CC BY
22
2020 Т. 50 № 1 / Техника и технология пищевых производств / Food Processing: Techniques and Technology
https://doi.org/10.21603/2074-9414-2020-1-149-158 УДК 637.1:532.694.1
I ISSN 2074-9414 (Print) ISSN 2313-1748 (Online)
Оригинальная статья http://fptt.ru/
Изучение структурно-механических характеристик ферментированных взбитых молочных продуктов
Т. В. Подлегаева* , Н. Г. Костина
ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный университет», Дата поступления в редакцию: 30.01.2020 650000, Россия, г. Кемерово, ул. Красная, 6
Дата принятия в печать: 23.03.2020
*e-mail: tpodlegaeva@yandex. ru © Т. В. Подлегаева, Н. Г. Костина, 2020 Аннотация.
Введение. Нарастающие объемы производства и острая нехватка животных сычугов привели к новым производствам ферментных препаратов растительного и микробиального происхождения. Эти ферменты имеют высокую протеолитическую активность и проявляют хорошие технологические свойства при производстве многих молочных продуктов. Целью работы является изучение пенообразующей способности и устойчивости пены восстановленного обезжиренного молока, подвергнутого ферментативному гидролизу препаратами животного и микробного происхождения.
Объекты и методы исследования. Образцы ферментированного восстановленного обезжиренного молока: сычужный фермент ВНИИМС-СГ-50 «НТ» (Россия), курино-говяжий фермент КГ-50 (Россия), пепсин говяжий (Россия); Fromase 750 (Франция), Pronase E (Россия); рекомбинатный химозин - препарат CHY-MAX М (Chr. Hansen, Дания). В образцах восстановленного сухого молока органолептические и физико-химические показатели определяли по общепринятым стандартным методикам. В ферментированных системах определяли пенообразующую способность методом кратности пен, устойчивость пены определяли по отношению высоты столба пены к первоначальному объему. Относительное содержание свободных аминокислот выявляли методом формольного титрования. Диаметр мицелл казеина в процессе гидролиза определяли методом динамического светорассеяния на анализаторе размеров частиц в низкообъемных пластиковых кюветах. Данные показатели в ферментированных системах определяли после инактивации ферментов способом пастеризации при температуре 90-92 °С в течение 3-5 сек.
Результаты и их обсуждение. Определили оптимальные параметры ферментации: температуру (37 °С) и продолжительность (60 мин). Наибольшие пенообразующие свойства были отмечены у молочной системы, ферментированной ферментом CHY-MAX М продолжительностью 30 мин - 800 %. Высокой пенообразующей способностью и относительно устойчивой взбитой массой характеризовалось молоко, обработанное ферментами микробиальной природы Fromase 750 и Pronase Е. При оптимальных параметрах ферментации, выявленных в ходе работы, пенообразующая способность споставила 740 и 700 % соответственно. При этом устойчивость находилась на уровне 80 %. Наименьшими значениями пенообразующей способности обладало молоко, ферментированное препаратами животного происхождения - СГ-50, КГ-50 и пепсином: 555, 650 и 580 % соответственно.
Выводы. Полученная ферментированная молочная основа может использоваться для производства широкого спектра взбитых продуктов на основе восстановленного обезжиренного молока.
Ключевые слова. Ферментативный гидролиз, восстановленное молоко, пенообразующая способность, микробиальные ферменты, ферменты животного происхождения, устойчивость пены
Для цитирования: Подлегаева, Т. В. Изучение структурно-механических характеристик ферментированных взбитых молочных продуктов / Т. В. Подлегаева, Н. Г. Костина // Техника и технология пищевых производств. - 2020. - Т. 50, № 1. - С. 149-158. DOI: https://doi.org/10.21603/2074-9414-2020-1-149-158.
®
Original article Available online at http://fptt.ru/eng
Structural and Mechanical Characteristics of Fermented Whipped Dairy Products
T.V. Podlegaeva* , N.G. Kostina
Kemerovo State University, 6, Krasnaya Str., Kemerovo, 650000, Russia
*e-mail: tpodlegaeva@yandex.ru
Received: January 30, 2020 Accepted: March 03, 2020
© T.V. Podlegaeva, N.G. Kostina, 2020 Abstract.
Introduction. Whipped dairy products can be used both as finished and semi-finished products in confectionery industry. Therefore, this sphere constantly requires new technologies. A wide range of additives, stabilizers, and structure-forming agents make it possible to get products with programmed sensory, structural, and mechanical properties. Enzymatic processing of milk base is one of the modern directions in the development of whipping process, as it requires no artificial components. Enzyme preparations of plant and microbial origin were developed to satisfy the needs of the increasing production demand and to compensate for the acute shortage of animal rennet. These enzymes have a high proteolytic activity and exhibit good technological properties in dairy industry. The research objective was to study the fermentation process with preparations of different origin and optimize the proteolysis process to obtain a milk base with a high foaming capacity and maximal stability.
Study objects and methods. The research featured samples of fermented reduced skim milk. The following enzymes were selected for enzymatic hydrolysis: animal origin - rennet-beef enzyme SG-50 (Russia), chicken-beef enzyme KG-50 (Russia), pepsin (Russia); microbial nature - Fromase 750 (France), Pronase E (Russia); recombinant chymosin-preparation CHY-MAX M (Denmark). The fermented systems were tested for foaming ability, foam stability, relative content of free amino acids, and the diameter of casein micelles during hydrolysis by the ratio of the height of the foam column to the initial volume. The relative content of free amino acids was determined using the method of formal titration. The diameter of casein micelles during hydrolysis was determined by dynamic light scattering using a particle size analyzer in low-volume plastic cuvettes. These indicators were determined after inactivation of enzymes by pasteurization at 90-92°C for 3-5 sec.
