CC BY
55
Анализ структуры сухих молочных продуктов
УДК 637.143
Елена Валялкина,
научный сотрудник лаборатории технологий цельномолочных продуктов и концентратов Института мясо-молочной промышленности НАН Беларуси
Владимир Литвяк,
ведущий научный сотрудник отдела технологий продукции из корнеклубнеплодов Научно-практического центра НАН Беларуси по продовольствию, кандидат химических наук
Инна Мельситова,
доцент кафедры аналитической химии Белорусского государственного университета, кандидат химических наук
Спектр сухих молочных продуктов, производимых в мире способом распылительной сушки, представлен следующими основными группами: цельное, частично обезжиренное и обезжиренное молоко, сливки, масло, пахта, сыр, молочная сыворотка, сыворотка молочная, частично и полностью деминерализованная, концентраты молочные, сывороточные, сывороточно-молочные, концентраты и изоляты сывороточных, сывороточно-молочных белков и казеинов, казеинаты, копреципитаты, казециты, лактозные продукты [1]. Из данного перечня на предприятиях Республики Беларусь с применением распылительной сушки в существенных объемах выпускаются: молоко сухое цельное и обезжиренное; сухая подсырная сыворотка; концентраты сывороточные белковые, полученные из сывороточно-белковых ультрафильтратов (КСБ-УФ); сыворотка молочная деминерализованная.
Продукты вышеперечисленных групп изготавливают из молочного сырья, подвергаемого перед сушкой различным способам обработки, включая микропартикуляцию белков молока - специальную термомеханическую обработку белковой части молока и/или других белоксодержащих веществ при определенных концентрациях
и кислотности исходных белковых смесей. В процессе нее вещество, содержащее белки, приобретает стабильную микроструктуру в виде микрочастиц с прогнозируемыми и регулируемыми размерами. В нашей стране ранее такой способ обработки молочного сырья не применялся.
Сухие молочные продукты на основе микро-партикулированных белков имеют более высокие потребительские характеристики по сравнению с сухими молочными продуктами, не подвергаемыми микропартикуляционно-му воздействию. Они более технологичны в дальнейшей переработке, позволяют за счет высокой влагоудерживающей способности, более полного перехода белков в готовый продукт и т.д. повышать выход ряда молочных, мясных и иных пищевых продуктов, проявляют свойства, подобные тем, что характерны для молочного жира. В Институте мясо-молочной промышленности проводятся исследования по использованию микро-партикулятов белков молока в изготовлении биологически ценных молочных продуктов функционального назначения.
Характеристика микроструктуры сухих молочных продуктов необходима для оценки их свойств, определяющих аспекты применения, а также для разработки способов предотвращения фальсификации данных продуктов. До настоящего времени в Республике Беларусь структура микропарти-кулятов сухих молочно-белковых концентратов на микроуровне не исследовалась. Также актуально изучение микроструктуры отечественных сухих молочных продуктов с целью более полного представления об их потребительских свойствах.
Цель работы - исследовать структуру ряда микропартикулятов зарубежного производства и отечественных сухих молочных продуктов.
Объектами изучения служили следующие сухие молочные продукты:
• концентрат сывороточного белка «Simp-lesse 100E» в микропартикулированной форме (продукт зарубежного производства, СР Kelco, образец предоставлен ООО «Аро-матик», г. Дзержинск Минской области);
• цельное молоко для детского питания с массовой долей жира 25%, полученное с применением распылительной сушки (ОАО «Беллакт»);
• обезжиренное молоко, полученное с применением распылительной сушки (ОАО «Беллакт»);
• концентрат сывороточный белковый «КСБ-УФ-80», полученный из сывороточно-белкового ретентата (ультрафильтратный концентрат) с применением распылительной сушки (ОАО «Щучинский МСЗ»);
• сыворотка подсырная деминерализованная с массовой долей белка 50%, полученная с применением распылительной сушки (экспериментальный участок РУП «Институт мясо-молочной промышленности»).
С использованием измерительной линейки и путем визуального наблюдения проводилось изучение образцов на макроуровне, микроструктуру исследовали с помощью сканирующего электронного микроскопа LEO 1420 (Германия). Препараты металлизировали золотом в вакуумной установке EMITECH K 550X. Фотосъемку объектов осуществляли в режиме «Макро» при помощи фотоаппарата Canon Power Shot S2 IS (digital camera).
