Белками называются высокомолекулярные природные полимеры, молекулы которых построены из остатков аминокислот. Практически все белки построены из 20 так называемых протеиногенных осаминокислот, принадлежащих, за исклю­чением глицина, к L-ряду [85, 130]. Аминокислоты соединены между собой пеп­тидными (амидными) связями (рис. 1), образованными карбоксильной группой и а-аминогруппами соседних аминокислотных остатков

 

Рис. 1. Пептидные связи [130]

 Белковая молекула может состоять из одной или нескольких цепей, содержа­щих от 50 до нескольких сотен (иногда - более тысячи) аминокислотных остат­ков [130]. Молекулы, содержащие менее 50 остатков, часто называют пептидами, а более 50 - полипептидами. Если молекулярная масса полипептида выше 5000, и он выполняет ту или иную биологическую функцию, его называют белком [85]. Последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи называет­ся первичной структурой белка (пептида). Все белки различаются по первичнойструктуре и характеризуются ею. Кроме того, белки имеют вторичную, третичную и многие - четвертичную структуру. В природе выделяют от 10^ю до 10¹² различных белков, но потенциально возможное их число практически не ограничено [85,130]. Белковые молекулы могут включать ионы металла (металлопротеиды), пигменты (хромопротеиды), образовывать прочные комплексы с липидами (липопротеины), нуклеиновыми кислотами (нуклеопротеиды) и т. п. [130]. В зависимости от формы молекул белки подразделяют на глобулярные и фибриллярные. Молекулы глобу­лярных белков свернуты в компактные глобулы сферической или эллипсоидной формы, а молекулы фибриллярных - образуют длинные волокна (фибриллы).

Функционирование белков лежит в основе важнейших процессов жизнедеятель­ности всех живых организмов от вируса до человека. На долю белков приходится не менее 50% сухой массы животной клетки. Обмен веществ (пищеварение, дыхание и др.), мышечное сокращение, нервная проводимость и жизнь клетки в целом нераз­рывно связаны с активностью ферментов - высокоспецифических катализаторов биохимических реакций, являющихся белками. Основу костной и соединительной тканей, шерсти, роговых образований составляют структурные белки (например, коллаген). Они же формируют остов клеточных органелл. Работа мышц животных и человека осуществляется по единому механизму при посредстве белков сократи­тельной системы (актин, миозин). В активном транспорте ионов, липидов, Сахаров и аминокислот через биологические мембраны участвуют транспортные белки (на­пример, гемоглобин и миоглобин осуществляют перенос кислорода). Преобразова­ние и утилизация энергии, поступающей в организм с питанием, а также энергии солнечного излучения происходят при участии белков биоэнергетической системы. Большое значение имеют пищевые и запасные белки (например, казеин, проламины). Защитные системы высших организмов формируются защитными белками. Важные группы составляют регуляторные и рецепторные белки.

Белки являются обязательным компонентом пищи и составляют значительную часть сухих веществ большинства продуктов питания как животного, так и расти­тельного происхождения. В процессе пищеварения белки подвергаются гидролизу до аминокислот - своих составных частей, в виде которых всасываются в кровь. При потреблении пищи с недостаточным содержанием белков в организме начина­ют гидролизоваться белки тканей, поэтому так важно соблюдение рекомендуемых норм потребления белков [85]. В соответствии с рекомендациями ФАО/ВОЗ норма потребления белков составляет 60-100 г в сутки или 12-15% от общей калорий­ности пищи, а общий дефицит белка в настоящее время на планете оценивается в 10-25 млн т в год и, вероятнее всего, такое положение сохранится в ближайшие десятилетия [28, 85].

Пищевая ценность белков в наибольшей степени зависит от их аминокислот­ного состава, прежде всего содержания в них незаменимых аминокислот, не син­тезирующихся в организме (для человека незаменимы триптофан, лейцин, изолейцин, валин, треонин, лизин, метионин и фенилаланин) [130]. Пищевую ценность белков принято рассчитывать по их аминокислотному составу. Аминокислотный состав исследуемого белка сравнивают с аминокислотным составом «идеального» белка. Это сравнение получило название химического, белкового или аминокис­лотного скора (от англ. score - счет очков в игре). В качестве «идеального» белка применяют аминокислотную шкалу ФАО/ВОЗ. Аминокислотный скор каждой не­заменимой аминокислоты в «идеальном» белке принимают за 100%. В исследуемом белке скор каждой незаменимой аминокислоты определяют, поделив содержание аминокислоты в исследуемом белке на содержание этой аминокислоты в «идеаль­ном» белке и умножив на 100% (табл. 1).

Биологическая ценность тех или иных белков определяется не только их амино­кислотным составом, но и усвояемостью, которая зависит от множества факторов (структурные особенности, активность ферментов, вид предварительной обработки в процессе приготовления пищи и т. д.). Например, белки кожи животных и кера­тин волосяного покрова из-за фибриллярной структуры вообще не усваиваются, несмотря на их аминокислотный состав, близкий к «идеальному». Механическая и щадящая тепловая обработка пищи ускоряет переваривание белков, особенно рас­тительных, а жесткая термообработка (выше 100 °С) затрудняет его. В целом живот­ные белки усваиваются лучше, чем растительные. Из животных белков в кишечнике всасывается более 90% аминокислот, а из растительных - только 60-80% [85].

В питательном отношении растительные белки менее ценны, чем животные: они беднее лизином, метионином и триптофаном, хуже усваиваются, но животные белки тоже имеют неодинаковую пищевую ценность (см. табл. 1). Учитывая миро­вой дефицит пищевого, особенно животного белка, большое значение имеет со­здание пищевых продуктов, содержащих сбалансированные по аминокислотному составу наиболее полно усвояемые белки. Биологическую ценность можно регули­ровать, смешивая белки с различным аминокислотным составом, а также добавляя к ним недостающие аминокислоты. Например, можно увеличить биологическую ценность белков кукурузы (обедненных триптофаном и лизином), добавляя к ним соевые белки (обедненные метионином) [85]. Благодаря высокому содержанию в сывороточных белках аминокислоты лизина их добавка в тесто из пшеничной муки (обедненной лизином) оптимизирует аминокислотный состав хлеба [110].

Помимо показателей пищевой ценности, каждый вид белков обладает уни­кальным сочетанием функциональных свойств, которые определяют их поведение в процессе производства и хранения пищевых продуктов и отражаются на важней­ших характеристиках самих продуктов. К наиболее важным функциональным свой­ствам белков относятся: растворимость; способность стабилизировать дисперсные системы (эмульсии, пены, суспензии) и образовывать гели; адгезионные и реоло­гические свойства (вязкость, эластичность); водосвязывающая, жиросвязывающая, текстурирующая и пленкообразующая способность (табл. 2). С помощью других компонентов пищевой системы, чаще всего пищевых добавок (стеароил-2-лактилат натрия или кальция, моно- и диглицериды, лецитины, пектины, альгинаты и т. д.), можно в большей или меньшей степени видоизменять функциональные свойства белков.

Гидрофильные остатки аминокислот адсорбируют молекулы воды, обеспечивая влагосвязывающую способность белков, а гидрофобные - адсорбируют жир, обес­печивая жиросвязывающую способность. Высокая влагосвязывающая способность белков существенно влияет на характеристики мясных, рыбных, хлебобулочных и ряда других изделий, способствуя увеличению выхода, продлению сроков хране­ния, улучшению структуры. Высокая жиросвязывающая способность белков обес­печивает нежную однородную текстуру изделий, предотвращает отделение жира, сморщивание изделий, уменьшает потери при термообработке [85].

 

Таблица 1

Аминокислотный состав белков различного происхождения [66,131]

Примечание. А - содержание данной аминокислоты в белке, %; С - аминокислотный скор, %.

