CC BY
37
УДК 637.136.5
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ В ТЕХНОЛОГИИ ФЕРМЕНТИРОВАННОЙ ДОБАВКИ НА ОСНОВЕ МОЛОЧНОЙ СЫВОРОТКИ
Е. А. КОШЕЛЕВА,
соискатель, Новосибирский государственный аграрный университет
(630039, г. Новосибирск, ул. Добролюбова, д. 160),
Н. Б. ГАВРИЛОВА,
доктор технических наук, профессор, Д. М. ФИАЛКОВ,
кандидат технических наук, доцент,
Омский государственный аграрный университет имени П. А. Столыпина
(644008, г. Омск, Институтская пл., 2; тел.: 8 (3812) 65-11-46, 8 (3812) 65-17-35; e-mail: [email protected])
Ключевые слова: магнитная обработка, напряженность, сухая молочная сыворотка, восстановление, ферментация, пробиотическая микрофлора.
Приведены результаты научных исследований по использования электромагнитной обработки полем промышленной частоты при производстве ферментированных добавок на основе сухой молочной сыворотки. Установлены закономерности изменения химических и микробиологических показателей восстановленной молочной сыворотки после электромагнитной обработки. Микробиологические исследования вариантов опытных и контрольных продуктов свидетельствуют об увеличении количества жизнеспособных клеток микрофлоры. Общее количество микрофлоры составило в опыте 2 — 6,8 х 108 КОЕ/см3, в опыте 1 — 6,1 х 108 КОЕ/см3 и в контроле всего 9,2 х 107 КОЕ/см3. Аналогичный эффект наблюдали и в случае бифидобактерий, количество их увеличилось на порядок. Использование электромагнитной обработки привело к интенсификации процесса ферментации. Магнитная обработка привела к более интенсивному кислотообразованию и росту пробиотической микрофлоры. Исследовано влияния магнитной обработки на процессы получения и ферментации добавки на основе молочной сыворотки. Для восстановления молочной сухой сыворотки целесообразно использовать воду прошедшую электромагнитную обработку. При использовании магнитного поля промышленной частоты (50 Гц) оптимальная его напряженность составляет (6 ± 1) кА/м. Электромагнитная обработка способствует интенсификации процесса ферментации, более интенсивному кислотообразованию и росту пробиотической микрофлоры в восстановленной молочной сыворотке с массовой долей сухих веществ (39,0 ± 1,0) %.
USE OF ELECTROMAGNETIC PROCESSING IN TECHNOLOGY OF THE FERMENTED ADDITIVE ON THE BASIS OF WHEY
E. A. KOSHELEVA,
applicant, Novosibirsk state agrarian university
(630039, Novosibirsk, Dobrolyubova st., 160),
N. B. GAVRILOVA,
doctor of technical sciences, professor,
D. M. FIALKOV,
candidate of technical sciences, associate professor, Omsk state agrarian university of P. A. Stolypin
(644008, Omsk, Institutskaja sq., 2; phone: 8 (3812) 65-11-46, 8 (3812) 65-17-35; e-mail: [email protected])
Keywords: magnetic treatment, tension, dry whey, recovery, fermentation, probiotic microorganisms. The results of research on the use of the electromagnetic field of industrial frequency processing in the production of fermented additives based on whey powder. Consistent patterns of change of chemical and microbiological indexes of the restored whey after electromagnetic processing are determined. Microbiological researches of options experimental and control products show an increase in the number of viable cells of microorganisms. The total number of microorganisms in the experiment was 2 — 6.8 x 108 CFU/cm3, in experiment 1 — 6.1 x 108 CFU/cm3 and monitoring of 9.2 x 107 CFU/cm3. A similar effect was observed in the case of bifidobacterium, their number has increased considerably. The use of electro-magnetic treatment has led to an intensification of the process of fermentation. Magnetic treatment has led to a more intense acid formation and growth of probiotic microorganisms. It is investigated influences of magnetic treatment on processes of receiving and an additive fermentation on the basis of whey. To restore the dairy whey is advisable to use the water past the electromagnetic treatment. When using power frequency magnetic fields (50 Hz), the optimal intensity of his (6 ± 1) kA/m Electromagnetic treatment contributes to the intensification of the process of fermentation , more intense acid formation and growth of probiotic microorganisms in reconstituted whey with a mass fraction of solids (39.0 ± 1.0) %.
