CC BY
46
УДК 637.1 В. И. Шипулин [V. I. Shipulin]
А. Г. Храмцов [A. G. Hramtsov] А. В. Аванесова [A. V. Avanesova]
БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОЛУЧЕНИя
и направления использования минерализата сывороточного в технологии мясопродуктов
Biotechnology receipt and directions
for use mineralizata serum in the technology
of meat products
В статье рассмотрены вопросы фракционирования молочной сыворотки с использованием современных баромембранных методов. При электродиализной обработке (обессоливании молочной сыворотки) получают значительное количество ценных минеральных компонентов. Использование этих природных минеральных компонентов позволяет не только обогатить продукты питания, но и улучшить функционально-технологические свойства пищевых систем. Это обусловлено влиянием солей в виде лактатов на белковую часть продукта.
Ключевые слова: Электродиализ, минерализат сывороточный, лактаты, минеральные вещества, молочная сыворотка.
The article considers the question of fractionation whey using modern baromembrane methods. When electrodialysis treatment (desalination of whey) produced a significant amount of mineral components. The use of these natural mineral components can not only enrich the food, but also improve the functional and technological properties of food systems. This is due to the influence of salt in the form of lactate to the protein part of the product.
Key words: Electrodialysis, mineralizat serum, lactate, minerals, whey.
Развитие современных биотехнологий пищевой промышленности требует решения проблемы полноценного использования отдельных компонентов молока на принципах безотходной технологии, в том числе и ценного вторичного молочного сырья - сыворотки.
Аналитические исследования позволили прийти к выводу, что одним из наиболее перспективных направлений переработки вторичного молочного сырья является его деминерализация с последующим использованием в технологии пищевых продуктов в виде белково-уг-
леводных комплексов, имеющих высокую пищевую и биологическую ценность. Объемы перерабатываемой молочной сыворотки в мире составляют более 130 млн т. Однако значительная часть - около 40 млн тонн обрабатываемого сырья, богатого минеральными компонентами (кальций, калий, фосфор, магний), получаемого в виде солевого раствора (минерализата сывороточного) до настоящего времени не нашла применения.
В этой связи были проведены исследования по оценке объемов и свойств такого сырья, получаемого в процессе электродиализной обработки для определения направлений его рационального использования.
Изучен процесс деминерализации натуральной (содержание сухих веществ составляет 6 %) и подсгущенной (содержание сухих веществ составляет 20 %) творожной и подсырной молочной сыворотки при 50, 70 и 90 % уровне деминерализации. В результате проведенных исследований определена масса дилуата и минерализата в зависимости от уровня деминерализации и вида обрабатываемого сырья (табл.1).
Сравнительный анализ полученных данных выявил, что при увеличении уровня деминерализации масса дилуата уменьшается, а мине-рализата сывороточного увеличивается, а также количество получаемых компонентов не зависит от вида исходного молочного сырья. Наибольшее значение массы минерализата сывороточного отмечено при 90 % уровне деминерализации. Однако, количество МС при УД = 50% и УД = 70 % отличается от массы МС при УД = 90 % незначительно, на 5 и 10 % соответственно. Таким образом, наименее энергозатратным является получение минерализата сывороточного с УД = 50-70 %.
С целью определения оптимального уровня деминерализации и выбора исходного сырья для получения МС в зависимости от минерального состава проведены экспериментальные исследования по определению сухих веществ (СВ), содержащихся в минерализате сывороточном из натуральной и подсгущенной творожной и подсырной молочной сыворотки. Анализ полученных результатов (рис. 1 а, б) показал, что наибольшее значение СВ отмечено в МС из подсгущенной молочной сыворотки при УД = 90 %. Содержание сухих веществ в МС из натуральной творожной и натуральной подсырной сыворотки практически не отличаются.