 

Таблица 2

 Функциональные свойства белков, наиболее важные для различных групп пищевых продуктов [33, 85, 124]

 Одновременное присутствие в белковых молекулах гидрофильных и гидро­фобных групп обеспечивает их эмульгирующие свойства. Ориентируясь на грани­це раздела фаз термодинамически наиболее выгодным образом (гидрофильными группами к воде, а гидрофобными - к маслу), белки образуют на границе прочный адсорбционный слой, снижающий поверхностное натяжение в дисперсных систе­мах. Благодаря такому действию белков эмульсии, пены и другие дисперсии приоб­ретают агрегативную устойчивость и более высокую вязкость.

Гелеобразующая способность белков заключается в способности их коллоид­ных растворов образовывать гели - дисперсные системы с жидкой дисперсионной средой, в которой частицы дисперсной фазы формируют пространственную сетку. Гели обладают некоторыми свойствами твердых тел: способностью сохранять фор­му, прочностью, пластичностью [130]. Последнее очень важно для качественных характеристик продуктов мясо- и рыбопереработки, молочных и хлебобулочных изделий. Обычно белки с высокой растворимостью в воде образуют прочные гели, стабильные эмульсии и пены, а белки с низкой растворимостью не набухают в воде, не образуют гелей и не стабилизируют дисперсные системы. Бывает и наоборот: плохо растворимые в воде пшеничные белки образуют гели, которые выдерживают нагревание, замораживание и сушку. В то же время белки с чрезмерно высокой рас­творимостью в составе хлебопекарных улучшителей отрицательно влияют на элас­тичность и вязкоупругие свойства теста [85].

 

1.1.1. Молочные белки

Белки составляют значительную часть коровьего молока. Их общее содержание колеблется от 2,9 до 4,0%, обычно 3,0-3,6%. Молочные белки очень многообразны по составу, но среди них можно выделить две основные группы: 1) казенны; 2) сы­вороточные белки (табл. 3). На казенны приходится примерно 80% от общего содер­жания азота в молоке, на сывороточные белки - приблизительно 15%. Остальные азотистые соединения - белки оболочек жировых шариков (минорные белки) и другие азотистые компоненты [33, 118]. К последним относятся ферменты (липопротеидлипаза, протеиназа (плазмин), лактопероксидаза, лизоцим и др.) и некото­рые гормоны (пролактин, окситоцин и др.) [124].

Молочные белки легко перевариваются и усваиваются. Казенны являются ис­точниками незаменимых аминокислот, кальция, фосфора, некоторых физиологи чески активных пептидов. В желудке под действием химозина из к-казеина высво­бождаются глико- и фосфопептиды. Эти вещества необходимы для регулирования секреции желудочного сока, формирования физико-химических свойств белков, защиты от протеолиза и улучшения проницаемости клеточных мембран [85]. Белки сыворотки содержат незаменимые аминокислоты (лизин, треонин, триптофан, метионин и цистеин) в значительно больших количествах, чем казеин, а также фрак­ции глобулярных белков, которые выполняют важные биологические функции (табл. 4).

 

Таблица 3.

Содержание в коровьем молоке основных белков [33, 85,118]

 

 

Таблица 4.

Основные биологические функции сывороточных белков [40,128]

 

К пищевым ингредиентам на основе белков коровьего молока относятся казен­ны, казеинаты, молочные белковые концентраты (МБК), сывороточные белковые концентраты (СБК) и изоляты (СБИ), (сывороточный) лактальбумин, пептон. Кро­ме того, в качестве функциональных концентратов молочных белков можно рас­сматривать сухое цельное и сухое обезжиренное молоко, сухую сыворотку и сухую пахту [124].

Все перечисленные продукты представляют собой тонкодисперсные порошки от белого до кремового, иногда желтоватого или коричневатого цвета. Цвет зави­сит, главным образом, от состава продукта и режима сушки. Кроме того, влияние оказывают время выдержки сгущенного молока перед сушкой и некоторые другие факторы [138].

 

Функциональные свойства

Ингредиенты на основе белков коровьего молока обладают не только очень высокой пищевой ценностью, но и важнейшими функциональными свойства­ми белков, которые используются для модификации и стабилизации текстуры и реологических свойств пищевых продуктов, придания им приятного вкуса, аромата и внешнего вида.

Растворимость. Растворимость белков в воде исключительно важна, поскольку является необходимым условием проявления большинства их функциональных свойств. Растворимость казеинов зависит от кислотности среды: при рН < 3,5 они образуют вязкие растворы, при рН 4-5 - нерастворимы. Если поднять рН выше 5,5 едким натром или калием, то казеин превратится в соответствующие казеинаты, которые легко растворимы до концентрации 10-15% [33, 118]. Казеинаты кальция образуют в воде скорее грубые дисперсии, чем растворы [118].

Нативные сывороточные белки растворимы во всем диапазоне рН, встреча­ющемся в пищевой промышленности [112, 118]. Их растворимость понижается при высокой концентрации солей [118]. Денатурированные сывороточные бел­ки растворимы значительно хуже нативных [112, 118]. Содержание денатуриро­ванных белков в сывороточных белковых продуктах зависит от способа получе­ния последних и существенно влияет на их растворимость.

Растворимость СБК, полученных мембранными методами, при рН в диапазоне 3-8 доходит до 90%. Нагревание в процессе распылительной сушки практически не влияет на растворимость, а пастеризация раствора СБК может вызвать 20%-ю денатурацию и потерю растворимости в изоэлектрической точке [112].

Влагосвязывание. Разные молочные белки связывают воду в различной сте­пени (табл. 5). При этом их влагосвязывающая способность зависит от условий обработки пищевой системы и может существенно меняться, например, в ре­зультате гелеобразования, значительно улучшая текстуру и реологию некото­рых пищевых продуктов [118].

Вязкость. С увеличением концентрации вязкость растворов казеината натрия возрастает экспоненциально. Уже при концентрации 15% казеинаты образуют высоковязкие растворы, а вязкость 20%-х растворов настолько велика (около

 

Таблица 5.

Уровень гидратации некоторых видов молочных белков [112,118]

100 Па • с), что их трудно перерабатывать даже при высоких температурах. При этом на вязкость растворов казеинатов влияют условия их производства: термообработка молока, условия осаждения и сушки. Кроме того, вязкость растворов казеинатов су­щественно зависит от присутствия в растворе ионов кальция, кислотности среды и температуры [118]. В нейтральной среде вязкость растворов казеинов и казеинатов минимальна, в кислой среде (рН 2,5-3,5) она намного выше.

Вязкость растворов снижается в ряду: казеинаты > МБК > СБК [118].

На вязкость растворов СБК влияют не только концентрация белков, вели­чина рН и температура, но и условия выделения и осаждения сывороточных белков. Вязкость растворов СБК, выделенных нагреванием при низких рН, очень высока (4-36 Па • с), а вязкость растворов СБК, полученных ультрафиль­трацией, в 10-20 раз ниже [33, 112].

Термостойкость. При значении рН ~ 6,7 молоко можно нагревать при 140 °С в течение 20 мин до появления признаков коагуляции [118]. Казенны доста­точно термостабильны, а основные сывороточные белки при нагревании выше 60 °С могут денатурировать. При температуре 70 °С альбумин сыворотки кро­ви и иммуноглобулины необратимо выпадают в осадок. Необратимое терми­ческое денатурирование ᵝ-лактоглобулина начинается при температуре выше 70 °С, тогда как а-лактальбумин термически стабилен и при рН 4,5-6,5 очень устойчив к денатурированию [112].

