ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ НА ИЗМЕНЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА МОЛОКА

В настоящее время молочная индустрия является одной из ведущих отраслей пищевой промышленности, обеспечивающая качественную и экологически безопасную продукцию. При выработке молочных продуктов сырье проходит термическую обработку с целью уничтожения микроорганизмов и разрушения ферментов. Основная цель тепловой обработки – получить при минимальных органолептических изменениях пищевой и биологической ценности гигиенически безопасный продукт и увеличить его срок хранения. Одной из современных технологий обработки молока, отвечающей данным требованиям, является ультрапастеризация (УВТ-обработка) [1].

В связи с этой актуальной проблемой, мы поставили целью наших исследований – изучить влияние тепловой обработки на изменение химического состава молока и определить роль УВТ – обработки в сохранении пищевой ценности питьевого молока.

Нами по результатам исследований выявлено, что при тепловой обработке изменяются составные части молока: сывороточные белки и некоторые аминокислоты, инактивируются ферменты, частично разрушаются витамины. Кроме того, меняются физико-химические и технологические свойства молока: вязкость, поверхностное натяжение, кислотность, и т. д., появляется  специфический вкус, запах и цвет.

Следует отметить, что степень изменения химического состава молочного сырья зависит от времени выдержки и температуры обработки. В зависимости от условий нагревание ведет к частичной или полной денатурации сывороточных белков, к реакциям между сы­вороточными белками и фракциями казеина или другими компонентами молока. В результате денатурации изменяются физико-хими­ческие свойства белков: растворимость, вязкость, оптические, электрохимические свойства и др. [1].

Агрегаты сывороточных белков молока имеют небольшие размеры и высокую степень гидратации. Поэтому они остаются в растворе и лишь небольшая их часть оседает в виде хлопьев на поверхности оборудования.

Казеин, по сравнению с сы­вороточными белками, более термоустойчив. Он не коагулирует при нагревании до 130-150 °С. Однако обработка при высоких темпера­турах изменяет структуру и состав казеинового комплекса. От него отщепляются органические Ca и P, меняется соотношение фракций. С повышением температуры увеличиваются диаметр казеиновых частиц и вязкость молока [5].

Принято считать, что умеренная тепловая обработка не вызы­вает разрушения аминокислот и даже улучшает перева­римость пищевых белков вследствие их денатурации, а также инактивации ингибиторов протеиназ. Это можно отнести к сывороточным белкам молока, которые в нативном состоянии свернуты в компактные глобулы, закрывающие пищеварительным протеиназам доступ к пептидным связям полипептидных цепей. Казеин сырого молока имеет рыхлую структуру и обладает высокой степенью переваримости без предварительной денатурации. Длительная или высокотемпературная тепловая обработка часто вызывает повреждение белков продуктов и снижение доступности некоторых аминокислот.

При длительной высокотемпературной пастеризации, и особенно при стерилизации, лактоза взаимодействует с белками и свободными аминокислотами — происходит реакция Майара, или реакция образования меланоидинов. Вследствие этого изменяются цвет и вкус молока. Интенсивность окраски молока зависит от температуры и продолжительности нагревания [5].

В реакцию с лактозой вступает незаменимая аминокислота лизин. Образовавшиеся комплексы трудно расщепляются пищеварительными ферментами, необходимый лизин «блокируется» и плохо усваивается организмом (уменьшается количество доступного лизина, и снижается биологическая ценность продукта).

Вместе с тем при меланоидиновой реакции образуется лактулоза (лактулозолизин). Известно, что лактулоза является одним из сильнейших пробиотиков. Она ис­пользуется бифидобактериями кишечника человека в качестве ис­точника энергии и углерода. Лактулоза в результате метаболизма бифидобактерий превращается в короткоцепочные органические кислоты, которые снижают pH кишечника и улучша­ют его функционирование. Кроме того, лактулоза имеет антиканцерогенный эффект, способствует снижению содержания токсич­ных метаболитов, вредных ферментов, подавлению вредной микрофлоры, абсорбции кальция. В результате повышается прочность костей, активизируется иммунитет, улучшается холестериновый обмен [2].

В процессе термической обработки происходит изменение минерального состава молока, которое часто имеет необратимый характер. В первую очередь нарушается соотношение форм солей кальция в плазме молока. При нагревании гидрофосфат кальция, находящийся в виде истинного рас­твора, переходит в плохо растворимый фосфат кальция:

3СаНРО₄ → Са₃(РО₄)₂ + Н₃РО₄.