Results and discussion. Enzyme preparations of various natures were added to milk. The temperature and duration were measured as rational parameters of fermentation. After inactivation of the enzymes by pasteurization method, the foaming capacity, foam stability, and the relative content of free amino acids were determined every 30 minutes after application of the preparation. The greatest foaming properties (800%) were observed in the milk base fermented with the recombinant enzyme CHY-MAX M. However, the use of this preparation in commercial production was found undesirable due to the high activity of the enzyme and the resulting complexity of the control process. The lowest foaming ability was observed in the milk sample fermented with preparations of animal origin - SG-50, KG-50, and pepsin. The optimal foaming capacity and stable whipped mass were registered in the samples hydrolyzed with microbial preparations Fromase and Pronase. Under certain rational parameters, the foaming capacity of milk was 740% and 700%, respectively, while the stability was 80%.
Conclusion. The research featured a comparative analysis of the foaming capacity and stability of reduced skim milk foam obtained using preparations of animal and microbial origin. The enzymes of the microbial group showed the best results for the enzymatic hydrolysis of proteins in reduced milk.
Keywords. Enzymatic hydrolysis, reduced milk, foaming capacity, microbial enzymes, animal enzymes, foam stability
For citation: Podlegaeva TV, Kostina NG. Structural and Mechanical Characteristics of Fermented Whipped Dairy Products. Food Processing: Techniques and Technology. 2020;50(1):149-158. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.21603/2074-9414-2020-1-149-158.
Введение
Важной задачей агропромышленного комплекса является полное и рациональное использование продовольственного сырья, а также разработка ассортимента продукции, максимально удовлетворяющего требованиям потребителей. В молочной промышленности для повышения эффективности использования сырьевых ресурсов используют полную комплексную переработку молочного сырья и увеличение производства продукции на основе сухого молока. Преимуществом данного вида сырья перед цельным молоком является концентрирование полезных веществ. Кроме того, сухое молоко хранится значительно дольше, чем цельное, без потери своих пищевых и технологических свойств.
Актуальным остается разработка технологии взбитых дисперсных молочных продуктов, которые используются как в качестве самостоятельных продуктов в виде молочных десертов или холодных напитков, например молочных коктейлей, так и в качестве отделочных полуфабрикатов в производстве кондитерских изделий. Широкий диапазон добавок, стабилизаторов и структурообразователей
позволяет получить продукцию с заданными органолептическими и структурно-механическими свойствами.
В качестве пищевого пенообразователя, в том числе и в молочной промышленности, используются эмульгаторы, которые позволяют создать равномерную диффузию газообразной среды в жидкости (молоке). Ассортимент таких поверхностно-активных веществ довольно широк -полиоксиэтилены, сорбитаны, лактилаты кальция или натрия и др. Современным направлением повышения качественных характеристик молочной основы без использования искусственных компонентов является ферментативная обработка. Проведенные ранее исследования показали, что биологическая обработка молочных продуктов (молоко, сыворотка) позволяет повысить способность молока к пенообразованию. Это является одним из основных показателей качества при производстве взбитых продуктов [1-3]. Данные работы отражали повышение пено-образующей способности молочной основы, подвергнутой ферментации.
Таблица 1. Характеристика протеолитических ферментов Table 1. Profiles of proteolytic enzymes
Наименование Состав/продуцент Активность Оптимальный Темпера- Действие
фермента препарата диапазон рН тура, 0С
Ферменты животного происхождения
Курино-говяжий Пепсин говяжий 50 %, 100 000 ± 20 000 ед. 4,0-6,0 28-40 гидролиз %-казеинов
фермент (КГ-50) пепсин куриный 50 % направлен на связи,
Сычужно-говяжий Химозин 50 %, 150000 ± 1000 ед. 4,0-6,0 28-40 включающие фенилаланин
фермент СГ-50 пепсин говяжий 50 % или леицин, гидролиз а-
Пепсин 100 % пепсин 100000 ± 5000 ед. 4,0-6,0 28-40 и ß-казеинов
Ферменты микробного происхождения
Fromase750 Mucor miehei 2200 IMCU/г 5,5-7,0 20-40 расщепление определенных
(Фромаза) пептидных связей: фен-вал, лей-тир, фен-фен или фен-тир
Pronase E Streptomyces griseus К-1 5,0 DMC-U / мг 7-8,2 35-40 расщепление пептидных связей на карбоксильной стороне глутаминовой или аспарагиновой кислоты
Ферменты рекомбинатные
CHY-MAX М Химозин 100 %, Aspergillus niger var. Awamori 2500 UMCU/г 5,5-6,3 36-40 расщепление полипептидных цепей к-казеина по связи 105-106 (фен-мет)
Протеолитические ферменты, используемые в молочной промышленности для производства и моделирования качества продукции, делятся на ферменты животного, растительного и микробного происхождения. Традиционно для концентрирования казеиновой и жировой части молочной основы при производстве продукции применяются ферменты животного происхождения, в частности сычужный фермент (химозин).
