CC BY
28
УДК 664.8:637.1/.3(045)
Разработка технологии получения структурирующей добавки
для замороженных молочных продуктов
Л. В. Голубева, д-р техн. наук, профессор; Е.А. Пожидаева, канд. техн. наук; А.О. Дарьин; А.В. Свистула
Воронежский государственный университет инженерных технологий
Реферат
К порокам структуры замороженных молочных продуктов относят неоднородность, наличие комочков жира, стабилизатора, эмульгатора, частичек белка и лактозы, кристаллов льда. Наиболее распространенные недостатки мороженого, существенно снижающие его качество, - «грубокристаллическая структура», которая является результатом нежелательного образования столбчато-дендритных форм кристаллов льда. Рост кристаллов наблюдается во время хранения и транспортировки, когда мелкие кристаллы тают, и вода мигрирует к соседним кристаллам, на которых она замерзает. Представляет интерес использование структурирующих белков в технологии замороженных молочных продуктов для предотвращения роста кристаллов льда. Структурирующие белки снижают температуру замерзания, модифицируют или останавливают рост кристаллов льда, ингибируют рекристаллизацию. Данные белки в замерзающих системах не предотвращают замораживание, а контролируют размер, форму и агрегацию кристаллов льда. В связи с этим был предложен новый термин «лед-структурирующие белки» (ice-structuring proteins - ISPs). Изучены новые функциональные ингредиенты, способные контролировать формирование льда и его структуру, производство которых экономически целесообразно, а также обеспечивает качественные показатели замороженных молочных продуктов при транспортировке и хранении. Применение антифризных белков потенциально может обеспечить получение революционных инноваций в области замороженных молочных продуктов. В процессе исследований были рассмотрены источники структурирующих белков. В производстве замороженных молочных продуктов допустимо внесение сырья растительного происхождения. В качестве исследуемых образцов были выбраны зерна озимых сортов. В работе изучен и представлен аминокислотный состав зерен пшеницы, физико-химические показатели, а также представлены микробиологические показатели разработанной растительной добавки.
Ключевые слова
антифризные белки; льдистость; молочные продукты; структурирующая добавка Цитирование
Голубева Л.В., Пожидаева Е.А., Дарьин А.Ол., Свистула А.В. (2018) Разработка технологии получения структурирующей добавки для замороженных молочных продуктов // Пищевая промышленность. 2018. № 12. С. 43-45.
Development of the technology of obtaining a structuring additive for
frozen dairy products
L. V. Golubeva, Doctor of Technical sciences, Professor; E. A. Pozhidaeva, Candidate of Technical Sciences; A.O. Dar'in, A.V. Svistula
Voronezh State University of Engineering Technologies
Abstracts
Refer heterogeneity, existence of lumps of fat, the stabilizer, emulsifier, parts of protein and lactose, ice crystals to defects of structure of the frozen dairy products. To the most widespread defects of ice cream significantly reducing his quality are «grubokristallichesky structure» which is result of undesirable education column дендритных forms of crystals of ice. Growth of crystals is observed in storage time and transportations when small crystals of ice thaw, and water migrates to the next crystals on which it freezes. Use of the structuring proteins in technology of the frozen dairy products is of interest to prevention of growth of crystals of ice. The structuring proteins reduce freezing temperature, modify or stop growth of crystals of ice, inhibit recrystallization. These proteins in the freezing systems don't prevent freezing, and control the size, a form and aggregation of crystals of ice. In this regard the new term «ice-the structuring proteins» has been offered (ice-structuring proteins - ISPs). The new functional ingredients capable to control formation of ice and its structure which production is economically expedient and also are studied provides quality indicators of the frozen dairy products during the transporting and storage. Use of antifrizny proteins can potentially provide revolutionary innovations in the field of the frozen dairy products. In the course of the researches sources of the structuring proteins have been considered. In production of the frozen dairy products phytogenesis raw materials introduction is admissible. As the studied samples grains of winter grades have been chosen. In work the amino-acid composition of seeds of wheat, physical and chemical indicators is studied and presented and also microbiological indicators of the developed vegetable additive are presented.