Гелеобразование и коагуляция. При нагревании и/или подкислении молока об­разуется гель (рис. 2), и обычно гелеобразователем является казеин. Как правило, гелеобразование или коагуляция молочных продуктов происходит в результате воз­действия кислоты или сычужного фермента. При этом образуются молочные гели с различными свойствами. Кислотный гель менее прочен, чем ферментный, и лег­ко разрушается. Более того, в течение суток после гелеобразования прочность кис­лотного геля не меняется, а ферментного - увеличивается [123]. Мицеллы казеина можно также дестабилизировать, получая гели смешиванием равных объемов моло­ка и 80% (об.) этанола. Казеин образует гелеподобные структуры при концентрации выше 5% и температуре ниже 40 °С [118]. Казеиновые гели проявляют псевдопла­стичные свойства и тиксотропны при высоких скоростях сдвига. Считается, что тиксотропный характер казеиновых гелей определяется гидрофобными взаимодей­ствиями между неполярными участками агрегатов казеина [124]. При формирова­нии гелей в молоке агрегирующую роль могут играть денатурированные сывороточ­ные белки (см. рис. 2).

Рис. 2. Схематичное изображение изменения белков молока в процессе получения кисломолочного продукта [156]

 

Казеинат кальция является единственной системой белков молока, которая, как сообщается, обладает свойством термообратимости геля. Концентрированные дис­персии казеината кальция (> 15% белка) образуют гель при нагревании до 50-60 °С. При охлаждении гель разжижается, но при повторном нагревании снова образуется. Температура гелеобразования увеличивается при повышении концентрации белка с 15 до 20% и в диапазоне рН 5,2-6,0. Сывороточные белки образуют гели после нагревания их растворов до 60-110 °С [33].

Растворы СБК образуют гели при концентрации белка выше 5% и нагревании в течение 5 мин до температуры 80-85 °С и выше [33,112]. На минимальную концен­трацию сывороточных белков и режим нагревания, необходимые для термического гелеобразования, на мутность, прочность, эластичность и хрупкость получаемого геля влияют степень денатурации белков, их содержание в белковом продукте, рН раствора, а также содержание и минеральный состав золы, присутствие некоторых других небелковых компонентов [118]. Исключительно высокой гелеобразующей способностью обладают СБИ. Они образуют гели при нагревании до температуры 56-58 °С и при рН 7-9. Сывороточные белковые концентраты, выделенные из сы­воротки нагреванием при низких значениях рН, формируют гели, стабильно сохра­няющие окраску, а растворы СБК, полученных ультрафильтрацией, при нагревании темнеют [33].

Если добавить к обезжиренному молоку 0,5-2,0% СБК (до 1,5% от содержа­ния сывороточного белка в молочной смеси), то при нагревании до 85 °С в течение 5 мин образуется стабильный нерасслаивающийся гель, в котором не происходит синерезиса [112].

Поверхностная активность. Молекулы белков молока легко создают адсорбци­онный слой на границе раздела фаз, уменьшая поверхностное натяжение. Основ­ные белки молока по величине поверхностной активности можно расположить в следующем порядке:

ᵝ-казеин > монодиспергированные казеиновые мицеллы > сывороточный

альбумин > а-лактальбумин > а_s-казеин = к-казеин > ᵝ-лактоглобулин >

иммуноглобулины.

Высокую поверхностную активность также проявляют у-казеины, а казеинат натрия снижает поверхностное натяжение более эффективно, чем сывороточные белки. Сывороточные белки могут быть частично или полностью денатурированы, что усиливает их поверхностную активность [118].

Эмульгирование и ценообразование. Молочные белковые продукты, особен­но казеинаты, являются очень хорошими эмульгаторами жиров [118]. Эмульги­рующее действие СБК в майонезах сравнимо с действием яичного порошка [33, 112]. Кроме того, молочные белки проявляют пенообразующие свойства (табл. 6). Казеинаты обычно образуют пены с более высокой взбитостью, но мень­шей стабильностью, чем пены, полученные из СБК или СБИ [118]. Казеинаты образуют пены только в нейтральных и слабокислых средах, в кислой среде их пенообразующие свойства снижаются [33]. Пенообразующие свойства СБК за­висят от очень многих факторов: вида исходной сыворотки, метода получения концентрата, степени денатурирования и протеолиза белков, содержания ио­нов кальция и молочного жира [33, 112]. Например, пена из СБК при 3%-м содержании жира разрушается, а при содержании жира 1-2% взбитость повы­шается с 490 до 520%, и пена сохраняется в течение 30 мин [112]. Сывороточные белковые концентраты, произведенные методом диафильтрации, характеризу­ются меньшей пенообразующей и пеностабилизирующей способностью, чем СБК, произведенные методом ультрафильтрации [33].

 

Таблица 6.

Пенообразующая способность некоторых видов белковых продуктов [33]

 

При гидратации и частичной тепловой денатурации пенообразующие свойства СБК заметно усиливаются. Это объясняют частичным распрямлением белковой мо­лекулы, сопровождающимся высвобождением ранее закрытых гидрофобных групп. Оптимальное пенообразование и достаточная стабильность пены отмечаются при концентрации белка в растворе 11-12%, что примерно соответствует концентра­ции белка в курином яйце. Максимальным образованием и стабильностью пены характеризуются СБК с содержанием жира менее 3% и отсутствием фосфолипидов в изоэлектрической области при рН 4,6-5,0. Растворы сывороточных белков могут терять пенообразующие свойства при хранении. Для восстановления этих свойств растворы достаточно подогреть не менее чем до 55 °С [112]. Необходимость этого подогрева объясняется свойством ᵝ-лактоглобулина при температурах ниже 10 °С и рН в интервале 3,7-5,1 образовывать в слабоконцентрированных растворах поли­меры, которые при нагревании расщепляются до нативной димерной формы белка [112].

 

Молоко сухое и сухие молочные продукты

Молоко сухое получают удалением воды из обезжиренного, нормализо­ванного или цельного коровьего молока. Молоко сгущают, а затем подвергают распылительной сушке. В результате получают обезжиренное или цельное су­хое молоко. Молоко сухое представляет собой мелкий порошок или порошок, состоящий из единичных и агломерированных частиц сухого молока. Допуска­ется незначительное количество комочков, легко рассыпающихся при механи­ческом воздействии. Цвет сухого молока - белый или белый с легким кремо­вым оттенком, вкус и запах - свойственные пастеризованному обезжиренно­му или цельному молоку, без посторонних привкусов и запахов. Допускается привкус и запах кипяченого молока [5]. По физико-химическим показателям молоко сухое, производимое по ГОСТ Р 52791-2007 и упакованное в транспор­тную тару, должно соответствовать нормам, указанным в табл. 7.

 

Таблица 7.

Физико-химические показатели сухого молока [5]

Пороки сухого молока могут быть обусловлены характеристиками исходного молока, условиями его переработки и хранения. Качество исходного молока в ос­новном влияет на появление различных нежелательных привкусов сухого молока, например кормового. Нарушение технологических режимов производства может вызвать такие пороки сухого молока, как пониженная растворимость, наличие при­горелых частиц, появление желтого, коричневого или бурого оттенков. Существен­но снизить качество сухого молока в процессе хранения может его повышенная ос­таточная влажность и хранение в условиях повышенной влажности воздуха (выше 80%), особенно при нарушении герметичности укупоривания. При содержании влаги в сухом молоке выше 4% значительно увеличивается когезия - способность частиц продукта слипаться, в результате чего ухудшается сыпучесть молока, появля­ются плотные комки. При повышенной остаточной влажности или сорбции влаги при хранении может появиться затхлость, при повышенной температуре хранения (выше 10 °С) ускоряется реакция меланоидинообразования, приводящая к потем­нению молока. Качество сухого цельного молока может дополнительно ухудшаться за счет окисления жира, гидролиза триглицеридов и фосфатидилхолина ферментом липазой. В результате сухое цельное молоко (СЦМ) прогоркает, приобретает вкус и запах осалившегося жира или рыбные вкус и запах [ 138].

Сухое молоко, как цельное, так и обезжиренное, давно и широко исполь­зуется в пищевых производствах: кондитерском, хлебопекарном, переработке молока и мяса, производстве мороженого и т. д.