Однако нарастающие объемы производства, дорогостоящее сырье для производства натуральных ферментов и острая нехватка животных сычугов привели к выработки новых ферментных препаратов. В настоящее время все большей популярностью пользуются ферменты, которые вырабатывают в процессе своей жизнедеятельности некоторые виды плесневых грибов - микробиальные ферменты [4-8].
В современных условиях микроорганизмы являются перспективным источником получения ферментов. Эти ферменты имеют высокую протеолитическую активность и проявляют хорошие технологические свойства при производстве многих молочных продуктов. В качестве продуцентов ферментных препаратов используются культуры представителей различных таксономических групп - бактерий, актиномицетов, микроскопических и высших базидиальных грибов, участвующих в круговороте органических веществ. Промышленностью налажено применение как природных штаммов микроорганизмов, выделенных из естественных объектов, так и полученных искусственной селекцией с применением мутагенов. В настоящее время промышленное производство
ферментов данной группы является важным сектором биотехнологии. Широкое распространение получили ферментные препараты на основе рекомбинатного химозина.
Для исследований были выбраны ферментные препараты различного происхождения. Характеристика препаратов представлена в таблице 1.
Цель работы - изучение пенообразующей способности и устойчивости пены восстановленного обезжиренного молока, подвергнутого ферментативному гидролизу препаратами животного и микробного происхождения, в качестве основы для производства десертных молочных продуктов.
Объекты и методы исследования
Для исследования использовали образцы восстановленного обезжиренного молока (ГОСТ 10970-87), подвергнутые ферментативному гидролизу, а также полученную из них пену.
Для проведения ферментативного гидролиза использовали ферменты животного происхождения: сычужный фермент ВНИИМС-СГ-50 «НТ» (Россия), курино-говяжий фермент КГ-50 (Россия), пепсин говяжий (Россия); микробиальной природы: Fromase 750 (Франция), Pronase E (Россия); рекомбинатный химозин - препарат CHY-MAX М (Chr. Hansen, Дания).
Органолептические и физико-химические показатели для сухого и восстановленного молока определяли по общепринятым стандартным методикам. Органолептические - по ГОСТ 29245-91, массовую долю жира - по ГОСТ 29247-91, массовую долю белка - по ГОСТ 23621-79.
Образцы сухого обезжиренного коровьего молока (м.д.ж. 1,5 %, м.д.б. - 32 %) восстанавливали дистиллированной водой в соотношении 1:6, оставляли для созревания в течение 3 ч при температуре 6-8 °С (данные параметры были определены как рациональные) [9].
Ферменты в различных концентрациях вносили в подготовленное молоко, термостатировали, используя вариабельные температурные и временные режимы. Инактивацию ферментов проводили пастеризацией при температуре 90-92 °С в течение 3-5 сек. Эксперименты проводили на восстановленной молочной основе без добавления хлорида кальция. Кислотность молока составила не более 20 °Т.
Для эксперимента были выбраны температурные режимы 33 ± 1 °С, 37 ± 1 °С, 41 ± 1 °С, 45 ± 1 °С.
Проведенные исследования показали, что наиболее рациональными концентрациями всех вносимых ферментных препаратов являлась 0,001 % к массе молока [2]. Именно с такой концентрацией проводили дальнейшие эксперименты.
Пенообразующую способность полученной основы после пастеризации определяли каждые 30 мин после внесения фермента, охладив их до температуры 0 ± 1 °С. Пену получали после взбивания ферментированной молочной основы на роторно-пульсационной установке ГИД-100/1 (Россия) в течение 5 мин при скорости вращения ротора 2250 об/мин. Коэффициенте заполнения рабочей камеры - 0,3.
Пенообразующую способность (%) определяли методом кратности пен - путем деления высоты столба пены после взбивания к начальному объему:
п = (V/Vp)i00
(1)
где V - объем образовавшейся пены, см; V - исходный объем жидкости, см.
Устойчивость взбитой массы (У, %) определяли по отношению высоты столба пены после заданного периода времени (30 мин) к начальному:
У = (V30/V)100
(2)
где - объем пены после 30 мин, см; V - исходный объем пены, см.
С целью разработки объективных характеристик степени ферментативного гидролиза считали целесообразным установить возможность количественной оценки продуктов распада белков. Было определено относительное содержание свободных аминогрупп, а также изменение диаметра мицелл казеина. Результат определяли как среднеарифметическое по результатам трех экспериментов. Исследования проводили для всех образцов при различных температурных режимах и продолжительности реакции.
Содержание аминных групп определяли методом формольного титрования по ГОСТ 25179-90. Метод основан на высвобождении карбоксильных
групп моноаминодикарбоновых кислот белков, доступных для титрования щелочью, при добавлении в молоко формальдегида (формалина). Формалин, взаимодействуя с аминогруппами белков, блокирует их. Карбоксильные группы освобождаются и становятся доступными для титрования №ОН. Данный показатель определяли в ферментированном молоке до пастеризации, т. к. под воздействием высокой температуры происходят сложные конформационные изменения белковых молекул и результаты искажаются.
Измерения диаметра мицелл казеина производили методом динамического светорассеяния на анализаторе размеров частиц в низкообъемных пластиковых кюветах по ГОСТ Р 8.774-2011.
Результаты и их обсуждение
В ходе эксперимента были получены образцы ферментированной молочной основы. Определяющими показателями при оценке и выборе препаратов для получения ферментированной основы стали пенообразующая способность молока и устойчивость пены после обработки. Основными критериями выбора послужили быстрота и относительная дешевизна метода при использовании в производственных условиях. Также учитывалась и высокая воспроизводимость результатов и разрешающая способность. Полученные результаты представлены на рисунке 1.