Key words
antifreeze proteins; dairy products; ice content; structuring additive Citation
Golubeva L. V., Pozhidaeva E.A., Dar'in A. O., Svistula A. V. (2018) Development of the technology of obtaining a structuring additive for frozen dairy products // Food processing industry = Pisshevaya promyshlennost'. 2018. № 12. Р. 43-45.
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ
Антифризные белки (белки, структурирующие лед) - это многочисленная группа белков, которые объединяют общие свойства: способность снижать температуру замерзания, не влияя при этом на температуру таяния (плавления); модифицировать или останавливать рост кристаллов льда; ингибировать рекристалли-
Таблица 1
Органолептические показатели структурирующей добавки
Время исследования, ч Описание показателей и их изменение
1,0 Густая жидкость темно-песочного цвета с отчетливым вкусом и запахом пшеничного солода
12,0 24,0 Изменений органолептических характеристик не происходит. Происходит осаждение измельченных частиц и растворенных в воде сухих веществ
36,0 Ослабевает солодовый запах
48,0 60,0 Вкус и запах становится менее ощутимым. Жидкость приобретает более темный оттенок
72,0 Жидкость приобретает коричневый оттенок
Таблица 2
Микробиологические показатели структурирующей добавки в процессе хранения
Время исследования, ч КМАФАнМ, КОЕ/см3
1,0 1,1.104
12,0 1,5-104
24,0 4,0-104
36,0 8,6-104
48,0 3,0-105
60,0 9,0-105
72,0 1,6-106
Таблица 3
Микробиологические показатели готовой структурирующей добавки
Показатель Значение
КМАФАнМ, КОЕ / см3 1,1-104
БГКП (колиформы), в 1 см3 Не обнаружено
Staphylococcus aureus, в 1 см3 Не обнаружено
Патогенные микроорганизмы, в том числе сальмонеллы, в 25 см3 Не обнаружено
Плесени и дрожжи, КОЕ/г, в 1 см3 Не обнаружено
Таблица 4
Показатели активной кислотности структурирующей добавки
Время исследования, ч Значение pH
1,0 6,20
12,0 6,30
24,0 6,45
36,0 6,60
48,0 7,0
60,0 7,30
72,0 7,55
зацию и защищать клеточные мембраны от повреждений. На данный момент антифризные протеины были найдены у позвоночных, беспозвоночных, растений, бактерий и грибов [1].
Наиболее целесообразно в качестве источника антифризных белков использовать сорта озимой пшеницы. Такие культуры холодоустойчивы, содержат антифризные белки, широко распространены в нашей стране и легко проращиваются в лабораторных условиях за короткий срок.
Антифризные белки синтезируются во время низкотемпературного стресса и позволяют растению предотвращать образование крупных кристаллов льда при замерзании внеклеточной воды и повреждение образующимися кристаллами мембран клеток. Под воздействием низкой температуры происходит изменение экспрессии генов, вызывающее ингибирование синтеза экс-прессирующихся в нормальных температурных условиях конструктивных белков. В то же время наблюдается резкое усиление синтеза стрессовых белков. У озимой пшеницы накопление антифризных белков и развитие холодоустойчивости регулируются пятой хромосомой [2].
У пшеницы «ТгШсит аеБ^уит» (пшеницы мягкой) обнаружили 2 гена, которые кодируют необычные для растений структурирующие лед белки. В отличие от уже известных антифризных белков, они имеют ^концевой участок, гомологичный богатым лейцином повторяющимся областям рецепторного домена про-теинкиназ [3].
