Инновации в технологии изготовления кисло молочных продуктов

Подготовка специалистов высшей научной квалификации — один из определяющих факторов инновационного развития пищевой промышленности. Проведение научно-исследовательских работ способствует инновационному развитию перерабатывающей отрасли, обеспечивая, с одной стороны, разработку современного конкурентоспособного продукта, а с другой стороны, подготовку высококвалифицированных специалистов.

2 ИННОВАЦИОННЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗРАБОТОК ТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВА ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

2.1 Инновационные направления использования нетрадиционных методов обработки молока

Сдерживающими факторами  в развитии отечественной молочной промышленности в настоящее время  является целый ряд комплексных проблем, а именно, низкий покупательский спрос населения, отсутствие стабильной сырьевой базы, невысокие темпы развития производства нового оборудования для производства молока, несомненно, связанные с глобальным экономическим кризисом. Специалистами проводятся фундаментальные и прикладные исследования по созданию новых технологических процессов и их аппаратурного оформления по многим актуальным направлениям.

Качество молока-сырья  является основополагающим фактором, обуславливающим актуальность разработки новых молочных продуктов. При перемещении молока-сырья в производственном цикле его переработки значительно повышается его бактериальная обсемененность, снижается термоустойчивость и коллоидная стабильность белков молока, обедняется его витаминный состав. Проводятся исследования, направленные на модернизацию базовых технологий в сфере первичной переработки молока-сырья. Одним из таких направлений является использование баромембранных методов.

Традиционно баромембранные процессы используются во многих отраслях народного хозяйства и в лабораторной практике: для очистки сточных вод от высокомолекулярных соединений и тонкодисперсных веществ, концентрирования суспензий, разделения азеотропных и термолабильных смесей, выделения и очистки биологически активных веществ, вакцин, вирусов, очистки крови, фруктовых и овощных соков, предварительной подготовки жидкостей и т. д. Важная роль отводится мембранным технологиям и в молочной промышленности. Преимуществами использования данных технологий являются возможность регулирования селективности мембран (за счет их подбора), что дает инструмент для создания широкой гаммы новых продуктов с уникальными свойствами, а также сравнительно невысокие энергетические затраты.

В последнее время  специалистами уделяется большое  внимание процессу микрофильтрации. Микрофильтрация применяется для разделения коллоидных систем.

Процесс занимает промежуточное  положение (без резко выраженных границ) между ультрафильтрацией  и фильтрованием. Отличительной  особенностью является использование мембран с диаметром пор 0,05–10 мкм (50–10000 нм). Главным достоинством мембранных технологий является возможность разделения и регулирования содержания компонентов молока в щадящих условиях, что позволяет сохранить уровень пищевой и биологической ценности всех компонентов исходного молока при производстве молочных продуктов.

Одной из основных целей  улучшения качества сырого молока с  использованием микрофильтрации, было достижение эффекта «холодной стерилизации». Однако практически все применяемые  на сегодняшний день технологии производства молочных продуктов с применением микрофильтрации дополнительно включают пастеризацию при различных температурных режимах.

Использование микро  фильтрованного молока без последующей  термообработки хоть и является в  перспективе заманчивым направлением, но на настоящий день малоприменимо. В первую очередь из-за законодательных норм, которые запрещают выпуск питьевого молока без температурной обработки, а также производство сыров из не пастеризованного молока. Но даже если исключить законодательные факторы, то существующее качество молока не позволяет получать гарантированную микробиологическую чистоту в не подвергнутом температурной обработке продукте. Эти факторы, в сочетании с дороговизной оборудования, значительно снижают потенциал применения микрофильтрации и интерес к ней переработчиков. Однако, в связи с проводимой Государственной политикой по улучшению качества питания и возрастающим недовольством населения из-за вытеснения с рынка стерилизованным молоком пастеризованного молока, возрос интерес к микрофильтрации, как к процессу, позволяющему значительно продлить сроки годности питьевого пастеризованного молока при сохранении присущих ему биологических свойств. Специалистами были проведены исследования влияния процесса микрофильтрации на качество питьевого молока, йогурта, творога, концентрата молочных белков, сывороточных напитков.

Экспериментально были получены данные по опытным выработкам, отражающие взаимосвязь между микробиологической загрязненностью сырого молока и молока подвергнутого микрофильтрации. Эффективность микробиологической очистки микро фильтрата составляла минимально 98,5%, максимально 99,99% и в среднем 99,91%.