При ферментации происходят биохимические изменения казеина и физико-химические процессы коагуляции и структурообразования. Анализ данных показал, что наибольшей пенообразующей способностью обладает молоко, ферментированное рекомбинатным ферментом CHY-MAX М. Способность к пенообразованию у гидролизованных белков выросла в 1,6 раза по сравнению с контрольным образцом восстановленного молока (800 %). Данный показатель характерен для молочной смеси, ферментированной в течение 30 мин при рекомендованной для действия фермента температуре 33-37 °С. После указанного времени молочные белки начинают агрегировать, что противоречит начальным условиям настоящего эксперимента. По этой причине невозможно использовать фермент данной группы в подготовке молока как основы для десертов или коктейлей, т. к. сложно контролировать ход технологического процесса. Кроме того, изменение качества исходного сырья, например, повышение кислотности, спровоцирует ускорение процесса. Дальнейшие исследования по уменьшению концентрации данного фермента до 0,0005 % незначительно сократили время ферментации до появления сгустка. Но при этом снизилась пенообразующая способность, ее максимум составил 680 %.
Использование ферментов микробиальной группы обозначило высокий показатель пенообразующей
30 60 90
Продолжительносоь ферментолиза, мин
120
33 °С
-37 °С
41 °С
45 °С
(а)
(500
Т 550
« 500
щ .450
^00
ПрПлолжителооорто ферммотолиза, мио
(в)
30 60 90
Проролжи-ал3лоспр фефмритолизо, мое
1220
33 °С
-37-С
Ф1 °с
45 °С
МиМ
30 60 90
Продоллзи^л^^ос^1> фтрмтотолиза, мии
-С3 °с
-3 7 -с
41 °С
-45 °С
(б)
до 60 03
Прoлoлж-талоофсoо фсрмтотолизо, мио
120
3с! -с
-37 °С
4° 1 1(°
445 °С
(г)
000
725
650
575
500
3(3 -с
30 67
Продолжиттлоооото сфтрме;ш,олиз[^, ми о
(е)
Рисунок 1. В0ияние на пенообразующую способность выдержки восстановленного молока с ферментами: (а) сычужко-готяжий фермен1 СГ-50; (б) курино-говяжий фермент КГ-50; (в) пепсин; (г) Fromase 750; (д) Pronase E;
(е) CHY-MAX
Figmire 1. Effect of 6^1016s on foaming EiKHty: (a) rennet-beef enzyme SG-50; К) chicken and beef enzyme KG-50; (в) pepsin ; (г) Fromase 750; (д) Pronase E; (е) CHY-MAX
способности восстаювленного молока, гидролизован-ного ими. Маесимальные значения выявлены при температуре 37 °С. По сравнению с контрольным образцом увеличение при ферментации Ргопаво Е составило 780 %, Ооеоеаое 750 - акели Р40 %. При укаеанно й температуре про из нодил активнее
воздействие фермента на мицеллы казеипт. Такие показатели наблюдались после 60 мин после
внесения преиарата, продлилжение ферментации до 90 мин привеоо ал белковое коагуляции. Увеличение температуры обработки до 41-45 °С исключило оПназилонио осцотит вмоогь ао 3-ПОО оис. Оинакм это негет5ЕИ1[0 аиазалоди на ыачестве молочной пены. П0)н таких по вышенных темпорктуртс нaблк]дте7cя ослабление специфической коллоидно-химической структуры. В результате снижается каталитическая
% 113 и
a
a g 106
I 3 99
S 5
о e
« 92
85
Ihhl
СГ-50 КГ-50 Пепсин Fromase 750 Pronase E CHY-MAX М
Продолжительность ферментолиза, мин
■ 30 мин ■ 60 мин ■ 90 мин ■ 120 мин
Рисунок 2. Влияние ферментов на изменение относительного содержания аминных групп восстановленного молока (содержание в нлформонтированном образце принято за 100 %)
Figure 2. Effect of enzymes on the relative content of amine groups in reduced milk. The content in the unfermented sample is taken for 10000
активность ферментов, накопление продуктов распада макромолекул приводят к снижению пенообразующей способности. Можно считать, что продолжительность ферментативного гидролиза в пределах 60 мин при температуре 37 ± 2 °С является рациональной и приемлемой.
Наименьшей пенообразующей способностсю обладает молоко, обработанное ферментами животного происхождения. У СГ-50 пенный столб увеличился всего в 1,12 раза, у КГ-50 - в 1,3 раза, у пепсина - в 1,16 раза. При этом на протяжении всей обрлботки агрегация молекул белка не наблюдалась. ЗКи факторы говорят о невысокой протеолитической скбивности ферментов данной группы по сравнению с ферме иллми иикробиальнл й и рекомбинатной грсппы.
С целью разработки объективных характеристик степени ферментативного гидролиза было определено относитеооное содеожание свободных аминогрупп и изменение диаметра мицелл казеина. Обобщенные данные эксперимента при оптимальной температуре 37 °С и концентрации фермента 0,001 % представлены на рисунке 2. Содержание свободных аминокислот в контрольном образце (молочной системе, не подвергнутой ферментативному гидролизу), принято за 100 %.