При приемке пшеницы следует тщательно ее исследовать, удалить различные примеси, поврежденные зерна, очистить от пыли и мелких загрязнений. Зерно тщательно промывают проточной водой и помещают в широкую невысокую емкость
для дальнейшего поглощения им влаги. Для набухания пшеницу заливают питьевой водой. Уровень воды должен быть ниже уровня пшеницы для обеспечения нормального дыхания зерна. Емкости с проращиваемым зерном помещаются в вентилируемые холодильные камеры, обеспечивающие постоянную температуру в пределах от 3 до 5 °С. При такой температуре и доступе к кислороду зерна пшеницы начинают поглощать влагу. Через каждые 24 ч воду необходимо менять и перемешивать зерна пшеницы для предотвращения нежелательных микробиологических процессов. В зародыше активизируются процессы синтеза более сложных органических соединений, формирующих при дальнейшем росте ткани и органы нового растения [4]. Проращивание зерна в холодных условиях происходит на протяжении 9 суток.
После этого был проведен аминокислотный анализ двух образцов пшеницы, которые проращивались в различных температурных условиях: 25±2 °С и 4±1 °С. Из приведенной на рисунке сравнительной диаграмме видно, что зерна пшеницы, пророщенные при температуре 4±1 °С, содержат большее количество всех, в том числе и незаменимых, аминокислот, кроме метионина.
В полипептидной цепи антифриз-ных белков по известным сообщениям [5] содержатся треонин и аланин. Антифризные белки ТгШсит аеБ^уит содержат богатые лейцином участки. Из диаграммы видно, что в зернах, пророщенных при температуре 4±1 °С, содержание аланина возросло на 13,2 %, треонина - на 50%, лейцина - на 34,5% по сравнению с зернами из той же партии, но проращивание которых осуществлялось при комнатной температуре.
Нельзя не отметить существенное повышение доли незаменимых
Химический состав структурирующей добавки (100 г)
Вода, г Белок, г Жир, г Углеводы, г Энергетическая ценность,
Всего, г В том числе
Крахмал, г | Клетчатка, г | Сахар, г ккал
79,5 2,8 0,4 15,6 11,4 0,5 0,84 75,6
аминокислот. В пересчете на сухое вещество в пророщенных при низких температурных условиях зернах доля лизина составила 0,42%, валина -0,44%, треонина - 0,54%, лейцина -0,78%, триптофана - 0,16%.
Данный анализ позволяет сделать вывод не только о вероятном увеличении антифризных белков, но и о существенном увеличении биологической ценности.
Из пророщенных зерен пшеницы, подвергнутых измельчению, водой экстрагируются растворимые сухие вещества, в том числе и антифриз-ные белки. Соотношение пшеницы и экстрагента 2:3. Такой гидромодуль был подобран с учетом технологии производства замороженных молочных продуктов. Продолжительность экстрагирования при температуре 40±2 °С составляет 1 ч. За это время в экстрагент переходит максимальное количество сухих веществ.
После операции экстрагирования проводится пастеризация с минимально возможным температурным режимом для сохранения высокой активности антифризных белков. Установлено, что наиболее эффективна пастеризация при температуре 65 °С на протяжении 2 мин. Готовую структурирующую добавку упаковывают в транспортную тару и отправляют на хранение при температуре равной 4±2 °С.
Подробный анализ хранимоспо-собности структурирующей добавки содержится в табл. 1-4. В этих таблицах представлены органолеп-тические, микробиологические изменения, протекающие в процессе хранения, и колебания значения рН.
Органолептические показатели. Готовая структурирующая добавка представляет собой непрозрачную жидкость темно-песочного цвета с видимыми частицами измельченных зерен. Ярко выражены пшеничные запах и вкус. Средний размер частиц варьируется от 0,1 мм до 3 мм. В экстрагент перешло множество мельчайших частиц, содержащихся в пшеничном зерне. В основном это крахмальные зерна, размер которых колеблется от 5 до 100 мкм в диа-
метре. Крупные включения представлены клетчаткой и измельченными оболочкой зерновки. Размеры фрагментов оболочки зерна характеризуются неправильной геометрической формой и достигают 2-3 мм в диаметре.
Химический состав структурирующей добавки представлен в табл. 5.