Образовавшийся фосфат кальция агрегирует и осаждается на казеиновых мицеллах в виде коллоида. Часть выпадает на поверхности нагревательных аппаратов, образуя вместе с денатурированными сывороточными белками «молочный камень». Таким образом, после термообработки в молоке снижается количество растворимых солей кальция, что приводит к ухудшению сычужной свертываемости молока.

Витамины являются одними из самых чувствитель­ных к нагреванию составных частей молока. При пас­теризации они меньше разрушаются, чем при стери­лизации, но везде степень их разрушения зави­сит больше от продолжительности нагревания, чем от температу­ры и способа тепловой обработки [4].

С целью изучения сохранности витаминов и кальция при тепловой обработке нами были исследованы пробы – образцы молока до и после тепловой обработки (ультрапастеризации с асептическим розливом). В качестве исходного взято нормализованное молоко массовой долей жира 2,5 %, кислотностью 16 ºТ, термоустойчивостью по алкогольной пробе II. Пробы исследовали по утвержденным методикам определения кальция (ГОСТ 55331-2012) и витаминов (ГОСТ 7047-55) в молоке. Образцы стерилизовали в потоке на установке Tetra Therm Aseptic Flex при 137 ºС с выдержкой 4 сек. Результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1

Массовая доля витаминов и кальция в необработанном молоке

Согласно данных таблицы 1 следует, что количество витаминов в исходном молоке находилось в пределах (на 100 г): витамина А – 0,15-0,2 мг; В₂ – 0,16-0,19 мг; С – 1,2-1,5 мг; Е – 0,17-0,2 мг; кальция – 110-120 мг. Коэффициент вариации колебался от 2,9% до 8,5%, что свидетельствует о незначительной разнице концентрации веществ на протяжении всех опытов.

На втором этапе наших исследований было проанализировано готовое питьевое молоко после тепловой обработки, результаты которого представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Массовая доля витаминов и кальция в обработанном молоке

Как следует из данных таблицы 2, количество витаминов в питьевом ультрапастеризованном молоке находилось в пределах нормы: витамин А – 0,13-0,18 мг; В₂ – 0,14-0,17 мг; С – 0,96-1,2 мг; Е – 0,17-0,2 мг; кальция – 104-114 мг. Разница концентрации веществ после термической обработки составила (в среднем): витамин А – 0,02 мг; В₂ – 0,02 мг; С – 0,26 мг; кальция – 6 мг. Потерь витамина Е не выявлено.

В заключительным этапе наших исследований мы определяли сохранность химического состава молока после ультрапастеризации, данные которой представлены в таблице 3.

Таблица 3.

Показатели сохранности витаминов и кальция в обработанном молоке

По данным таблицы 3 следует, что при УВТ-обработке отмечено незначительное снижение содержания витаминов и кальция. Потери веществ по отношению к исходной концентрации составили: витамин А и B₂ – 0,02 мг (10%); C – 0,26 мг (20%); кальция – 0,6 мг (5% соответственно). Наиболее устойчивый к воздействию высокой температуры витамин Е (сохранность 100%), а наименее устойчивый – витамин С (сохранность 80% от исходного содержания). В среднем сохранность веществ достигала 90-95%, что соответствовало допустимым нормам потерь при УВТ-обработке (для витамина А – 10-17%; B₂ -10%; С – 10-34%; кальция – 5-10%).

Таким образом, ультрапастеризация, благодаря мгновенному тепловому воздействию, позволяет получить безопасный продукт с длительным сроком хранения при минимальном изменении пищевой и биологической ценности.

Список литературы:

1. Бредихин, С.А., Космодемьянский, Ю.В., Юрин, В.Н. Технология и техника переработки молока. – М.: Колос, 2003. – 400 с.
2. Горбатова К.К. Биохимия молока и молочных продуктов. – М: Лег­кая и пищевая промышленность, 2007. – 334 с.
3. Горбатова К.К. Химия и физика молока: Учебник для ВУЗов. – СПб.: ГИОРД, 2003. – 288 с.
4. Крусь, Г.Н., Шалыгина, А.М., Волокитина, З.В. Методы исследования молока и молочных продуктов. – М.: КолосС, 2002. – 368 с.
5. Шалыгина А.М., Калинина Л.В. Общая технология молока и молочных продуктов. – М.: КолосС, 2006. – 199 с.