Данные, представленные на рисунке 2, позволили установить, что в результате ферментативного гидролиза относительное количество аминных групп постепенно увеличивается (в среднем прирост составил 0,5-12,6 %). В результате действия сычужного фермента, который в большей степени атакуеб а-казеин и медленно/почти не атакует Р-казеин, происходит неглубокий распад казеина с обрткавошием ьысокомолекулррных полипептидов и пептиркс. Процесс кшсопления своКодных аминогрупп происходит постепенно. В некоторых случаях количество свободных аминогрупп на начальном этапе процесса снижается - это можно наблюдать у молочной основы, ферментированной пепсином и РгопаБе Н. Вероятно, в данном случае,
рсдомт специфоеееноко грдролиза, имеет место быть неспецифичная ферментация с блокировкой аминеых групп в сезультате фермент-субстратного взаимодействия и образования макропептидов. В результате расщепления ферментом п дных связей казеинаткальцийфосфатного комплекса атакуется часть молекулы белка к-казеина по связи между фрагментами номер 105 и 106, после ноторой и следует макропептид. Результат - последний отсоединяется от белковой молекулы.
Максимальная пенообразующая способность и устойчивость дисперсной системы наблюдается при незначительном накоплении свободных аминоюктлот. Это происходит как при использовании фе°ментов ззивотнтко происоееедсник, екк и микробизлбных. Накопление продуктов распада снижает образование межфазных пенных сфуктур.
и
я122
Диаметр мицелл, нм
Контроль ■ CHY-MAX М Fromase750 К КГ-50 P Pronase E Г Пепсин ■ СГ-50
Рисунок 3. Динамика изменения диаметра мицелл казеина под действием ферментов
Figure 3. Effect of enzymes on casein micelle diameter: dynamic pattern
Таблица 2. Влияние ферментов на устойчивость пены из восстановленного молока при оптимальных параметрах Table 2. Effect of enzymes on the stability of the foam in reduced milk at optimal parameters
Наименование Концентра- Рациона- Продолжитель- Пенообра- Устойчивость пены
фермента ция, % льная темпе- ность фермента- зующая спо- (х ± m, m < 0,05), %
ратура, °С ции, мин собность, % контроль исследуемый образец
Сычужно-говяжий 0,001 37 60 555 72 67
фермент СГ-50
Курино-говяжий 0,001 37 60 650 72 43
фермент (КГ-50)
Пепсин 0,001 37 60 580 72 56
Fromase 750 (Фромаза) 0,001 37 60 740 72 79
Pronase E 0,001 37 60 780 72 80
CHY-MAX М 0,001 37 30 800 72 86
Изменение диаметра мицелл казеина под действием ферментов представлено на рисунке 3.
В результате отщепления гликомакропептида под действием фермента казеиновые частицы теряют заряд, а следовательно, и устойчивость, и переходят в параказеиновые, которые за счет сил молекулярного притяжения образуют агрегаты. Анализ рисунка 3 и сравнение с результатами рисунка 1 показали, что увеличение размера частиц дисперсной фазы не всегда приводит к повышению пенообразующих свойств системы. Возможно, что в данном случае происходит изменение адсорбционного поведения ферментированных белков на границе плазма-воздух - увеличивается межфазная поверхность субмицелл казеина и происходит интенсивная флотация в межфазную поверхность данных субмицелл, которая и приводит к повышению пенообразования.
Одной из основных структурно-механических характеристик, влияющих на качество взбитых молочных продуктов, является устойчивость пены. Пена, полученная из молока, подвергнутого ферментативному гидролизу, обладает отличным, по сравнению с контрольным образцом, значением устойчивости.
На следующем этапе определяли устойчивость взбитой массы при рациональных параметрах ферментативного процесса, установленного ранее для каждого вида фермента. Данные эксперимента представлены в таблице 2.
Данные таблицы показали, что наибольшей устойчивостью обладает взбитая масса из молока, ферментированного CHY-MAX М - 86 %. Высокие показатели устойчивости имеют образцы молочной основы, обработанной микробиальными препаратами. Устойчивость ферментированных животными препаратами систем снижается по сравнению с контрольным образцом восстановленного молока.
На начальном этапе ферментации в результате снижения дезагрегации мицелл казеина и уменьшению межмолекулярных сил взаимодействия происходит снижение вязкости системы и поверхностного натяжения.
В ходе дальнейшей обработки происходит расщепление стабилизирующего компонента казеиновой мицеллы - х-казеина с выделением пептида (казеиномакропептид). Макропептиды отделяются от белковой молекулы и переходят в окружающую систему. Также начинают образовываться агрегированные молекулы (флокулы), приводящие к образованию еще более крупных белковых частиц. Система приобретает гелеобразную структуру, приводящую к повышению вязкости. Полученная пена из раствора повышенной вязкости обладает мелкодисперсной структурой с мелким размером частиц, что также повышает устойчивость полученной пенной массы.
В случае высокой активности фермента (Fromase 750, Pronase Е, С^-МАХ М) стадия дезагрегации мицелл казеина и агрегация белковой фазы протекают интенсивно и приводят к быстрой коагуляции белка. Повышение вязкости системы наблюдается уже через 30 мин после внесения препарата.
Выводы
Установлено влияние ферментативного гидролиза ферментами различного происхождения на основные структурно-механические
характеристики взбитых молочных продуктов из восстановленного сухого молока - пенообразующую способность и устойчивость пены. Наибольшие пенообразующие свойства были отмечены у молочной системы, ферментированной рекомбинатным ферментом CHY-MAX М. Максимум пенообразующей способности составил 800 %. В результате высокой активности препарата ферментативный гидролиз протекал очень активно и после 60 мин обработки белок коагулировал. Такое явление является нежелательным в технологическом процессе, т. к. сложно контролировать ход протекающих реакций.