Изучение всех образцов сухих молочных продуктов на макроуровне показало, что они представляют собой порошки с размерами макрочастиц менее 0,01 мм. Практически во всех образцах отмечались неправильной формы скопления макрочастиц. Цвет по-
i в мире науки |
Рис. 1. Внешний вид сухих молочных продуктов
рошков - белый, или кремово-белый, или желтовато-белый. Макроструктура по описаниям внешнего вида и цвет образцов соответствовали характеристикам органолепти-ческих показателей, регламентированных в технических нормативных правовых актах и сертификатах на данную продукцию [2-5].
Как видно на рис. 1-2, образцы отобранных сухих продуктов сложно идентифицировать по описаниям внешнего вида, включая макроструктуру образующих частиц, для целей идентификации требуются исследования микроструктуры.
Результаты изучения структуры молочных продуктов на микроуровне представлены на рис. 3-7 и в таблице. Как видно, образцы имеют определенные микроструктурные особенности и отличия.
Цельное молоко для детского питания с массовой долей жира 25%. Образец представлен большими рыхлыми конгломератами неправильной формы, на поверхности которых находятся скопления частиц от 2
до 4 мкм сферической формы. Распределение частиц и конгломератов частиц по размеру следующее: частицы с размерами 2-4 мкм (30 шт.) составляют 20,6% от общего их количества; 5-7 мкм (25 шт.) - 17,2%; 8-15 мкм (22 шт.) - 15,2%, 16-20 мкм (30 шт.) -20,6%; 21-40 мкм (25 шт.) - 17,2%; более 40 мкм (12 шт.) - 8,3%. Частицы размером 6-10 мкм отличаются правильной шаровидной формой и гладкой поверхностью (рис. 3).
Сухое обезжиренное молоко. Образец характеризуется (в отличие от образца молока сухого цельного) более равномерным распределением частиц, среди которых почти отсутствуют частицы с гладкой поверхностью правильной сферической формы и встречаются частицы вогнутой формы (рис.4). Поверхность большинства из них слоистая. Спектр представлен следующим образом: частицы размером 2-4 мкм (12 шт.)
- 9,2% от общего количества частиц; 5-7 мкм (43 шт.) - 33,1%; 8-15 мкм (21 шт.) - 16,2%, 16-20 мкм (12 шт.) - 9,2%; 21-40 мкм (19 шт.)
- 14,6%; более 40 мкм (23 шт.) - 17,7%.
Сыворотка подсырная деминерализованная с массовой долей белка 50%. Образец, в отличие от вышеописанных, имеет достаточно равномерное распределение частиц, близких по форме к сферической и с размерами менее 20 мкм (рис. 5). Также встречаются частицы с вогнутой поверхностью. Некоторые имеют кристаллоподобную форму. Состав частиц следующий: с размерами 2-4 мкм (102 шт.) - 26,8%) от общего количества; 5-7 мкм (172 шт.) - 45,3%; 8-15 мкм (93 шт.) - 24,5%, 16-20 мкм (8 шт.) - 2,1%; 21-40 мкм (5 шт.) - 1,3%. Частицы с размерами более 40 мкм отсутствовали.
Концентрат сывороточный белковый «КСБ-УФ-80», полученный из сывороточно-белкового пермеата. Анализ образца свидетельствует о наличии частиц неправильной формы с редким включением небольших частиц сферической формы, при этом их поверхность достаточно гладкая (рис. 6). Частицы с размерами 2-4 мкм (25 шт.) составляют 31,1% от общего количества; 5- 7 мкм (21 шт.) - 26,5%; 8-15 мкм (10 шт.) - 12,4%, 16-20 мкм (7 шт.) - 8,8%; 21-40 мкм (4 шт.) - 5,0%; более 40 мкм (13 шт.) - 16,2%.