Аналогичные данные получены для подсгущенной творожной и подсгущенной подсырной сыворотки. Установлено, что содержание сухих веществ в МС из подсгущенной молочной сыворотки при УД = 50 %
Таблица 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ ДИЛУАТА И МИНЕРАЛИЗАТА НАТУРАЛЬНОЙ И ПОДСГУЩЕННОй ТВОРОЖНОЙ И ПОДСЫРНОЙ МОЛОЧНОЙ СЫВОРОТКИ
Уровень
деминерализации, %
Количество дилуата и минерализата в сыворотке, %
Творожная Подсырная
дилуат минерализат дилуат минерализат
Натуральная сыворотка
50,0 68,0 32,0 67,5 32,5
70,0 67,5 32,5 67,0 33,0
90,0 67,0 33,0 66,8 33,2
Подсгущенная сыворотка
50,0 68,0 32,0 67,5 32,5
70,0 67,5 32,5 67,0 33,0
90,0 67,0 33,0 66,8 33,2
УД = 50 % УД = 70 % УД = 9
а)
МС подсг. сыворотки МС нат. сыворотки
УД = 50 % УД = 70 % УД = 9
б)
Рис. 1. Содержание сухих веществ (%) МС из натуральной и подсгу-щенной творожной (а) и подсырной (б) молочной сыворотки при различных уровнях деминерализации.
4
3
2
0
больше на 2,55- 2,58 %, чем из натуральной. На 3,05-3,08 % и 3,51-3,52 % при УД = 70 % и УД = 90 % соответственно. Таким образом, на основании анализа полученных данных можно прийти к выводу, что на содержание сухих веществ в МС не влияет вид сыворотки, в то время как ее состояние (подсгущенная или натуральная) определяют повышение СВ в продукте. Целесообразность подсгущения может быть обусловлена тем, что при сгущении молочной сыворотки до 20 % СВ, достигается максимальная ее электропроводность, что обеспечивает эффективность процесса электродиализа. В этой связи можно полагать, что оптимальной как по параметрам обработки, так и содержанию СВ является обработка сгущенной молочной сыворотки.
Значительное содержание сухих веществ в минерализате сывороточном до 6,29 % (рис. 1 б), послужило основанием для дальнейшего изучения его компонентного состава и определения оптимального уровня деминерализации. Изучение минерального состава творожной сыворотки в процессе деминерализации (табл. 2) показало, что при повышении уровня деминерализации содержание минеральных веществ в молочной сыворотке уменьшается, что согласуется с проведенными ранее исследованиями [1].
Так, количество кальция уменьшается на 17,7 % при УД = 50 %, на 40,6 % при УД = 70 %, на 59,6 % при УД = 90 %; магния - на 48,4 %, 71,2 %, 86,8 % соответственно; натрия - на 31,4 %, 67,1 %, 88,1 % и калия - на 85,3 %, 94,6 % и 97,7 % соответственно.
Наименьшее содержание калия, кальция, натрия и магния в творожной сыворотке отмечено при УД = 90 % и составляет 114 мг/л, 898 мг/л, 172 мг/л и 59 мг/л соответственно.
Динамика изменения концентрации указанных элементов в мине-рализате сывороточном в зависимости от уровня деминерализации, представлена на рис. 2.
Анализ изменения концентрации основных макроэлементов К+, Са2+ в минерализате сывороточном в зависимости от уровня деминерализации (рис. 2) показал, что основное количество макроэлементов переходит в солевой раствор при уровне 50 % обессоливания сыворотки. При этом, как установлено ранее, при электродиализе из молочной сыворотки в раствор минерализата в начальный период обессоливания удаляются практически лишь одновалентные ионы - натрий, калий, хлор. Затем одновременно удаляются анионы фосфорной и лимонной кислот, что приво-
Таблица 2. ИЗМЕНЕНИЕ МИНЕРАЛЬНОГО СОСТАВА В ЗАВИСИМОСТ И ОТ УРОВНЯ ДЕМИНЕРАЛИЗАЦИИ
№ Название Ca, мг/л Mg, мг/л №, мг/л ^ мг/л Всего, mg/L
1 Сыворотка творожная исходная 2 222 438 1 448 4 934 9 042
2 Сыворотка творожная деминерализованная УД=50 % 1 828 226 994 726 3 774
3 Сыворотка творожная деминерализованная УД=70 % 1 320 126 476 266 2 188
4 Сыворотка творожная деминерализованная УД=90 % 898 59 172 114 1 243
6000
—•- Кальций
—■- Натрий
Рис. 2. Изменение концентрации макроэлементов в минерализате сывороточном в зависимости от уровня деминерализации.
дит к частичной диссоциации комплексов, связывающих ионы кальция и магния, следствием чего является переход данных ионов в раствор.