Наименьшими значениями пенообразующей способности обладала молочная основа, ферментированная препаратами животного происхождения
- СГ-50, КГ-50 и пепсином. Это связано с проявлением специфичной ферментации, при которой образуются продукты расщепления белка, обладающие пониженными свойствами к образованию межфазных структур. По этой причине ферменты данной группы нежелательно использовать в производстве ферментированной молочной основы. Кроме того, производство ферментов животного происхождения сократилось, что привело к дефициту препаратов. Использование данной группы препаратов не приводит к значительному улучшению пенообразующих свойств.
Высокой пенообразующей способностью и относительно устойчивой взбитой массой характеризовалось молоко, обработанное ферментами микробиальной природы Fromase 750 и Pronase Е. Пенообразующая способность при определенных рациональных параметрах процесса составила 740 и 780 % соответственно. Устойчивость находилась на уровне 80 %. Именно эта группа ферментов имеет все преимущества для ферментативного гидролиза белков восстановленного молока.
Полученные результаты позволяют рекомендовать процесс ферментации восстановленного обезжиренного молока ферментами микробиального происхождения как способ повышения пенообра-зующей способности основы. Данную ферментированную систему можно использовать для производства взбитых продуктов широкого спектра.
Критерий авторства
Т. В. Подлегаева руководила проектом. Н. Г. Костина принимала участие в экспериментальных исследованиях.
Конфликт интересов
Авторы заявляют, что конфликта интересов нет
Contribution
T.V. Podlegaeva supervised the project. N.G. Kostina performed the experimental studies.
Conflict of interest
The authors declare that there is no conflict of interest regarding the publication of this article.
Список литературы
1. Просеков, А. Ю. Ферментация молока для повышения пенообразующей способности / А. Ю. Просеков, Т. В. Подлегаева, Р. С. Новиков // Молочная промышленность. - 2002. - № 6. - С. 47.
2. Просеков, А. Ю. Биологическая обработка молока для улучшения свойств при получении дисперсных молочных продуктов / А. Ю. Просеков, Т. В. Подлегаева, И. С. Сергеева // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2002. - № 8. -С. 45-47.
3. Functional properties of the enzyme-modified protein from oat bran / A. Prosekov, O. Babich, O. Kriger [et al.] // Food Bioscience. - 2018. - Vol. 24. - P. 46-49. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fbio.2018.05.003.
4. Jacob, М. Recent advances in milk clotting enzymes / V. Jacob, D. Jaros, H. Rohm // International journal of dairy technology. - 2011. - Vol. 64, № 1. - P. 14-33. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1471-0307.2010.00633.x.
5. Lebedeva, G. V. Purification and characterization of milk-clotting enzymes from oyster mushroom (Pleurotus ostreatus (Fr.) Kumm) / G. V. Lebedeva, M. T. Proskuryakov // Applied Biochemistry and Microbiology. - 2009. - Vol. 45, № 6. -P. 623-625. DOI: https://doi.org/10.1134/S0003683809060088.
6. Biophysical evaluation of milk-clotting enzymes processed by high pressure / B. R. D. C. Leite Junior, A. A. L. Tribst, N. J. Grant [et al.] // Food Research International. - 2017. - Vol. 97. - P. 116-122. DOI: https://doi.org/10.10167j.foodres.2017.03.042.
7. Milk-clotting enzymes produced by Aspergillus flavo furcatis strains on Amazonic fruit waste / M. M. Alecrim, R. A. Palheta, M. F. S. Teixeira [et al.] // International Journal of Food Science and Technology. - 2015. - Vol. 50, № 1. -P. 151-157. DOI: https://doi.org/10.1111/ijfs.12677.
8. Investigating antibiotic activity of the genus bacillus strains and properties of their bacteriocins in order to develop next-generation pharmaceuticals / M. I. Zimina, S. A. Sukhih, O. O. Babich [et al.] // Foods and Raw Materials. - 2016. - Vol. 4, № 2. -P. 92-100. DOI: https://doi.org/10.21179/2308-4057-2016-2-92-100.
9. The function of the milk-clotting enzymes bovine and camel chymosin studied by a fluorescence resonance energy transfer assay / J. L. Jensen, J. Jacobsen, M. L. Moss [et al.] // Journal of Dairy Science. - 2015. - Vol. 98, № 5. - P. 2853-2860. DOI: https:// doi.org/10.3168/jds.2014-8672.
10. Aspartic proteinases from Mucor spp. in cheese manufacturing / S. Yegin, M. Fernandez-Lahore, A. Jose Gama Salgado [et al.] // Applied Microbiology and Biotechnology. - 2011. - Vol. 89, № 4. - P. 949-960. DOI: https://doi.org/10.1007/s00253-010-3020-6.
11. Просеков, А. Ю. Пенообразующая способность восстановленного цельного молока / А. Ю. Просеков, Т. В. Подлегаева, Р. С. Новиков // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. - 2001. - Т. 264-265, № 5-6. - С. 39-40.
12. Functional properties of the enzyme-modified protein from oat bran / A. Prosekov, O. Babich, O. Kriger [et al.] // Food Bioscience. - 2018. - Vol. 24. - P. 46-49. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fbio.2018.05.003.