Ассортимент сухого молока в настоящее время не ограничивается только двумя видами. Ниже перечислены наиболее часто встречающиеся разновидности сухого молока:

• с гарантированным отсутствием антибиотиков;
• для детского питания (гарантируется отсутствие антибиотиков и Bacil­lus cereus);
• обогащенное кальцием;
• обогащенное молочным/сывороточным белком;
• низколактозное и безлактозное и т. д.

Низколактозное сухое обезжиренное молоко производят обработкой пастери­зованного обезжиренного молока ферментом лактазой и последующей его распы­лительной сушкой. Низколактозное СОМ из-за получающегося в результате воздей­ствия фермента нетипичного состава Сахаров (24% глюкозы, 24% галактозы, 5-10% лактозы) имеет несколько искаженный сладкий вкус. Этого недостатка лишено безлактозное сухое обезжиренное молоко. Его производят по специальной техно­логии, сначала удаляя большую часть лактозы мембранной фильтрацией, а затем ферментативно расщепляя оставшуюся лактозу до глюкозы и галактозы. При этом безлактозное сухое обезжиренное молоко характеризуется близким к нулю содер­жанием лактозы (0,03%) и повышенным содержанием белков (47%) [181].

В развитых странах сухое обезжиренное молоко (СОМ) классифицируют по по­казателю WPNl  (Whey Protein Nitrogen Index - количество азота неденатурированных сывороточных белков, АНСБ). Этот показатель характеризует степень денатурации сывороточных белков. Чем он ниже, тем большая доля сывороточных белков дена­турировала в процессе термообработки [110]. В соответствии со значением АНСБ сухое обезжиренное молоко относят к одной из трех групп (табл. 8).

 

Таблица 8.

Классификация сухого обезжиренного молока в зависимости от условий температурной обработки

Поскольку многие функциональные свойства (растворимость, гелеобразование, пенообразование, эмульгирование) нативных и денатурированных сыворо­точных белков различаются, от степени денатурирования сывороточных белков зависят функциональные свойства сухого обезжиренного молока. Естественно, ре­комендуемые области применения СОМ с разными функциональными свойствами различны. Молоко класса Low heat рекомендуется использовать для производства молочных напитков, рекомбинированных молочных продуктов, для нормализации молока в производстве сыров, йогуртов, мороженого и т. д. Оно подходит для ис­пользования даже в производстве молочнокислых заквасок. Молоко класса Medium heat также применяется для производства мороженого, йогуртов, рекомбинирован­ных молочных продуктов, кроме того, его рекомендуют для полуфабрикатов, сахар­ных кондитерских изделий и мясных продуктов/ Молоко класса High heatnt подхо­дит для производства молочных продуктов за исключением мороженого, его лучше использовать при изготовлении мясных продуктов, полуфабрикатов, хлебобулоч­ных и мучных кондитерских изделий.

Сухое молоко - очень ценный натуральный и сравнительно дорогой про­дукт. В промышленном производстве не всегда необходимо использовать имен­но натуральное цельное или обезжиренное сухое молоко, соответствующее ГОСТ Р 52791-2007. За рубежом уже давно в ряде пищевых отраслей применяют различные заменители сухого молока, изготавливаемые с использованием расти­тельных жиров, сывороточных и растительных белков, глюкозных сиропов, мальтодекстринов и другого подходящего сырья. Подбором соответствующих видов сырья и их соотношения достигают определенных заданных характеристик гото­вого молокосодержащего или растительного сухого продукта: растворимости, влагосвязывания, эмульгирующих, пенообразующих свойств и т.д. Если такой продукт называют сухим молоком, следует говорить о фальсификации.

Наиболее распространенным способом фальсификации состава сухого молока является его смешивание с сухой сывороткой (подсырной, деминерализованной, пермеатом) (рис. 3). Прямое выявление этого способа фальсификации возможно двумя путями: 1) определением доли сывороточных белков в общем белке (так на­зываемый «тепловой класс») по методу Кьельдаля, 2) определением доли лактальбумина методом гельпроникающей жидкостной хроматографии. Естественное содержание сывороточных альбуминов в молоке составляет 25% (тепловой класс 75). Увеличение содержания альбуминов до 35%, что соответствует снижению теп­лового класса до 65, однозначно указывает на добавление сыворотки в количестве (20 ± 5)%. Достоверно с помощью указанных методов можно выявлять добавку сы­воротки в количестве не менее 10% [52].

 

Рис. 3. Профили вкуса и запаха сухого обезжиренного молока и его смеси
с сухой молочной сывороткой, полученной микрофильтрацией (соотношение 40 : 60) [150]

 

Еще одним распространенным способом фальсификации СОМ является до­бавка мальтодекстринов (декстринов). Прямое выявление этого способа фальси­фикации заключается в определении содержания белка по Кьельдалю. Содержание белка может быть увеличено добавкой соевого белкового изолята или соевой обез­жиренной муки, но это обычно отражается на вкусе.

Рис. 4. Промышленное производство казеиновых белковых продуктов [118]

 

Косвенно все образцы СОМ с содержанием общего белка ниже 30% и/или лак­тозы более 52% можно подозревать в фальсификации.

Для сухого цельного молока наряду с добавлением сыворотки и мальтодекстрина достаточно распространена фальсификация путем замены молочного жира на растительный при использовании, например, сухих растительных сливок или со­евой муки [32, 52]. При такой замене снижается себестоимость, продукт лучше хра­нится, жир не прогоркает, поэтому улучшаются органолептические свойства. Такое фальсифицированное сухое цельное молоко можно пастеризовать и стерилизовать. Проблемы неизбежно возникают при попытке его свертывания. Единственным до­стоверным и доказательным методом обнаружения таких фальсификатов является анализ жирнокислотного состава по ГОСТ Р 51483-99 [52].

 

Казенны и казеинаты

Казенны выделяют из обезжиренного молока. При производстве кислотного ка­зеина его мицеллы дестабилизируют снижением рН молока путем внесения неорга­нической кислоты или молочнокислой закваски, превращающей лактозу в молоч­ную кислоту. При производстве сычужного казеина дестабилизации мицелл дости­гают внесением протеолитических ферментных препаратов: сычужного, химозина, пепсина (рис. 4). Последующая тепловая обработка казеинового зерна ускоряет непрерывную коагуляцию дестабилизированных мицелл, образуется творожистый осадок, легко отделяемый от сыворотки. После разделения осадок промывают в це­лях удаления остаточных количеств лактозы, солей и сывороточных белков, затем механически обезвоживают и высушивают до влажности менее 12% [118].

Казеинаты натрия, калия, аммония и кальция изготавливают растворением или суспендированием кислотного казеинового сгустка в растворе или суспензии щело­чи с последующей сушкой. Наиболее широко применяемый в пищевом производ­стве казеинат натрия распылительной сушки иногда называют водорастворимым казеином. Гранулированный казеинат натрия получают перемешиванием сгустка кислотного казеина с влажностью 40% и карбоната натрия и последующим высу­шиванием смеси в пневматических циркуляционных сушилках, что обеспечивает высокий удельный объем продукта и улучшенную диспергируемость [118].

Товарные формы пищевых казеинов и казеинатов обычно содержат не менее 85-88% белка (табл. 9).

 

Таблица 9.

Состав казеинов и казеинатов, % [118]

* Жир и зола совместно.

 

Молочные белковые концентраты

Молочные белковые концентраты (МБК, копреципитаты) получают из обезжи­ренного молока с использованием методов ультрафильтрации или диафильтрации. В процессе ультрафильтрации (УФ) обезжиренное молоко разделяется на ультра­концентрат (ретентат), обогащенный белками молока, и ультрафильтрат (пермеат), в основном состоящий из воды и низкомолекулярных веществ молока: лактозы, витаминов, макро- и микроэлементов. Распылительной сушкой ультраконцентрата получают молочные белковые концентраты, а распылительной сушкой ультрафиль­трата - сухой молочный пермеат. Молочный пермеат имеет лучшие органолептические характеристики, чем сывороточный. При диафильтрации (ДФ) используется разбавление ультраконцентрата водой и его повторная УФ [118].