Эти данные были использованы при разработке технической документации на молоко питьевое пастеризованное со сроком годности 18 суток.

При разработке новых  молочных продуктов с использованием мембранных технологий были получены молочнобелковые концентраты на основе ультрафильтрации обезжиренного  молока и творожной сыворотки (содержание белка в конечном концентрате от 18 до 22%), которые в качестве промежуточного продукта были использованы в рецептурах аэрированных молочных продуктов. Помимо того, что данные концентраты являются прекрасным источником натурального белка, они улучшают качественные характеристики готового продукта, увеличивая взбитость системы и стойкость эмульсии. Кроме этого, молочнобелковые концентраты, полученные с помощью ультрафильтрации, могут резервироваться предприятием для последующего использования, как в качестве функционального компонента, так и для обогащения продукта белком при нехватке его в исходном сырье [8].

Ферментативный гидролиз лактозы как перспективное направление  в молочной промышленности

Молочные продукты являются привычной и важной частью питания  человека. Однако в настоящее время наряду с возрастающим распространением аллергических заболеваний, возникает проблема лактазной недостаточности (гиполактазии) — дефицита пищеварительного фермента лактазы, важнейшего и единственного фермента в организме человека, который отвечает за расщепление молочного сахара. По этой причине многие люди не могут употреблять молочные продукты, а вместе с этим не дополучают ряд необходимых питательных веществ.

Биологическая ценность лактозы обусловлена тем, что  она способствует усвоению кальция, а также магния и фосфора, она препятствует декальционированию костей, вследствие чего предупреждается развитие рахита у детей, помимо этого лактоза преобразуется в ходе обмена в глюкозу, тем самым покрывает значительную часть энергетической потребности человека, и галактозу, составную часть галактолипидов, необходимую для развития и нормального функционирования центральной нервной системы.

Благодаря медленному поглощению в организме, потребление лактозы  не приводит к значительному повышению  уровня сахара в крови. Лактоза, поступающая в организм практически полностью (99,7%) усваивается. Все вышеперечисленное доказывает незаменимость лактозы, как источника энергии и строительных материалов, необходимых для осуществления важнейших биохимических процессов в организме человека, поэтому нехватка лактозы в рационе человека по причине ее непереносимости может привести к негативным последствиям.

Непереносимость лактозы  по причине гиполактазии является одним  из наиболее распространенных желудочно-кишечных нарушений, которое наблюдается у сотен миллионов людей во всем мире. Большинство людей рождаются со способностью усваивать лактозу, но к 20 годам многие приобретают определенную степень непереносимости лактозы. Для жизни младенцев лактазная недостаточность представляет серьезную угрозу, так как для них молоко является основным продуктом питания. Это заболевание впервые было описано в 1959 году, его неправильная или несвоевременная диагностика может привести к смерти ребенка. Для объяснения различий в частоте гиполактазии у различных этнических групп существует географическая или культурнооэтническая гипотеза. Известно, что, за исключением народов, которые издавна занимались животноводством, Северной и Центральной Европы, некоторых популяций Среднего Востока, а также групп первично европейского происхождения в Северной Америке, Австралии, Новой Зеландии и в других районах, большинство взрослых не переносят лактозу в количестве, превышающем 50 граммов единовременно, что объясняется наследственным фактором. У населения стран Балтии 12 и стран СНГ распространенность гиполактазии также неодинакова, так наиболее часто она встречается у народов этнической группы ханты и манси, а также у коми-зырян — 60–80% частоты гиполактазии,50% частоты гиполактазии наблюдается у эстонцев,  32% — у литовцев, у русских — 13–15%, а у белорусов — 13%, наименьшей частотой гиполактазии обладают украинцы — 6%.

Наиболее простым путем коррекции  лактазной недостаточности является специальная диета с минимальным  потреблением молочного сахара, продуктов практически не содержащих лактозу (сыры) или с низким содержанием лактозы (творог). Молоко применяют в небольших количествах в смеси с другими продуктами, небольшими порциями до 200 мл в течение дня (в составе каш, запеканок, овощного пюре). По этой причине актуальным вопросом является производство низко и безлактозных продуктов. Безлактозные молочные продукты производят в большинстве стран Западной Европы, Аргентине, Австралии, Канаде, Японии, Малайзии, Новой Зеландии, США, Финляндии. В странах ближнего зарубежья данное направление является новым и малоразвитым.