Промышленное производство сухих сывороточно-белковых концентратов в микропартикулированной форме впервые было начато в начале 80-х гг. прошлого столетия. С тех пор и до настоящего времени микропартикулированные белки молока востребованы, а технология их изготовления и используемое технологическое оборудование постоянно совершенствуются, что отражено в десятках патентов. Также в мировой практике прослеживается тенденция по ресурсоэф-фективному производству микропартику-
Рис. 2. Внешний вид сухих молочных продуктов
научная публикация
Рис. 3. Сканирующие электронные микрофотографии сухого цельного молока для детского питания с массовой долей жира 25%, полученного с применением распылительной сушки (ОАО «Беллакт»)
лированных сухих сывороточно-белковых концентратов. Микропартикуляты имеют стабильный спрос, обусловленный их высокой биологической ценностью, особыми технологическими свойствами и удобством использования [6]. Наряду со свойствами имитаторов молочного жира они в растворенном виде лучше, чем продукты с не микропартикулированными белками, выдерживают высокотемпературную обработку, не расслаиваются в водных и молочно-сывороточных растворах, легко переходят в белковую фракцию при изготовлении молочно-белковых продуктов сквашиванием и последующим термокислотным осаждением.
Микропартикулированные сывороточные белки состоят преимущественно из мягких белковых частиц, поддающихся деформации. Их размер и форма аналогичны размерам и форме жировых шариков. Микро-партикулированные белковые концентраты,
регидратированные (восстановленные) с использованием питьевой воды, молочной сыворотки или иного водного раствора, имеют выраженный сливочный вкус без посторонних привкусов. Цвет продукта белый с незначительным кремовым оттенком, в отличие от серовато-белого цвета не микро-партикулированных сывороточных белковых концентратов. Микропартикулированные белки в сочетании с другим молочным и пищевым сырьем способствуют улучшению органолептических характеристик производимых продуктов. В мировой практике их используют при производстве молочных и других пищевых продуктов функционального назначения с диетическими свойствами. Наиболее широко представлены десерты, творог, мороженое, ультравысокотемпе-ратурно обработанное молоко, напитки пониженной жирности и обезжиренные, кисломолочные напитки пониженной жирности, сыры мягкие, полутвердые и твер-
дые низкожирные. Такие продукты имеют более высокую биологическую ценность, чем полножирные и иные, полученные по традиционной технологии из цельного молока и вторичного молочного сырья.
Микроструктура сухого концентрата сывороточного белка «^тр^е 100Е» в микропартикулированной форме имеет следующий вид; частицы размером 1-22 мкм - в основном почти сферической формы; поверхность слегка чешуйчатая. Присутствуют единичные частицы вогнутой, яйцевидной и гантелевидной формы (рис.7). Распределение по размеру следующее: частицы менее 2 мкм (2 шт.) составляют 1,0% от общего количества; (83 шт.) - 41,5%; 5-7 мкм (45 шт.) - 22,5%; 8-15 мкм (26 шт.) - 13,0%, 16-20 мкм (28 шт.) -14,0%; 21-40 мкм (10 шт.) - 5,0%; более 40 мкм (6 шт.) - 3,0%.
Как видно из описаний образцов молока сухого цельного и сывороточного бел-
Таблица. Характеристика сухих молочных продуктов по виду и степени распределения частиц
Вид продукта Доля частиц, % с размерами
менее 2 мкм 2-4 мкм 5-7 мкм 8-15 мкм 16-20 мкм 21-40 мкм более 40 мкм
1. Сухое цельное молоко для детского питания с массовой долей жира 25%, полученное с применением распылительной сушки - 20,6 17,2 15,2 20,6 17,2 8,3
2. Сухое обезжиренное молоко, полученное с применением распылительной сушки - 9,2 33,1 16,2 9,2 14,6 17,7
3. Сухая сыворотка подсырная деминерализованная с массовой долей белка 50%, полученная с применением распылительной сушки - 26,8 45,3 24,5 2,1 1,3 -
4. Сухой концентрат сывороточный белковый «КСБ-УФ-80», полученный из сывороточно-белкового пермеата с применением распылительной сушки - 31,1 26,5 12,4 8,8 5,0 16,0
5. Сухой концентрат сывороточного белка <^тр^е 100Е» в микропартикулированной форме 1,0 41,5 22,5 13,0 14,0 5,0 3,0
i в мире науки |
кового концентрата <^тр^е-100Е» в микропартикулированной форме, в обоих присутствуют частицы правильной шаровидной формы гладкой поверхности с размерами 2-10 мкм, которые похожи на жировые шарики молока по внешнему виду и размерам.
Частицы указанных размеров встречаются и в других образцах. Но там они имеют форму, отличную от шаровидной и шероховатую или бугристую поверхность. Возможно, и этим объясняется отсутствие у белков, входящих в состав образцов, имитации свойств жировых шариков молока.