Белки в МБК представлены белковыми комплексами из казеина и сывороточ­ных белков. Казеин в МБК присутствует в мицеллярной форме, похожей на фор­му казеинов в молоке, а сывороточные белки - в нативной или денатурированной форме [118]. Так как связанные с белком минеральные вещества при УФ не отделя­ются, содержание золы в МБК достаточно высокое. Содержание белка в МБК мо­жет составлять величину от 42 до 85% (табл. 10).

Молочные белковые концентраты имеют ярко выраженный молочный вкус. В основном их примененяют при переработке мяса, в производстве сыров, творога, ряда других молочных продуктов. Иногда их используют в производстве майонеза и различных эмульгированных соусов [118, 166]. Молочные белковые концентраты наряду с казеином и казеинатами все чаще вводят в состав комплексных стабилиза­торов для пищевых продуктов [69,142-146,178].

 

Таблица 10.

Типичный состав молочных белковых концентратов [166]

 

Сыворотка молочная сухая и сухие сывороточные продукты

Молочная сыворотка образуется в качестве побочного продукта при производ­стве сыра, творога, кислотного или сычужного казеина. Она подразделяется на подсырную, творожную и казеиновую. Кроме того, молочную сыворотку получают при производстве казеина методом микрофильтрации обезжиренного молока (рис. 5) [150]. Состав всех этих видов сыворотки, а также профили их вкуса и аромата раз­личаются (табл. 11, рис. 6). Состав сыворотки из-под твердых и мягких сыров тоже немного различается (табл. 12). Поскольку кислотность творожной и казеиновой сывороток выше (см. табл. 11), подсырную сыворотку часто называют сладкой.

 

Рис. 5. Схема микрофильтрации обезжиренного молока [150]

 

Таблица 11.

Состав разных видов сыворотки [27,112,150]

 

 

Рис. 6. Профили вкуса и запаха сухой подсырной сыворотки
и сухой молочной сыво­ротки, полученной микрофильтрацией [150]

 

Таблица 12.

Состав сухой подсырной сыворотки от разных групп сыров [112]

В зависимости от способа обработки свежей сыворотки из нее получают различ­ные по составу и свойствам сухие сывороточные продукты (рис. 7). Они представ­ляют собой сыпучие порошки от белого до кремового цвета, допускается наличие комочков, легко рассыпающихся при механическом воздействии. Удельный вес тем больше, чем меньше в продукте белков. Так, 1 кг сухого пермеата занимает объем в два-три раза меньший, чем 1 кг СБК. Вкус сыворотки зависит от ее состава, пре­жде всего от содержания и соотношения золы и лактозы (табл. 13). Обычная сухая сыворотка имеет кисло-сладко-солоноватый вкус, причем профиль ее вкуса зависит от сырья и способа производства, поэтому у разных производителей он неодинако­вый. В деминерализованной сыворотке кислые и соленые ноты по мере увеличения степени деминерализации ослабляются, а сладкие - усиливаются. Сывороточный пермеат по вкусу напоминает обычную сыворотку, но несмотря на относительно высокое содержание лактозы его вкус скорее кисловато-горьковато-солоноватый, чем сладкий. Сывороточные белковые концентраты и изоляты имеют очень сла­бый, невыраженный вкус сыворотки.

 

Таблица 13.

Состав различных видов сухой сыворотки

Полезные свойства молочной сыворотки можно усилить дополнительной об­работкой: сквашиванием, гидролизом, изомеризацией лактозы, деминерализацией и пр. [114].

 

Рис. 7. Классификация сухой сыворотки

 

Сухая деминерализованная сыворотка вырабатывается из свежей подсырной (сладкой) сыворотки, получаемой при производстве сычужного сыра. Сыворотку деминерализуют электродиализом, сгущают обратным осмосом и вакуум-выпариванием, затем высушивают на распылительных сушилках (в настоящее время валь­цовую сушку практически не используют). При деминерализации из сыворотки удаляются минеральные соли, придающие ей неприятные привкусы, зато возрас­тает массовая доля сладкой лактозы. Вкус деминерализованной сыворотки обычно более приятный и менее соленый по сравнению со вкусом обычной сыворотки [37, 61]. Чем больше степень деминерализации, тем в большей степени это проявляет­ся. Степень деминерализации является основой классификации сухой деминера­лизованной сыворотки, она может достигать 40-90% (табл. 14). Деминерализацию сыворотки проводят с использованием электродиализа или ионного обмена. Элек­тродиализом удается удалить из сыворотки до 70% минеральных веществ. Для полу­чения сыворотки со степенью деминерализации 90% ее пропускают через хроматографические колонны, заполненные ионно-обменными смолами.

 

Таблица 14.

Типичный состав сухой деминерализованной сыворотки

При ультрафильтрации, применяемой в производстве сывороточных белковых концентратов, сыворотка разделяется на концентрат (СБК), сыворотку, обогащен­ную белками, и ультрафильтрат (пермеат), состоящий из воды и низкомолекуляр­ных веществ сыворотки (лактозы, солей, витаминов, аминокислот). После сгущения пермеата с применением обратного осмоса и вакуум-выпаривания с последующим высушиванием на распылительных сушилках получают сухой пермеат. Посколь­ку содержание белка в пермеате существенно ниже, чем в сыворотке, а лактозы - выше (см. табл. 13), его часто называют сывороткой с пониженным содержанием белка или сывороткой с повышенным содержанием лактозы.

На качество и хранимоспособность сухих сывороточных продуктов влияет мно­жество факторов, среди которых важное место занимает состояние лактозы, одного из главных компонентов сыворотки (более 70% сухих веществ). Лактоза в аморфном состоянии создает проблемы не только при сушке сыворотки, но и при ее хранении. Аморфная лактоза очень гигроскопична, причем с трудом отдает поглощенную вла­гу. Кристаллическая же лактоза практически не впитывает влагу. Сухая сыворотка, в которой вся лактоза находится в аморфном состоянии, с трудом сушится, образуя в сушильной камере отложения, и легко комкуется при хранении. Она поглощает влагу из окружающей среды до достижения с ней равновесия, при этом влажность сухой сыворотки может достигать 30% [132].

Для стабилизации и снижения гигроскопичности конечного продукта сыворот­ка перед сушкой проходит стадию кристаллизации лактозы. Чем больше лактозы будет в кристаллическом состоянии, тем меньшей гигроскопичностью и спекаемостыо, лучшей сыпучестью будет обладать готовый продукт. При удачном про­хождении процесса удается достичь степени кристаллизации 60-70%. Для качества готового продукта важна не только степень кристаллизации лактозы, но и размер кристаллов. Сухая сыворотка, в которой лактоза содержится в виде мелких кристал­лов (20-30 мкм), равномерно распределенных внутри частиц, меньше слеживается [132].

Наиболее распространенным способом фальсификации сухой сыворотки явля­ется ее смешивание с сухим пермеатом или мальтодекстрином. Прямое выявление этого способа фальсификации возможно определением содержания белка по Кьель-далю, но только при большом содержании пермеата. Встречается также завышение степени деминерализации сыворотки, но это легко проверить, определив содержа­ние золы стандартным методом сжигания. Степень деминерализации - величина, устанавливаемая изготовителем сыворотки. Иногда два вида деминерализованной сыворотки разных производителей с одинаковым содержанием золы характеризу­ются разной степенью деминерализации.

Пороки всех видов сухой сыворотки обусловлены, главным образом, условиями ее переработки и хранения. Эти условия влияют на качество сухой сыворотки таким же образом, как и на качество сухого молока^[1].

Применение в пищевой промышленности в настоящее время, в основном, на­ходит сухая подсырная (сладкая) сыворотка. В последние годы стали применять также деминерализованную сыворотку, сывороточный пермеат (сыворотку с пони­женным содержанием белка), сывороточные белковые концентраты.