13. Kumar, A. B. V. Non-specific depolymerization of chitosan by pronase and characterization of the resultant products / A. B. V. Kumar, L. R. Gowda, R. N. Tharanathan // European Journal of Biochemistry. - 2004. - Vol. 271, № 4. - P. 713-723. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1432-1033.2003.03975.x.
14. Шляпникова, С. В. Особенности коагуляции молока: сычужный ферментный препарат и его аналоги / С. В. Шляпникова, Э. Р. Батырова // Биомика. - 2017. - Vol. 9, № 1. - P. 033-041.
15. Effects of ultrasound on the fermentation profile of fermented milk products incorporated with lactic acid bacteria /
A. M. N. L. Abesinghe, N. Islam, J. K. Vidanarachchi [et al.] // International Dairy Journal. - 2019. - Vol. 90. - P. 1-14. DOI: https:// doi.org/10.1016/j.idairyj.2018.10.006.
16. Харитонов, В. Д. Технология непрерывного процесса ферментации при производстве кисломолочных продуктов /
B. Д. Харитонов, О. А. Гераймович // Инновации в сельском хозяйстве. - 2019. - Т. 33, № 4. - С. 154-161.
17. Newly isolated lactic acid bacteria from silage targeting biofilms of foodborne pathogens during milk fermentation / E. Gavrilova, E. Anisimova, A. Gabdelkhadieva [et al.] // BMC Microbiology. - 2019. - Vol. 19, № 1. DOI: https://doi.org/10.1186/ s12866-019-1618-0.
18. Особенности совместной ферментации белков молока молочнокислыми бактериями различных групп / Т. Н. Головач, Н. К. Жабанос, Н. Н. Фурик [и др.] // Пищевая промышленность: наука и технологии. - 2013. - Т. 19, № 1. -
C. 76-84.
19. Beermann, C. Physiological properties of milk ingredients released by fermentation / C. Beermann, J. Hartung // Food and Function. - 2013. - Vol. 4, № 2. - P. 185-199. DOI: https://doi.org/10.1039/c2fo30153a.
20. Production of a milk-clotting enzyme by glutinous rice fermentation and partial characterization of the enzyme / X. Zhao, J. Wang, Z. Zheng [et al.] // Journal of Food Biochemistry. - 2015. - Vol. 39, № 1. - P. 70-79. DOI: https://doi.org/10.1111/ jfbc.12108.
21. Khanal, S. N. Evaluation of the yield, molar mass of exopolysaccharides, and rheological properties of gels formed during fermentation of milk by Streptococcus thermophilus strains ST-143 and ST-10255Y / S. N. Khanal, J. A. Lucey // Journal of Dairy Science. - 2017. - Vol. 100, № 9. - P. 6906-6917. DOI: https://doi.org/10.3168/jds.2017-12835.
22. Application of high-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry to the identification of biologically active peptides produced by milk fermentation and simulated gastrointestinal digestion / B. Hernndez-Ledesma, L. Amigo, M. Ramos [et al.] // Journal of Chromatography A. - 2004. - Vol. 1049, № 1-2. - P. 107-114. DOI: https://doi.org/10.1016/). chroma.2004.07.025.
References
1. Prosekov AYu, Podlegaeva TV, Novikov RS. Fermentatsiya moloka dlya povysheniya penoobrazuyushchey sposobnosti [Milk fermentation as a means of increasing the foaming capacity]. Dairy Industry. 2002;(6):47. (In Russ.).
2. Prosekov AYu, Podlegaeva TV, Sergeeva IS. Biologicheskaya obrabotka moloka dlya uluchsheniya svoystv pri poluchenii dispersnykh molochnykh produktov [Biological processing of milk as a means of improving the properties of dispersed dairy products]. Storage and Processing of Farm Products. 2002;(8):45-47. (In Russ.).
3. Prosekov A, Babich O, Kriger O, Ivanova S, Pavsky V, Sukhikh S, et al. Functional properties of the enzyme-modified protein from oat bran. Food Bioscience. 2018;24:46-49. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fbio.2018.05.003.
4. Jacob М, Jaros D, Rohm H. Recent advances in milk clotting enzymes. International journal of dairy technology. 2011;64(1):14-33. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1471-0307.2010.00633.x.
5. Lebedeva GV, Proskuryakov MT. Purification and characterization of milk-clotting enzymes from oyster mushroom (Pleurotus ostreatus (Fr.) Kumm). Applied Biochemistry and Microbiology. 2009;45(6):623-625. DOI: https://doi.org/10.1134/ S0003683809060088.
6. Leite Junior BRDC, Tribst AAL, Grant NJ, Yada RY, Cristianini M. Biophysical evaluation of milk-clotting enzymes processed by high pressure. Food Research International. 2017;97:116-122. DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodres.2017.03.042.
7. Alecrim MM, Palheta RA, Teixeira MFS, Oliveira IMA. Milk-clotting enzymes produced by Aspergillus flavo furcatis strains on Amazonic fruit waste. International Journal of Food Science and Technology. 2015;50(1):151-157. DOI: https://doi. org/10.1111/ijfs.12677.
8. Zimina MI, Sukhih SA, Babich OO, Noskova SYu, Abrashina AA, Prosekov AYu. Investigating antibiotic activity of the genus bacillus strains and properties of their bacteriocins in order to develop next-generation pharmaceuticals. Foods and Raw Materials. 2016;4(2):92-100. DOI: https://doi.org/10.21179/2308-4057-2016-2-92-100.