Положительная рецензия представлена О. В. Пасько доктором технических наук, профессором, деканом технологического факультета Омского экономического института.
Аграрный вестник Урала № 11 (117), 2013 г. - > ^^
Инженерия
Во всем мире наблюдается устойчивая тенденция производства и потребления продуктов функционального питания, большая часть среди них приходится на кисломолочные пробиотические продукты. Эти продукты, в состав которых входят микроорганизмы и вещества микробного происхождения, оказывают благоприятные эффекты на физиологические функции и биохимические реакции организма человека путем оптимизации его микробиологического статуса.
Пробиотические молочные продукты производятся с применением микроорганизмов, являющихся представителями нормальной микрофлоры желудочно-кишечного тракта человека. Биологическая ценность пробиотических молочных продуктов обусловлена не только компонентным составом используемого сырья, но и составом применяемой полезной микрофлоры. Функциональное питание подразумевает использование продуктов естественного происхождения, обладающих определенным регулирующим воздействием на организм в целом или на его отдельные системы. Такие продукты питания призваны восстанавливать микробиологический баланс человеческого организма, повышать иммунный статус, а также ликвидировать дисбиотические нарушения, пищевые аллергические реакции и в итоге — поддержать здоровье. Один из путей решения поставленной задачи обогащение продукции ферментированными БАД на основе сыворотки. Молочная сыворотка является биологически ценным пищевым сырьем и в соответствии с концепциями сбалансированного и адекватного питания характеризуется рядом полезных свойств. В процессе производства в сыворотку переходит около 50 % сухих веществ молока. Биологическая ценность сыворотки также обусловлена содержащимися в ней белковыми азотистыми соединениями, углеводами, липидами, минеральными веществами, витаминами, органическими кислотами, ферментами, микроэлементами. В сухую сыворотку переходят практически полностью все питательные компоненты исходного сырья.
Согласно нормативным показателям индекс растворимости сухой молочной сыворотки должен быть не более 0,6 мл сырого осадка. Применяемые же в производстве добавки на ее основе содержат значи-
AmppHHTifi
Kgnyuoj
Вшытетщ
тельно больше сухих веществ, нежели восстановленная сыворотка. Это с одной стороны ведет к увеличению потерь нерастворившегося продукта, с другой, такая добавка имеет достаточно высокую кислотность и осмотическое давление, что может нежелательным образом сказываться на развитии микроорганизмов используемых для ферментации.
В свете изложенного перспективной является применение на этапе восстановления сыворотки электромагнитной обработки продукта для достижения более полного растворения и интенсификации микробиологических процессов.
Цель и методика исследований.
Целью работы было исследование влияния магнитной обработки на процессы получения и ферментации добавки на основе сухой молочной сыворотки.
Исследования выполнялись на кафедре «Продуктов питания и пищевой биотехнологии» Омского государственного аграрного университета в два этапа. На первом — подбирался оптимальный режим магнитной обработки воды, обеспечивающий наилучшее растворение сухой сыворотки. На втором исследовалось влияние магнитной обработки на качественные показатели ферментированной добавки. Объектами исследования являлись питьевая вода и молочная сыворотка, восстановленная до концентрации сухих веществ (39,0 ± 1,0) %.
При проведении работы использовались стандартные методы исследований, предусмотренные нормативными документами. Методика определения растворимости молочной сыворотки была несколько модифицирована. В центрифужную пробирку помещали количество сухой сыворотки, требуемое для получения в восстановленном продукте массовой доли сухих веществ 40 %, и доливали до метки дистиллированной водой. Режим выдержки (температура и продолжительность) и центрифугирования (время и скорость) соответствовали нормативным документам.