Сухие сывороточные продукты используют в производстве молочных продук­тов, прежде всего йогуртов, мороженого, сухих смесей для мороженого и других сухих смесей, детского, диетического и спортивного питания, плавленых сыров, продуктов быстрого приготовления, хлебобулочных, макаронных и мучных конди­терских изделий. Также они применяются в мясной промышленности [24]. Сухие сывороточные продукты вводят в состав комплексных стабилизационных систем для мясной и молочной промышленности и при производстве майонезов [18]. Су­хую сыворотку используют в составе заменителей цельного молока (ЗЦМ) и кор­мов для сельскохозяйственных животных. Деминерализованная сухая сыворотка со степенью деминерализации 90% является идеальным ингредиентом в составе продуктов детского питания для детей раннего возраста (молочные смеси). Иногда в этих продуктах ее заменяют сывороткой со степенью деминерализации 70%. Пер­меат может заменять сухую сыворотку в производстве многих пищевых продуктов. Из-за повышенного содержания лактозы нежелательна замена обычной сыворотки на сыворотку с пониженным содержанием белка в производстве мороженого и рекомбинированного сгущенного молока. Замена в рецептурах пищевых продуктов сухой сыворотки на сухую деминерализованную сыворотку приводит к улучшению органолептических свойств готового пищевого продукта.

 

Сывороточные белковые концентраты и изоляты

Сывороточные белковые концентраты (СБК, КСБ) вырабатывают из свежей подсырной (сладкой)[2] сыворотки ультрафильтрацией (УФ) или диафильтрацией (ДФ). В процессе ультрафильтрации сыворотка разделяется на ультраконцентрат (ретентат), обогащенный сывороточными белками, и ультрафильтрат (пермеат), со­стоящий из воды и низкомолекулярных веществ сыворотки. При ДФ используется разбавление ультраконцентрата водой и его повторная УФ [118].

Перед процессами УФ или ДФ сыворотку часто подвергают предварительной обработке (регулирование рН, добавление кальция и т. п.), отстаиванию, центрифу­гированию или микрофильтрации в целях снижения содержания жира и улучшения функциональных свойств конечных продуктов [118].

Полученные УФ или ДФ сывороточные ультраконцентраты сгущают при помо­щи обратного осмоса и вакуум-выпаривания, затем высушивают на распылитель­ных сушилках. Сухие СБК обычно содержат не менее 25% и не более 80% белков (табл. 15). Концентрация белков является основой классификации сывороточных белковых концентратов, которые, как и сыворотка, практически не содержат ка­зенное. Значение титруемой кислотности СБК (не более 28 °Т) обычно несколько выше значения титруемой кислотности сыворотки. Сывороточные белковые кон­центраты имеют чистый сывороточный вкус.

 

Таблица 15.

Типичный состав основных сывороточных белковых продуктов [118, 164]

Из сладкой (подсырной) сыворотки, деминерализованной или недеминерализованной, получают денатурированные сывороточные белки под названием лактальбумин, который не следует путать с белком а-лактальбумином. В процессе его производства сначала сыворотку нагревают, при этом белки денатурируют и осаж­даются. Осажденные белки восстанавливают и промывают в целях уменьшения в них содержания минеральных веществ и лактозы, а затем сушат [118]. Содержание белков в лактальбумине может достигать 90%, но это денатурированные сывороточ­ные белки (см. табл. 15).

Сывороточные белковые изоляты (СБИ) получают из молочной сыворотки пу­тем микрофильтрации и ионного обмена с последующим концентрированием и вы­сушиванием [118, 164]. Они содержат 90% и более сывороточных белков (см. табл. 15), причем белки практически полностью находятся в нативной форме. Из-за тех­нологических сложностей производства и высокой себестоимости СБИ пока не на­шли широкого применения в пищевой промышленности.

Тщательным отбором типа сыворотки и изменением условий процесса обра­ботки в ходе производства можно получить сывороточные белковые концентраты и изоляты, обладающие различными свойствами. Например, на рынке пищевых ингредиентов предлагаются товарные формы СБИ с частично гидролизованными белками и термостойкие СБИ [164].

Сывороточные белковые концентраты обладают множеством полезных функ­циональных свойств, большая часть которых объясняется наличием в них сыворо­точных белков, и чем выше содержание белков, тем ярче проявляются их функци­ональные свойства. На функциональные свойства СБК влияют также источники сыворотки, температура ее обработки, содержание жиров и минеральных веществ, конформация сывороточных белков, определяемая изменением их глобулярной структуры. Эффективность сывороточных белков зависит от области применения, концентрации, состояния белков, кислотности среды (рН), ионной силы, темпе­ратурной обработки, присутствия жиров. Нативные сывороточные белки хорошо растворимы, проявляют эмульгирующие и пенообразующие свойства. Нагревание сывороточных белков может привести к их денатурации. Денатурированные сыво­роточные белки в существенной степени теряют привлекательные технологические свойства нативных белков, прежде всего растворимость, особенно в области рН 4,0-6,5. Таким образом, от степени денатурации сывороточных белков существен­но зависят их функциональные свойства.

Контролируя температурную денатурацию белков, можно сохранять их эмуль­гирующие свойства. По мере разворачивания белковых спиралей гидрофобные ос­татки аминокислот расправляются и меняют способность белков ориентироваться на границе раздела фаз масло-вода. Присутствие солей в процессе эмульгирова­ния оказывает влияние на конформацию сывороточных белков и их растворимость. Нативные сывороточные белки могут образовывать прочные гели, связывая воду и жир и поддерживая структурные характеристики продукта. Контролируемое ионами кальция образование дисульфидных мостиков и ионных связей опреде­ляет структуру геля. Способность сывороточных белков связывать воду позволяет снижать себестоимость изделий. Пенообразующие свойства тем лучше, чем мень­ше денатурирован белок. Нативные сывороточные белки вполне выдерживают конкуренцию с другими поверхностно-активными веществами на границе разде­ла воздух-жидкость, поскольку их действие усиливается повышенной вязкостью жидкости. Сывороточные белки вступают в реакцию Майяра с лактозой и другими редуцирующими сахарами, присутствующими в системе, способствуя образованию коричневых соединений, окрашивающих корочку выпекаемых изделий.

Наиболее важными сферами применения низкопроцентных СБК являются: производство хлебобулочных изделий и смесей для хлебопекарной промышленно­сти, кондитерская, молочная и масложировая промышленность, производство ди­етических продуктов. Сывороточные белковые концентраты с различным содержа­нием белка могут использоваться вместо сухого молока в производстве мясных про­дуктов, продуктов быстрого приготовления, плавленых сыров, молочных продуктов и т. д. Хотя состав белков в СОМ и СБК 34 разный, их общее содержание одинаково. В мороженом хорошо зарекомендовали себя сывороточные белковые концентраты с содержанием белка 25-30% [49].

Высокобелковые концентраты и изоляты применяются в индустрии спортив­ного питания (протеиновые смеси для спортсменов) и в производстве продуктов питания, обогащенных белками. Для такого применения идеален СБК 80 не только благодаря высокому содержанию сывороточных белков (80%), но и высокому со­держанию кальция (500-600 мг/100 г).

 

Пахта сухая

Пахта является побочным продуктом производства коровьего масла. Получа­емая в производстве сладкосливочного масла пахта называется сладкой; в произ­водстве кислосливочного - кислой. Титруемая кислотность сладкой пахты не более 19 °Т; кислой - не более 40 °Т. Сухую пахту получают из сладкой пахты или ее смеси (1 : 1) с обезжиренным молоком при сгущении в вакуум-выпарных аппаратах с по­следующим высушиванием на распылительных сушилках.

Обычно сухая пахта представляет собой тонкодисперсный порошок от белого до кремового цвета с молочным, характерным для свежей пастеризованной пахты, вкусом без посторонних привкусов и запахов. По химическому составу сухая пахта похожа на сухое обезжиренное молоко (табл. 16).