Все углеводы, содержащиеся в зерне пшеницы, подразделяются на две группы: моносахариды (простые сахара) и полисахариды (сложные сахара). К моносахаридам относят пентозы (около 8 % в сухом веществе исходного сырья) и гексозы. Содержащиеся в добавке сахара представлены в основном сахарозой и являются полисахаридами первого порядка. Полисахариды второго порядка - это крахмал, левулезаны, клетчатка (целлюлоза) и полуклетчатка (гемицеллюлоза)
[4, 6].
Анализируя результаты работы можно сделать вывод, что готовая структурирующая добавка по своим физико-химическим, органолеп-тическим и микробиологическим характеристикам является новым функциональным полуфабрикатом, содержащим в своем составе ценные белки, незаменимые аминокислоты и минеральные вещества.
ЛИТЕРАТУРА
1. Barrett, J. Thermal hysteresis proteins // Int.J. Biochem. Cell Biol. -2001. - Vol. 33, Issue 2. - P. 105117.
2. Колесниченко, А.В. Стрессовый белок БХШ 310: характеристика и функции в растительной клетке/А.В. Колесниченко [и др.] // СО РАН. Сибирский Институт Физиологии и Биохимии Растений (СИФИБР). - Иркутск: Арт-Пресс, 2004. - 225 с.
3. Fei, Y. B., Cao P.X., Gao S.Q. et ai. Purification and structure analysis of
Таблица 5
antifreeze proteins from Ammopiptanthus mongolicus // Prep. Biochem. Biotech-nol. - 2008. - Vol. 38, № 2. - P. 172183.
4. Казаков, Е.Д. Биохимия зерна и хлебопродуктов/ Е. Д. Казаков, Г. П. Кар-пиленко // - СПб.: ГИОРД, 2005. -512 с.
5. Гулевский, А. К. Антифризные белки. Сообщение II. Распространение в природе/А. К. Гулевский, Л. И. Релина // Проблемы криобиологии. - 2009. -Т.19. - № 2. - С. 121-136.
6. СанПиН 2.3.2.1078-01. Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов. 2001.
REFERENCES
1. Barrett, J. Thermal hysteresis proteins // Int.J. Biochem. Cell Biol. -2001. - Vol. 33, Issue 2. - P. 105117.
2. Kolesnichenko, A.V. Stressovyj belok BHSh 310: harakteristika i funkcii v rastitel'noj kletke/ A. V. Kolesnichenko [i dr.] // SO RAN. Sibirskij Institut F i z i o l o g i i i B i o h i m i i R a s t e n i j (SIFIBR). - Irkutsk: Art-Press, 2004. -225 s.
3. Fei, Y. B., Cao P.X., Gao S. Q. et al. Purification and structure analysis of antifreeze proteins from Ammopiptanthus mongolicus // Prep. Biochem. Biotech-nol. - 2008. - Vol. 38, № 2. - P. 172183.
4. Kazakov, E. D. Biohimija zerna i h le b o pro d u kto v / E. D. Kazakov, G.P. Karpilenko // - SPb.: GIORD, 2005. -512 s.
5. Gulevskij, A. K. Antifriznye belki. Soobshhenie II. Rasprostranenie v prirode/ A. K. Gulevskij, L. I. Relina // Problemy kriobiologii. - 2009. - T.19. -№ 2. - S. 121-136.
6. SanPiN 2.3.2.1078-01. Gigienicheskie trebovanija bezopasnosti i pishhevoj cennosti pishhevyh produktov. 2001.
Авторы
Голубева Любовь Владимировна, д-р техн. наук, профессор, Пожидаева Екатерина Анатольевна, канд. техн. наук, Дарьин Алексей Олегович, Свистула Александр Васильевич
Воронежский государственный университет инженерных технологий, 394036, г. Воронеж, проспект Революции, д. 19, goLubevaLv@inbox.ru
Authors
Golubeva Lyubov Vladimirovna, Doctor of Technical sciences, Professor, Pozhidaeva Ekaterina Anatolievna, Candidate of Technical Sciences, Dar'in Alexey Olegovich, Svistula Alexander Vasilyevich
Voronezh State University of Engineering Technologies, 19, Revolution Avenue, Voronezh, 394036, goLubevaLv@inbox.ru;