На рис. 1 представлена схема лабораторной экспериментальной установки электромагнитной обработки. На экспериментальные объекты — воду, предназначенную для восстановления сыворотки, а также восстановленную молочную сыворотку воздействовали магнитным полем промышленной частоты (50 Гц) напряженностью от 1 до 10 кА/м.
Скорость движения обрабатываемого продукта лежала в пределах 1,0-1,5 м/с, что соответствует скорости течения продукта в молочном трубопроводе.
точшк переменного токп
[тик/мной трц£
Рисунок 1
Схема лабораторной экспериментальной установки электромагнитной обработки
а 2
Ь &
ш in
т и
г о
¡1
s I
1 s-
01 о
1 О ш t
2 П ГЦ о.
о -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80
<
2 4 6 8 10
Напряженность магнитного поля, кА/м
Рисунок 2
Зависимость изменения количества нерастворившегося осадка от напряженности магнитного поля
-> - Аграрный вестник Урала № 11 (117), 2013 г. - • CCCi
Степень воздействия магнитного поля на полноту растворения определяли как процент снижения количества осадка в опытных образцах по сравнению с контролем.
На втором этапе исследований использовали бактериальные монопрепараты пробиотических микроорганизмов: Lbm. acidophilum и биомассу бифидо-бактерий (штамм Bifidobacterium bifidum N° 1). В подготовленную сыворотку вносили равное количество (в соотношении 1 : 1) активизированных препаратов в количестве (5,0 ± 0,1) % от ее массы.
После пастеризации и заквашивания образцы восстановленной молочной сыворотки (контроль — без магнитной обработки, опыт 1 — магнитная обработка питьевой воды, используемой для восстановления сухой сыворотки, опыт 2 — магнитная обработка восстановленной молочной сыворотки) помещали в термостат с температурой 37-39 °С для ферментации. контролировали динамику активной и титруемой кислотности, общее количество пробиотической микрофлоры, а также отдельно — количество бифи-добактерий.
Результаты исследований.
Анализ экспериментальных данных (рис. 2) показал, что по мере роста напряженности поля от 1 до 6 кА/м происходит достоверное снижение количества нерастворившегося осадка. Что объясняется частичным разрушением под действием магнитного поля ассоциатов диполей воды и как следствие, увеличением их подвижности. Данный факт, в свою очередь ведет к росту смачивающей и растворяющей способности воды [1, 2].
Наилучший результат наблюдается при обработке воды магнитным полем напряженностью 6 кА/м, при данном режиме количество нерастворившегося осадка снижается на (70 ± 2) %. Дальнейший рост напряженности поля существенного результата не давал. По-видимому, нерастворившийся остаток состоит из продуктов тепловой коагуляции и нерастворим в воде в принципе.
Таким образом, напряженность магнитного поля 5-6 кА/м для процесса восстановления молочной сыворотки является оптимальным, дальнейшее повышение напряженности не целесообразно и приведет лишь к дополнительным энергозатратам. На втором этапе исследований использовался данный режим.
Образцы, полученные при указанном режиме, представляли собой жидкую массу молочно-желтого цвета, без крупитчатости, с чистым кисломолочным вкусом сыворотки. Химический состав, и физико-химические свойства образцов, полученных при оптимальных режимах магнитной обработки, приведены в табл. 1.
Результаты исследований влияния электромагнитной обработки на химические показатели опытных образцов ВМС представлены на рис. 3 и 4.