 

Таблица 16.

Типичный состав сухой пахты

Основное отличие заключается в более высоком содержании в ней жира. Мо­лочный жир пахты тонко диспергирован, размер основной массы жировых шари­ков не превышает 1 мкм. При сравнительно невысокой жирности пахта содержит значительное количество фосфолипидов, благодаря чему обладает хорошей эмуль­гирующей способностью [123]. Это делает ее привлекательной для использования в производстве молочной и масложировой продукции, а также сахарных и мучных кондитерских изделий.

 

Сливки сухие

Сливки сухие молочные производят сгущением и сушкой молочных сливок. До­пускается добавлять к подаваемым на сушку сливкам молоко и пахту [1].

Сливки сухие представляют собой мелкий порошок. Допускается незначитель­ное количество комочков, легко рассыпающихся при механическом воздействии. Цвет белый с кремовым оттенком. Вкус и запах, свойственные пастеризованным сливкам, без посторонних привкусов и запахов [1]. По физико-химическим пока­зателям сливки сухие, производимые по ГОСТ 1349-85, должны соответствовать нормам, указанным в табл. 17.

 

Таблица 17.

Физико-химические показатели сливок сухих [1]

 

Сухие растительные сливки часто называют сухими немолочными сливками, что является прямым переводом английского термина «поп dairy creamer». Исполь­зуется также и английское сокращение NDC. Сухие растительные сливки представ­ляют собой легкосыпучий порошок, часто гранулированный, от белого до желтого цвета.

Сухие растительные сливки обычно получают совместной распылительной сушкой растительного жира (чаще всего пальмового масла или его фракций) и глюкозных сиропов. Иногда последние заменяют сладкой молочной (подсырной) сы­вороткой, тогда получаемый продукт могут называть «жирной сывороткой».

Содержание жира в сухих растительных сливках может составлять от 25 до 70%. Содержание и состав углеводов и белков зависят от сырья. Сливки, произведенные из глюкозных сиропов, содержат мало белка (обычно 2-6%), а в качестве углево­дов - глюкозу, мальтозу, мальтотриозу и другие олигосахариды (см. разд. «Глюкозные сиропы»). Основным углеводным компонентом сливок, произведенных с использованием молочной сыворотки, является лактоза (25-30%). Кроме того, они могут содержать до 15% сывороточных белков, что выгодно отражается на их органолептических и функциональных свойствах. Частицы жира в таких сливках связаны с компонентами молока в единую структурированную агрегативную сис­тему [17].

Для большинства населения сухие растительные сливки ассоциируются с забеливателями для кофе (сухие сливки для кофе). Такие продукты обычно содержат 30-35% жира. Сливки жирностью 25-27% могут служить заменой сухого цельно­го молока в продуктах, для которых низкое содержание белка не имеет значения (например, в кондитерских изделиях). Сливки различной жирности могут быть использованы в производстве множества пищевых продуктов [17, 23]. Сухие рас­тительные сливки с содержанием жира 50-55% часто являются недорогим сырьем в производстве сухих молокосодержащих продуктов, жировых начинок и глазурей для кондитерской промышленности, улучшая вкус, замедляя кристаллизацию са­харозы и увеличивая тем самым срок годности [17]. Продуктам быстрого приготов­ления они придают жирный молочный вкус и загущают их; в спредах и майонезах могут заменять молочное сырье, позволяя экономить рецептурный жир; в хлебобу­лочных и мучных кондитерских изделиях (МКИ) они легко распределяются по все­му объему теста, за счет чего улучшают его структурно-механические свойства, уве­личивают удельный объем готовых изделий, улучшают их вкус и окраску корочки. Последнее в особенности относится к сливкам, произведенным с использованием сыворотки. Кроме того, в сдобе и МКИ сухие растительные сливки с содержанием жира 50-55% позволяют экономить жиры и сухое цельное молоко.

 

1.1.2. Белки соединительных тканей

Наиболее распространенным в животном мире белком является коллаген. Это главная макромолекула кожного покрова, сухожилий, хрящей, костей, кровенос­ных сосудов и роговицы глаза. В связках и стенках кровеносных сосудов содержится близкий по свойствам к коллагену белок эластин. Оба эти белка относятся к белкам соединительных тканей. Мясное сырье с высоким содержанием этих белков всег­да считалось низкосортным, поскольку усвояемость и коллагена, и эластина очень низкая. Продукция из такого сырья, особенно цельномышечная, получается жест­кой, ее органолептические характеристики хуже. Качественную продукцию из мяс­ного сырья с высоким содержанием соединительной ткани можно произвести лишь с использованием биомодификации коллагена и эластина протеолитическими фер­ментами, прежде всего коллагеназой [67].

Несмотря на низкую усвояемость белки соединительных тканей являются цен­ным пищевым ингредиентом. Они не только усиливают двигательную функцию кишечника, но и обладают уникальными технологическими характеристиками. По функциональным свойствам эти белки приближены к мышечным [148, 177]. Изоляты белков соединительных тканей (обычно их получают из свиной шкурки и часто называют порошком свиной шкурки) обладают хорошими эмульгирующими, стабилизирующими, влаго- и жиросвязывающими свойствами, очень важными в мясоперерабатывающей промышленности. Степень гидратации и эмульгирования (связывания) жира для препаратов белков соединительных тканей обычно состав­ляет 1: 15-20 [177].

Белки этой группы используют при производстве всех видов мясных изделий: фаршевых и цельномышечных, колбасных, ветчинных, солено-копченых, паште­тов, полуфабрикатов, зельцев и студней, консервов [177].

 

1.1.3. Растительные белки

В настоящее время, по данным ФАО/ВОЗ, в общем балансе белковых продук­тов растительные белки составляют 80% [66]. При этом общее содержание белков в бобовых культурах составляет 20-40% (в отдельных сортах соевых бобов - до 50%), в семенах масличных культур 14-37%, в зерновых - 10-22% [85].

Растительные белки занимают все возрастающую часть общего производства и потребления белков в мире. В настоящее время к наиболее перспективным про­мышленным источникам растительного белка относят бобовые, прежде всего сою и горох, а также зерновые, прежде всего пшеницу [60, 137]. Наиболее широко в пищевом производстве, особенно в переработке мяса, используются белки соевых бобов, что вызвано сбалансированностью их аминокислотного состава и доступно­стью этого вида сырья.

Препараты растительных белков, используемые в пищевой промышленности, обычно подразделяют на несколько групп. Препараты с содержанием белка менее 65% называются «мукой», с содержанием от 65 до 90% - белковыми концентрата­ми, 90% и более - белковыми изолятами. Соевая мука является продуктом помола обезжиренных соевых хлопьев (белого лепестка). Очисткой соевой муки от жира и растворимых углеводов получают концентраты, которые помимо белков могут со­держать до 20% пищевых растительных волокон (клетчатки). Изолятами называют­ся высокофункциональные, полностью очищенные от жира, углеводов и раститель­ной клетчатки соевые белковые продукты. Функциональные свойства препаратов из разных групп заметно различаются (табл. 18).

 

Таблица 18.

Основные функциональные свойства разных групп соевых белковых препаратов [42]

Технологии производства соевых белковых продуктов активно развиваются в направлении создания функциональных продуктов с улучшенными функциональ­ными характеристиками: усиленными эмульгирующими, жиросвязывающими, структурообразующими свойствами, повышенной степенью гидратации [42, 174, 180].

Соевые белковые продукты обычно представляют собой мелкодисперсные по­рошки от кремового до коричневатого цвета с легким привкусом и запахом сои. Соевые белковые препараты выпускают также в виде текстурированных белков - гранул бежевого цвета, имитирующих измельченные кусочки мяса. Содержание белков в них, как правило, 45-55% СВ, а клетчатки - до 20%. Такие препараты ис­пользуются при изготовлении полукопченых, варено- и сырокопченых колбас или в производстве полуфабрикатов. Соевые текстураты могут связывать до трех частей воды на одну часть текстурата [42].