Как видно из вышесказанного гиполактазия является серьезной проблемой в  сфере здравоохранения, повышенное содержание лактозы в продуктах  питания представляют серьезную  угрозу для достаточно широкой группы людей. Но кроме здоровья человека лактоза играет значительную роль и в производственной сфере, оказывая влияние на многие технологические параметры технологического процесса и характеристики готового продукта, так присутствие большого количества лактозы в молочных продуктах приводит к частому появлению технологических пороков, таких как крупинчатость или песчанистость, связанных со сложно регулируемым процессом кристаллизации лактозы в сгущенных молочных продуктах с сахаром во время быстрого охлаждения сгущенной смеси или в процессе хранения готового продукта. Это вызвано низкой растворимостью лактозы, так данный показатель лактозы зависит от температуры: при 90°С она составляет 144 г/100 г воды, а при 20°С — 19,2 г/100 г воды.

Одним из альтернативных вариантов снижения содержания лактозы в молочных продуктах является применение гидролиза молочного сахара в их составе. На сегодняшний день используется целенаправленный процесс гидролиза лактозы, который позволяет получить продукты с заданными органолептическими и физико-химическими свойствами.

Известно несколько способов гидролиза  лактозы. Практически гидролиз в  модельных системах растворов молочного  сахара и молочном лактозосодержащем  сырье может быть осуществлен  термическим, химическим (кислотным), безреагентным (с использованием электрохимических активных водных растворов и ионообменных смол) и ферментативным способами.

Во время кислотного гидролиза  лактозу можно расщепить при  помощи кислот во время термической  обработкой или при пропускании через катионный обменник, при температуре около 100°С. Требуемая степень гидролиза определяется по уровню рН, температуре и времени выдержки.

Поскольку продукт в ходе гидролиза  приобретает коричневый цвет, рекомендуется  обработка активированным углем.

Но наиболее применимым для пищевых  целей является ферментативный гидролиз. Расщепляющий лактозу фермент β-DD галактозидаза принадлежит к группе гидролаз. Во время реакции одна молекула воды связывает молекулу сахара. Условия реакции, например, температура, кислотность, длительность, концентрация лактозы и фермента определяют скорость прохождения процесса.

В зависимости от степени гидролиза лактозы молоко будет иметь более сильный или слабый сладкий вкус, что вызвано более высокой сладостью глюкозы и галактозы по сравнению с лактозой. Так с увеличением степени гидролиза лактозы в молоке более 30% появляется вкусовое ощущение сладковатости питьевого молока, которые возрастают до проявления выраженного сладкого привкуса при уровне гидролиза лактозы 80%. Повышение сладости питьевого молока с увеличением степени гидролиза лактозы имеет абсолютно аргументированное объяснение. Если следовать понятию «индекс сладости», который используют для оценки именно этих качеств, то лактоза имеет только 20 единиц, галактоза — 32 единиц, глюкоза — 75 единиц, при использовании шкалы, в которой абсолютными значениями обладает сахароза – 100 единиц. Следовательно, гидролитическое расщепление лактозы до глюкозы и галактозы молока приводит к повышению индекса сладости при пониженном содержании лактозы. Обычно нет необходимости полностью гидролизовать лактозу, за исключением чрезвычайных случаев нарушения ее всасываемости, так как баланс между количеством молока, уровнем нарушения усвоения лактозы и степенью ее гидролиза определяет, проявятся эти симптомы или нет. На практике должен быть найден компромисс между степенью гидролиза и издержками на его осуществление. Это достигается при гидролизе примерно 70–80% лактозы.

Отмечено, что для гидролиза лактозы более подходящими являются дрожжевые β-галактозидазы, у которых оптимум рН=(6,3–6,8) практически совпадает с активной кислотностью молока. Следует отметить, что грибные β-галактозидазы также используются для гидролиза молока, однако проявляемая при этом активность несколько ниже максимальной. Лактозу получают экстракцией из дрожжей Kluyveromyces fragilis и Kluyveromyces lactis, а также из грибов Aspergillus niger и Aspergillus oryzae. В настоящее время известно несколько ферментативных препаратов, с помощью которых можно осуществить гидролиз лактозы в молочном сырье. С их помощью производят низколактозное молоко, имеющее большой спрос на зарубежных молочных рынках, продукт, специально предназначенный для людей страдающих лактозной непереносимостью. На мировом рынке в основном представлено питьевое пастеризованное молоко и УВТ — молоко со степенью гидролиза лактозы 70–80%.