Как видно из данных представленных на рис. 3 и 4, после электромагнитной обработки в образцах процесс ферментации протекал интенсивнее. Это в частности может быть результатом изменения свойств воды как среды развития бактерий. Большая подвижность молекул воды, возможно, облегчает транспорт питательных веществ в клетку и удаление из нее продуктов жизнедеятельности. В том числе это ведет к повышению активности ферментных си-
Таблица 1
Химический состав и свойства восстановленной
молочной сыворотки
Показатель Значение
Массовая доля сухих веществ, % в т. ч.: 39,00 ± 1,00
Жира 0,56 ± 0,02
Белка 5,20 ± 0,50
Углеводов 28,80 ± 0,50
Минеральных веществ 3,30 ± 0,20
Кислотность, °Т 113,00 ± 1,90
рН 5,42 ± 0,05
Плотность, кг/м3 1140 ± 1,00
0 2 4 6 8
Время ферментации, ч
И контроль ( без обработки) 0опыт1 (обработка воды) ЕЭ опыт2 (обработка ВМС)
Рисунок 3
Зависимость активной кислотности ферментированных продуктов от времени ферментации
-контроль ( без обработки) -опыт 2 ( обработка ВМС)
Время ферментации, ч
-опыт 1 ( обработка воды)
Рисунок 4
Зависимость титруемой кислотности ферментированных продуктов от времени ферментации
стем микроорганизмов, что в свою очередь интенсифицирует процесс ферментации [2, 3].
Были исследованы микробиологические показатели опытных и контрольных продуктов, определено общее количество пробиотической микрофлоры, а также отдельно — количество бифидобактерий (табл. 2).
Микробиологические исследования вариантов опытных и контрольных продуктов также свидетельствуют об увеличении количества жизнеспособных клеток микрофлоры. Общее количество микрофлоры составило в опыте 2 — 6,8 х 108 КОЕ/см3, в опыте 1 — 6,1 х 108 КОЕ/см3 и в контроле всего 9,2 х
3555 ► - Аграрный вестник Урала № 11 (117), 2013 г. - > ^^
Инженерия
Таблица 2
Микробиологические показатели опытных и контрольных продуктов
Продукт Общее количество пробиотической микрофлоры, КОЕ/см3 В т. ч., бифидобактерий, КОЕ/см3
Контроль 9,2 х 107 2,0 х 107
Опыт-1 6,1 х 108 1,7 х 108
Опыт-2 6,8 х 108 2,5 х 108
107 КОЕ/см3. Аналогичный эффект наблюдали и в случае бифидобактерий, количество их увеличилось на порядок.
Таким образом, использование электромагнитной обработки привело к интенсификации процесса ферментации. Магнитная обработка привела к более интенсивному кислотообразованию и росту пробио-тической микрофлоры.
Выводы. Рекомендации. Исследовано влияния магнитной обработки на процессы получения и ферментации добавки на основе молочной сыворотки.
Литература
1. Классен В. И. Омагничивание водных систем. М. : Химия,1982. 196 с.
2. Стехин А. А. Структурированная вода : нелинейные эффекты. М. : Изд-во ЛКИ, 2008. 320 с.
3. Зарипов И. Р., Гаврилова Н. Б., Фиалков Д. М. Исследование процесса ферментации модельных сред на основе сухой молочной сыворотки. Перспективы производства продуктов питания нового поколения : сб. материалов Второй междунар. науч.-практ. конф. Омск, 2005. С. 134-137.
References
1. Klassen V. I. Magnetization of water systems. M. : Chemistry, 1982. 196 p.
2. Stekhin A. A. Structured Water : nonlinear effects. M. : Publishing House of the LCI, 2008. 320 p.
3. Zaripov I. R., Gavrilova N. B., Fialkov D. M. Study the fermentation process of model based environments whey powder. Prospects for food production of a new generation : materials of the Second Intern. scientific and practical. conf. Omsk, 2005. P. 134-137.
Для восстановления молочной сухой сыворотки целесообразно использовать воду прошедшую электромагнитную обработку. При использовании магнитного поля промышленной частоты (50 Гц) оптимальная его напряженность составляет (6 ± 1) кА/м.
Электромагнитная обработка способствует интенсификации процесса ферментации, более интенсивному кислотообразованию и росту пробиотической микрофлоры в восстановленной молочной сыворотке с массовой долей сухих веществ (39,0 ± 1,0) %.
