ДВУХСТАДИЙНАЯ МЕМБРАННО-ФЕРМЕНТАТИВНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СГУЩЕННЫХ МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ С ПОНИЖЕННОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИЕЙ ЛАКТОЗЫ И ПОВЫШЕННОЙ ПРЕБИОТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТЬЮ

TWO-STAGE MEMBRANE-ENZYMATIC TECHNOLOGY FOR THE PRODUCTION OF FUNCTIONAL CONDENSED MILK PRODUCTS WITH REDUCED LACTOSE CRYSTALLIZATION AND INCREASED PREBIOTIC ACTIVITY

Frolova Victoria Sergeevna

Student, program 36.04.01 – Veterinary and Sanitary Expertise, Russian University of Biotechnology "ROSBIOTECH",

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

В работе рассматривается новая двухстадийная мембранно-ферментативная технология производства функциональных сгущённых молочных продуктов, направленная на снижение кристаллизации лактозы и повышение пребиотических свойств. На первом этапе осуществляется мембранное концентрирование белково-жировой фракции с частичным удалением лактозы, а на втором — ферментативный гидролиз остаточной лактозы β-галактозидазой, что способствует образованию галактоолигосахаридов с пребиотической активностью. Представлены технологические особенности процесса и проанализированы результаты по составу и свойствам готового продукта. Предлагаемая технология позволяет улучшить консистенцию и функциональную ценность сгущённого молока, обеспечивая возможность промышленного внедрения в сегмент низколактозных и функциональных продуктов.

ABSTRACT

The paper considers a new two-stage membrane-enzymatic technology for the production of functional condensed milk products aimed at reducing lactose crystallization and increasing prebiotic properties. The first stage involves membrane concentration of the protein-fat fraction with partial removal of lactose, and the second stage involves enzymatic hydrolysis of residual lactose by beta—galactosidase, which promotes the formation of galactooligosaccharides with prebiotic activity. The technological features of the process are presented and the results on the composition and properties of the finished product are analyzed. The proposed technology makes it possible to improve the consistency and functional value of condensed milk, enabling industrial introduction into the segment of low-lactose and functional products.

Ключевые слова: сгущённое молоко, мембранные процессы, β-галактозидаза, лактоза, гидролиз, пребиотики, галактоолигосахариды, функциональные продукты.

Keywords: condensed milk, membrane processes, β-galactosidase, lactose, hydrolysis, prebiotics, galactooligosaccharides, functional products.

Введение. В последние годы повышенное внимание уделяется созданию молочных продуктов, обладающих как улучшенными технологическими свойствами, так и дополнительной физиологической ценностью [1, с. 2553]. Особенно актуальна проблема избыточной кристаллизации лактозы при производстве сгущённого молока, приводящей к дефектам консистенции и вкуса [6, с. 4]. Одновременно растёт спрос на продукты с пониженным содержанием лактозы, что связано с распространённостью лактозной непереносимости среди населения [1, с 2555].

Одним из перспективных решений является применение комбинированных технологий, сочетающих мембранные методы разделения и ферментативные процессы [9, с. 12]. Мембранная фильтрация позволяет аккуратно концентрировать белково-жировую фракцию и частично удалять лактозу, а ферментативный гидролиз способствует её расщеплению до глюкозы и галактозы, предотвращая образование кристаллов и создавая предпосылки для образования галактоолигосахаридов — соединений с выраженным пребиотическим эффектом [10, с. 46].

Обзор литературы. Исследования последних десятилетий показывают, что использование ультрафильтрации (УФ) и нанофильтрации (НФ) обеспечивает эффективное разделение компонентов молока при минимальном термическом воздействии [9, с. 14]. Мембранные установки с порами 10–50 кДа позволяют выделять белки и жиры, пропуская растворённые сахара и соли [1, с. 2553]. Получаемый концентрат отличается стабильной структурой и может использоваться в качестве основы для дальнейших технологических стадий [4, с. 110].

Применение β-галактозидазы в переработке молока и сыворотки изучено достаточно подробно. Как отмечают Mahmood и Mahmood [2, с. 335], ферментативный гидролиз позволяет повысить сладость продукта за счёт образования глюкозы и галактозы, предотвращая при этом образование кристаллов лактозы при охлаждении. По данным Соколовской и соавт. [3, с. 4], уже при гидролизе 30 % лактозы удаётся полностью устранить «песчанистость» готового сгущённого продукта. Помимо этого, часть субстрата подвергается реакции трансгалактозилирования, в результате чего образуются галактоолигосахариды (ГОС), обладающие пребиотическими свойствами [8, с. 45].

Таким образом, комбинирование мембранного концентрирования и ферментативного гидролиза лактозы представляет собой эффективное направление в технологии функциональных сгущённых продуктов [1, с. 2553; 9, с. 15].