Соевые белковые продукты зачастую производят с использованием сырья из генетически модифицированных источников (ГМИ). Необходимость маркировки продукции, в состав которой входят ГМИ, заставляет искать возможность перехода на новые растительные белки, наиболее привлекательными из которых в настоя­щее время считаются гороховый и пшеничный. По аминокислотному составу они близки к соевым белкам (см. табл. 1). По своим технологическим свойствам изоляты гороховых и пшеничных белков вполне могут заменять соевые белковые препа­раты [42, 86]. Общим недостатком препаратов из гороховых и пшеничных белков является характерный привкус, от которого редко кому из производителей удается избавиться [39, 42, 173].

Наиболее рациональным использованием растительных белков считается их комбинирование с животными белками: мясными, молочными, рыбными. Ами­нокислотный состав пшеничной клейковины таков, что в смеси с белками молока в определенных соотношениях может мало отличаться от состава идеального бел­ка [66]. Вполне естественно, что препараты растительных белков нашли широкое применение в переработке мяса, птицы и рыбы. Кроме того, растительные белки используют для частичной замены молочных белков в производстве продуктов быс­трого приготовления, хлебобулочных изделий, в спортивном и диетическом пита­нии. В молочной промышленности и в производстве цельномышечной мясной про­дукции (рассолы для шприцевания) используют препараты растительных белков, обладающие повышенной растворимостью [173]. В кондитерской и хлебопекарной промышленности для замены сухого обезжиренного молока может использовать­ся соевая мука, которая улучшает структурно-механические свойства теста, а также цвет корочки выпеченного изделия.

 

1.1.4. Белковые гидролизаты

Белковые гидролизаты производят путем термического, кислотного или протеолитического расщепления (протеолиза) белков. Расщеплению подвергаются растительные (соевые, пшеничные, кукурузные), молочные (казеин), сывороточ­ные белки или белки соединительных тканей (коллаген, эластин). Гидролизаты молочных белков (пептон, сырные порошки) могут также изготавливаться путем измельчения и высушивания нежирного сычужного сыра [168]. Для гидролиза рас­тительных белков (пшеничного глютена, соевого белка и т. д.) кислотный гидролиз не используют, так как он может сопровождаться образованием токсичных дихлор-пропанолов [116].

Для ферментативного гидролиза белков используют протеолитические фер­менты растительного, животного или микробного происхождения. Наиболее по­пулярными ферментами животного происхождения являются препараты, выра­батываемые из поджелудочной железы убойных животных (панкреатин, трипсин, химотрипсин), а также получаемый из слизистой оболочки сычугов крупного ро­гатого скота и свиных желудков пепсин [127]. Более активными в отношении бел­ков соединительных тканей являются протеолитические ферменты растительного происхождения: папаин, бромелайн (бромелин) и фицин (табл. 19). Папаин содер­жится в млечном соке плодов дынного дерева (папайи) - Carica papaya (L.)\ бро­мелайн - в плодах ананаса Ananas comosus, Ananas bracteatus (L.)\ фицин - в соке стеблей и листьев плодового дерева инжир Ficus carica (L.) [105]. Гидролиз колла­гена и эластина папаином и бромелайном резко ускоряется при температуре выше 40 °С. Фицин хорошо гидролизует денатурированный коллаген и нативный эластин и более активен при низких температурах. Микробные протеиназы могут продуци­роваться микроорганизмами родов: Aspergillus, Penicillium, Streptococcus, Micrococcus, Mucor, Pseudomonas, Actinomyces, Bacillus, Clostridium, Micromonospora [127]. Истин­ной коллагеназой считается фермент, гидролизующий последовательность Gly-Pro-оPro. Наиболее ценным источником получения коллагеназы является гепатопанкреас камчатского краба [67,127].

 

Таблица 19.

Сравнительная активность некоторых протеолитических ферментов по отношению к коллагену соединительной ткани [127]

Белковые гидролизаты обладают не только физиологической активностью (быстрой всасываемостью, антиоксидантной активностью, АСЕ-ингибиторной активностью), но и комплексом уникальных функциональных свойств белков [163]. У белковых гидролизатов эти свойства проявляются ярче, чем у нерасщепленных белков. Они являются более эффективными влагосвязывающими и пенообразующими агентами, лучше диспергируются и растворяются в воде [118,163]. Например, частичный протеолиз усиливает пенообразующие свойства сывороточных белков; стабильность пены при этом повышается почти в два раза [112].

Термокислотный гидролиз мясокостного остатка, получаемого при ручной и машинной обвалке птицы, туш крупного рогатого скота и свиней, приводит к получению разных фракций гидролизата, различающихся составом и свойствами (табл. 20). Гидролизаты мясокостного остатка обладают важнейшими свойствами натуральных мясных добавок: растворимостью, эмульгирующей и желирующей способностями. По сравнению с популярными соевыми белковыми изолятами гидролизаты мясокостного остатка характеризуются повышенной (в два-три раза) влагоудерживающей способностью, сравнимой жироудерживающей способностью и существенно большей (в 4-8 раз) прочностью водно-жировой эмульсии и могут использоваться в рецептурах колбасных изделий вместо соевых белков [68].

 

Таблица 20.

Состав и технологические свойства двух фракций гидролизата мясо­костного остатка [68]]

Гидролизатами казеина, казеината натрия и сывороточных белков можно заме­нять соответствующие природные белки в производстве различных взбитых про­дуктов: мороженого, топпингов, глазурей и других кондитерских изделий [118]. Гидролизаты казеина благодаря увеличенному по сравнению с нерасщепленным казеином содержанию свободных аминокислот стимулируют рост ряда бактерий заквасок, в частности S. thermophillus, в результате чего их добавление в молоч­ную смесь для йогурта приводит к увеличению вязкости продукта и уменьшению его склонности к синерезису [123]. Соевые олигопептиды рекомендуется исполь­зовать в производстве мясных продуктов, продуктов здорового питания, детского и спортивного питания, в специальных диетах. Гидролизаты растительных белков благодаря высокому содержанию определенных аминокислот также улучшают вкус и аромат пищевых продуктов и используются в производстве технологических аро­матизаторов [79, 170].

Широко известно, что у детей грудного возраста часто встречается аллергия на белок коровьего молока. Белковые гидролизаты в основном состоят из олигопептидов, средняя молекулярная масса которых обычно находится в пределах 200-800 Да [163]. Благодаря этому их можно применять в качестве заменителя белков коровье­го молока в сухих молочных смесях для специального детского питания. Белковые гидролизаты обладают сниженным антигенным потенциалом и обычно их исполь­зуют вместе с другими гипоаллергенными ингредиентами в производстве специаль­ных гипоаллергенных продуктов.

Белок и белковые гидролизаты необходимы для увеличения мышечной мас­сы и восстановления тканей организма. Потребности атлетов в белках выше, чем у людей, ведущих малоподвижный образ жизни. Поскольку молекулярная масса олигопептидов ниже молекулярной массы белков, они легче усваиваются. Кроме того, олигопептиды ускоряют усваивание жиров и выделение энергии, необходи­мой спортсменам для тренировок. Олигопептиды помогают компенсировать поте­ри азота, выделяющегося при интенсивных физических нагрузках [163].

Гидролизаты растительных белков могут использоваться в качестве мясных аро­матизаторов и основного сырья для них, так как при невысокой стоимости содер­жат в свободной форме многие аминокислоты, необходимые для получения арома­та жареного мяса [116, 182]. Гидролизаты растительных белков также используют в качестве недорогих источников аминосоединений для получения других техноло­гических ароматизаторов: кофе, какао, орехов и др. [116].

 

 

[2] Некоторые фирмы производят СБК из кислой сыворотки.