Содержащаяся в сыворотке молочная кислота обладает выраженным бактерицидным действием, что положительно сказывается на сроках хранения некоторых видов мясных продуктов. Молочная кислота - одноосновная оксикарбоновая кислота используется в виде раствора, либо натриевой соли с нейтральным рН с целью стабилизации свойств готовой продукции при хранении, подавлении развития патогенных микроорганизмов, регулирования уровня водосвязывающей способности сырья, интенсификации процесса цветообразования. При производстве мясных продуктов применение молочной кислоты неэффективно, так как она способствует снижению рН, за счет чего уменьшается водосвязывающая способность белков. Поэтому при выработке мясных изделий применяют соли молочной кислоты - рН-нейтральные лактаты натрия и калия. В процессе деминерализации значительная часть остатка молочной кислоты переходит в минерализат. Молочная кислота удаляется со скоростью, занимающей промежуточное положение между одно- и двухвалентными неорганическими анионами (табл. 3).
В раствор минерализата переходит значительное количество молочной кислоты, которая образует комплексы с минеральными веществами в виде лактатов натрия, кальция и калия. Их количество составляет от 0,5 до 3,7 % в зависимости от уровня деминерализации молочной сыворотки. Из таблицы видно, что при УД = 70 % в минерализат сывороточный переходит наибольшее количество молочной кислоты. Это дает основание для предположения наибольшей вероятности образования в минерализате сывороточном лактатов калия, кальция, натрия и магния при УД = 70 %. В этой связи использование минерализата сывороточного может представлять интерес не только как источник минеральных компонентов, но и как содержащее природные лактаты вещество, позволяющее стабилизировать цветовые характеристики и микробиологические показатели готового продукта за счет свойств лактатов, которые можно отнести к микробиологическим и внутриклеточным барьерам.
Исследование динамики изменения минерального состава молочной сыворотки и минерализата сывороточного в комплексе с их количественными показателями позволяют прийти к выводу, что получаемый в результате электродиализной обработки вторичного молочного сырья солевой раствор содержит значительное количество минеральных компо-
Таблица 3. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА МОЛОЧНОЙ КИСЛОТЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УРОВНЯ ДЕМИНЕРАЛИЗАЦИИ
Название D-молочная кислота, % L-молочная кислота, %
Сыворотка творожная исходная 0,19 1,7
Сыворотка творожная деминерализованная, УД = 50 % 0,09 0,8
Сыворотка творожная деминерализованная, УД = 70 % 0,03 0,4
Сыворотка творожная деминерализованная, УД = 90 % 0,01 0,3
Минерализат сывороточный, УД = 90 % 0,06 1,4
Минерализат сывороточный, УД = 70 % 0,07 1,7
Минерализат сывороточный, УД =50 % 0,09 1,8
нентов, способных оказать положительное влияние на мышечные белки и может быть использован в качестве посолочного вещества при условии его технологической подготовки для этих целей.
ЛИТЕРАТУРА 1. Некрасова Н. Н. Разработка технологии молочно-белкового концентрата и его использование при производстве мясных продуктов: автореф. дис. ... канд. техн. наук. 2009. 25 с.
ОБ АВТОРАХ Шипулин Валентин Иванович, проректор по учебной работе, заведующий кафедрой технологии мяса и консервирования СевероКавказского федерального университета, доктор технических наук, профессор. Адрес: г . Ставрополь, ул. Пушкина 1, корпус 2, каб. 117. Телефон (8652) 35-30-33. E-mail: ship.59@mail.ru
Храмцов Андрей Георгиевич, профессор кафедры прикладной биотехнологии Северо-Кавказского федерального университета, доктор технических наук. Адрес: г. Ставрополь, ул. Маршала Жукова, 9 (корпус 7), ауд. 413. Телефон (8652) 23-58-32. E-mail: hramtsov@nsctu.ru
Аванесова Анна Валерьевна, канд. техн. наук, доц. кафедры технологии мяса и консервирования института живых систем СКФУ
Shipulin Valentin, Vice Rector for Academic Affairs, Head of the Department of technology of meat and canning the North Caucasus Federal University, doctor of technical sciences, professor. Address: g. Stavropol, street. Pushkin 1, Building 2, Room. 117 Telephone (8652) 35-30-33.
E-mail: ship.59@mail.ru
Hramtsov Andrew G., Professor department of Applied Biotechnology North Caucasus Federal University, Doctor of Technical Sciences. Location: city of Stavropol, street. Marshal Zhukov, 9 (case 7), Rm. 413 Telephone: (8652) 23-58-32. E-mail: hramtsov@nsctu.ru
Avanesova Anna V., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Department of Technology and meat canning Institute of living systems SKFU