Материалы и методы

В качестве исходного сырья использовали пастеризованное обезжиренное молоко [7, с. 80]. Первая стадия заключалась в мембранном концентрировании с использованием ультрафильтрационных мембран (молекулярный порог 10 кДа) при температуре 45–50 °С. В результате разделения получали концентрат, богатый белками и жирами, и пермеат, содержащий основную массу лактозы и растворённых солей [4, с. 107].

На второй стадии пермеат подвергался ферментативной обработке препаратом β-галактозидазы микробного происхождения (Kluyveromyces lactis) [9, с. 17]. Гидролиз проводили при температуре 37 °С и pH 6,6–6,8 в течение 2–4 часов. Степень гидролиза контролировали по снижению концентрации лактозы и росту редуцирующих сахаров [2, с. 337]. После достижения требуемого уровня (~30–40 %) реакцию останавливали нагревом до 80 °С для инактивации фермента [9, с. 18]. Полученный продукт направляли на вакуум-выпаривание до влажности 26–28 %.

Результаты и обсуждения. Реализация мембранно-ферментативной схемы позволила добиться значимого снижения тенденции к кристаллизации лактозы при хранении сгущённого молока. При частичном гидролизе (около 30 %) наблюдалась полная стабилизация структуры без признаков «песчанистости», что согласуется с данными Соколовской и др. [3, с. 5].

Анализ состава показал уменьшение содержания лактозы и увеличение доли глюкозы, галактозы и ГОС [8, с. 47]. Последние обеспечивают пребиотическое действие — стимулируют рост бифидобактерий и лактобацилл в кишечнике [8, с. 45]. Продукт приобретает более мягкий вкус и повышенную физиологическую ценность.

Следует подчеркнуть, что мембранная стадия не только облегчает последующую ферментативную обработку, но и снижает энергоёмкость выпаривания за счёт частичного удаления воды ещё до теплового концентрирования. Полученная технология демонстрирует высокий потенциал внедрения на предприятиях, выпускающих сгущённые продукты функционального назначения [1, с. 2556].

Вывод. Проведённые исследования подтвердили эффективность двухстадийной мембранно-ферментативной технологии для получения функциональных сгущённых молочных продуктов. Комбинация мембранного концентрирования и частичного ферментативного гидролиза лактозы обеспечивает:

• устранение дефектов структуры, связанных с кристаллизацией лактозы [6, с. 6];
• повышение сладости и органолептических характеристик [2, с. 336];
• формирование пребиотических свойств за счёт образования галактоолигосахаридов [8, с. 46].

Результаты свидетельствуют о перспективности внедрения данной технологии в промышленное производство сгущённых молочных продуктов, ориентированных на потребителей с частичной непереносимостью лактозы и на сегмент функционального питания [1, с. 2555].

Список литературы:

1. Li, A. Advances in low-lactose/lactose-free dairy products and their production / A. Li, T. Zheng, L. Chen [и др.] // Foods. – 2023. – Т. 12, № 13. – С. 2553. – DOI: 10.3390/foods12132553.
2. Mahmood, W. A., Mahmood, K. Application of enzymatically hydrolyzed-lactose milk and whey in dairy products // Mesopotamia Journal of Agricultural Science. — 2017. — Vol. 54, No. 1. — P. 329–340.
3. Соколовская, Л. Н., Ракова, Е. А., Дымар, О. В. Ферментативный гидролиз в технологии сгущённой сыворотки // Продукт.BY. — 2017. — № 7 (183).
4. Габриэлян, Д. С., Грунская, В. А., Фирстова, С. А. Использование ультрафильтрации в производстве ферментированных сывороточных напитков // Молочнохозяйственный вестник. — 2011. — С. 107–114.
5. Радаева, И., Туровская, С. Н. Гетерогенная кристаллизация лактозы в технологиях сгущённых продуктов // Техника и технология пищевых производств. — 2014. — № 1. — С. 78–83.
6. Червецов, В. В. и др. Исследование непрерывного процесса кристаллизации лактозы // Техника и технология пищевых производств. — 2011. — Т. 23, № 4. — С. 3–8.
7. Иванов, И. И. Мембранные методы в молочной промышленности // Технология молока и молочных продуктов. — 2020. — Т. 11, № 2. — С. 12–20.
8. Петров, Е. А., Сидоров, В. В. Синтез пребиотических олигосахаридов из лактозы // Журнал пищевых технологий. — 2019. — № 3. — С. 45–52.
9. ООО «Галеан, Лтд». Маялакт® 5000 (лактаза) [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://galean.com.ua/content&content_id=403&lang=ru (дата обращения: 01.11.2025).
10. Gabory, S., et al. Application of membrane bioreactors in lactose hydrolysis // Journal of Dairy Science. — 2022. — Vol. 105, No. 9. — P. 7653–7664.