больше холина, важного липотропного антиатеросклеротического вещества. Так, в сухом цельном молоке содержится 81 мг / % холина, а в сухом обезжиренном молоке – 110 мг / %. Обезжиренное молоко характеризуется достаточно высоким содержанием сухих веществ, что позволяет получать из него ценные в биологическом отношении молочные продукты [11].

     Таким образом, обезжиренное молоко и молочные продукты, полученные на его основе, являются самыми желательными продуктами широкого потребления во всех возрастных и профессиональных группах населения. Особенно они рекомендуются для питания людей пожилого возраста и людей всех возрастов, имеющих избыточную массу тела. Обезжиренное молоко также показано для широкого использования в питании людей недостаточно физически нагруженных и ведущих малоподвижный, сидячий образ жизни.

     Все виды молочной сыворотки – подсырная, творожная и казеиновая – обладают практически идентичными биологическими свойствами. Однако если обезжиренное молоко является источником высокоценное белка, то молочная сыворотка является главным образом источником лактозы, содержание которой составляет более 70% сухого вещества [6].

     Гидролиз  лактозы в кишечнике протекает  замедленно, в связи с чем, ограничиваются процессы брожения и нормализуется  жизнедеятельность полезной микрофлоры. В результате этого замедляются  гнилостные процессы, газообразование  и всасывание токсических гнилостных продуктов (аутоинтоксикация). Таким образом, молочная сыворотка является незаменимым продуктом в питании пожилых людей и людей с избыточной массой тела (она в наименьшей степени используется в организме для жирообразования), а также с малой физической нагруженностью.