Анализ образца микропартикулиро-ванных сывороточных белков показал присутствие значительного количества белковых частиц с размерами менее 0,1 мкм и более 5 мкм, что снижает эффект проявления свойств микропартикулятов как имитаторов молочного жира. Теоретически возможно расслоение продуктов с использованием этого микропартикулята по причине наличия значительного количества частиц с размерами более 15 мкм.
Наибольшее количество частиц в единице площади при анализе фотографий с мас-
штабом 20 мкм наблюдалось в образце сухой подсырной деминерализованной сыворотки (более 300 шт.), и они имели самые малые размеры по сравнению с другими образцами, причем с минимальными отклонениями от среднего размера частиц. Ближе всего по размерам и количеству частиц к данному образцу находился образец концентрата сывороточных белков <^тр^е 100Е».
Следует отметить, что сканирующую электронную микроскопию как метод идентификации и оценки качества сухих молочных продуктов затруднительно применять на практике из-за высокой стоимости и трудоемкости подобных исследований. В этой связи можно использовать такие упрощенные методы, как определение показателей плотности (удельного веса), включая методы определения насыпной плотности (объемная насыпная плотность и т.д.), которые в той или иной степени косвенно отражают структуру сухих молочных продуктов, а сканирующую электронную микроскопию желательно применять для научных исследований структуры сухих молочных продуктов
и в качестве арбитражного метода как прямого и наиболее точного. На наш взгляд, по аналогии с государственными стандартами России и других стран, целесообразно отразить высказанное предложение в отечественных госстандартах и иных технических нормативных правовых актах на сухие молочные продукты, что должно положительно отразиться на качестве последних.
По результатам исследований установлено, что образец сухого микропартику-лированного сывороточного белкового концентрата зарубежного производства имел диапазон частиц, значительно по размерам выходящий за диапазон для рекламируемых микропартикулятов. Данный факт может свидетельствовать об ограниченности применения микропартикулятов по ряду таких рекламируемых свойств, как проявление сливочного вкуса, высокие эмульгирующие способности, отсутствие расслоения в жидких средах. При закупке подобных продуктов зарубежного производства для последующего использования в изготовлении отечественных функциональных молочных и иных пищевых
научная публикация
продуктов следует наряду с методами определения показателей плотности (удельного веса) в арбитражных случаях применять сканирующую электронную микроскопию, что позволит проводить более достоверную идентификацию заявляемых изготовителем свойств микро-партикулятов.
Практическая значимость изучения структуры сухих молочных продуктов на микроуровне в том, что оно может позволить усовершенствовать методы идентификации и оценки качества сухих молочных продуктов на основе новой информации по микроструктуре продуктов как отечественного, так и зарубежного производства, а также подтверждает описанные в литературных источниках микроструктурные характеристики сухих молочных продуктов и концентратов сывороточных белков в микропартикули-рованной форме.
Дата поступления статьи: 18.08.2011 г.
Литература
1. Кузнецов В.В., Шилер Г.Г. Использование сухих молочных компонентов в пищевой промышленности. Справочник. -Санкт-Петербург, 2006.
2. СТБ 1858-2009 «Молоко сухое. Общие технические условия».
3. ТУ РБ 100098867.151-2009 «Молоко сухое цельное».
4. ТУ РБ 00028493.459-98 «Концентрат сывороточный белковый, полученный методом ультрафильтрации «КСБ-УФ».
5. ТУ BY 100098867.219-2007 «Сыворотка сухая деминерализованная».
6. Мельникова Е.И., Станиславская Е.Б. Новый имитатор молочного жира в технологии молокосодержащих продуктов // Материалы III Международной науч.-технич. конф. «Инновационные технологии и оборудование для пищевой промышленности». Т. 1. - Воронеж, 2009 г.
Summary
It is established, that available in the Belarus market import dry dairy products not to the full corresponded to the declared characteristics in the sizes and the form of albuminous particles. They had particles with the sizes more than 10 microns at which creamy taste can be shown only partially and probably the subsidence of albuminous particles leading to stratification of a ready product. Besides, their form not always was spherical with a smooth surface, as at fatty particles of milk. At purchase of similar foreign components for use in manufacturing of functional dairy and other foodstuff of a domestic production follows along with methods of definition of indicators of density (relative density), including methods of definition of bulk density (volume bulk density etc.) Which indirectly reflect structure of dry dairy products, more widely to apply scanning electronic microscopy that will allow to spend more authentic identification of properties declared by the manufacturer.