9. Jensen JL, Jacobsen J, Moss ML, Rasmussen F, Qvist KB, Larsen S, et al. The function of the milk-clotting enzymes bovine and camel chymosin studied by a fluorescence resonance energy transfer assay. Journal of Dairy Science. 2015;98(5):2853-2860. DOI: https://doi.org/10.3168/jds.2014-8672.
10. Yegin S, Fernandez-Lahore M, Jose Gama Salgado A, Guvenc U, Goksungur Y, Tari C. Aspartic proteinases from Mucor spp. in cheese manufacturing. Applied Microbiology and Biotechnology. 2011;89(4):949-960. DOI: https://doi.org/10.1007/s00253-010-3020-6.
11. Prosekov AYu, Podlegaeva TV, Novikov RS. Penoobrazuyushchaya sposobnost' vosstanovlennogo tsel'nogo moloka [Foaming ability of reduced whole milk]. News of institutes of higher education. Food technology. 2001;264-265(5-6):39-40. (In Russ.).
12. Prosekov A, Babich O, Kriger O, Ivanova S, Pavsky V, Sukhikh S, et al. Functional properties of the enzyme-modified protein from oat bran. Food Bioscience. 2018;24:46-49. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fbio.2018.05.003.
13. Kumar ABV, Gowda LR, Tharanathan RN. Non-specific depolymerization of chitosan by pronase and characterization of the resultant products. European Journal of Biochemistry. 2004;271(4):713-723. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1432-1033.2003.03975.x.
14. Shlyapnikova SV, Batyrova ER. Features of coagulation of milk. Rennet enzyme preparation and its analogues. Biomics. 2017;9(1):033-041. (In Russ.).
15. Abesinghe AMNL, Islam N, Vidanarachchi JK, Prakash S, Silva KFST, Karim MA. Effects of ultrasound on the fermentation profile of fermented milk products incorporated with lactic acid bacteria. International Dairy Journal. 2019;90:1-14. DOI: https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2018.10.006.
16. Kharitonov VD, Geraimovich OA. Technology of continuous fermentation process in the production of fermented milk products. Innovatsii v sel'skom khozyaystve [Innovations in Agriculture]. 2019;33(4):154-161.
17. Gavrilova E, Anisimova E, Gabdelkhadieva A, Nikitina E, Vafina A, Yarullina D, et al. Newly isolated lactic acid bacteria from silage targeting biofilms of foodborne pathogens during milk fermentation. BMC Microbiology. 2019;19(1). DOI: https://doi. org/10.1186/s12866-019-1618-0.
18. Halavach TN, Zhabanos NK, Furyk NN, Kurchenko VP, Rizevsky SV. The fetures of complex fermentation of milk proteins with different lactic acid bacteria. Food Industry: Science and Technology. 2013;19(1):76-84. (In Russ.).
19. Beermann C, Hartung J. Physiological properties of milk ingredients released by fermentation. Food and Function. 2013;4(2):185-199. DOI: https://doi.org/10.1039/c2fo30153a.
20. Zhao X, Wang J, Zheng Z, Zhao A, Yang Z. Production of a milk-clotting enzyme by glutinous rice fermentation and partial characterization of the enzyme. Journal of Food Biochemistry. 2015;39(1):70-79. DOI: https://doi.org/10.1111/jfbc.12108.
21. Khanal SN, Lucey JA. Evaluation of the yield, molar mass of exopolysaccharides, and rheological properties of gels formed during fermentation of milk by Streptococcus thermophilus strains ST-143 and ST-10255Y. Journal of Dairy Science. 2017;100(9):6906-6917. DOI: https://doi.org/10.3168/jds.2017-12835.
22. Hernndez-Ledesma B, Amigo L, Ramos M, Recio I. Application of high-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry to the identification of biologically active peptides produced by milk fermentation and simulated gastrointestinal digestion. Journal of Chromatography A. 2004;1049(1-2):107-114. DOI: https://doi.org/10.1016/jxhroma.2004.07.025.
Сведения об авторах
Подлегаева Татьяна Викторовна
канд. техн. наук, доцент кафедры технологии и организации общественного питания, ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный университет», 650000, Россия, г. Кемерово, ул. Красная, 6, тел.: +7 (3842) 39-68-56, e-mail: mtomz85@ mail.ru
https://orcid.org/0000-0002-8542-9601
Костина Наталья Геннадьевна
канд. техн. наук, доцент кафедры технологии и организации общественного питания, ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный университет», 650000, Россия, г. Кемерово, ул. Красная, 6, тел.: +7 (3842) 39-68-56, e-mail: oliegh. kostin(a!inbox.ru https://orcid.org/0000-0001-8917-7299
Information about the authors
Tatiana V. Podlegaeva
Cand.Sci.(Eng.), Associate Professor of the Department of Catering Technology and Organization, Kemerovo State University, 6, Krasnaya Str., Kemerovo, 650000, Russia, phone: +7 (3842) 39-68-56, e-mail: mtomz85iS>mail.ra https://orcid.org/0000-0002-8542-9601
Natalia G. Kostina
Cand.Sci.(Eng.), Associate Professor of the Department of Catering Technology and Organization, Kemerovo State University, 6, Krasnaya Str., Kemerovo, 650000, Russia, phone: +7 (3842) 39-68-56, e-mail: oliegh.kostin(a!inbox.ru https://orcid.org/0000-0001-8917-7299
