Способ получения кальцийсодержащего молочно-белкового концентрата

Изобретение относится к молочной промышленности и может быть использовано для приготовления кальцийсодержащих молочно-белковых концентратов (копреципитатов). Способ предусматривает очистку коровьего или козьего молока, нагрев и термокальцевую коагуляцию белков хлористым кальцием. При этом при использовании коровьего молока хлористый кальций вносят в количестве 1,5 г/л, а козьего молока - 1,25 г/л. Затем проводят охлаждение, частичное удаление сыворотки, внесение закваски микроорганизмов вида Lactobacillus helveticus штамм H_17-18, ферментацию, самопрессование, измельчение сгустка, лиофильную сушку, расфасовку и хранение. Полученный молочно-белковый концентрат обладает повышенным содержанием и усвоением кальция и увеличенным сроком хранения. 3 ил., 5 табл., 3 пр.

 

Предлагаемое изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано для приготовления кальцийсодержащих молочно-белковых концентратов (копреципитатов) на основе козьего или коровьего молока, ферментированного лактобактериями. Изобретение может быть использовано в молочной промышленности, а также в медицине в качестве профилактического средства.

Термокальциевый способ производства позволяет комплексно использовать белки коровьего и козьего молока (особенно сывороточные белки), а так же получить обогащенный кальцием белковый продукт с низкой кислотностью. Особенности технологии копреципитатов методом термокальциевой коагуляции молока приводит к необходимости разработки способов ферментации белковой массы, которые позволят активизировать в ней протеолитические и липолитические процессы с целью формирования определенных органолептических свойств, а также повышения пищевой и биологической ценности продукта.

Известен способ термокальциевой коагуляции, состоящий во введении в обезжиренное молоко хлористого кальция в количестве 1,0-1,5 г на 1 л молока и нагревании молока до температуры 95-97°С, в результате чего происходит коагуляция и осаждение казеина с высоким содержанием ионов кальция (см. ОСТ 49108-76 «Способ получения хлоркальциевого казеина»).

Недостатками данного способа являются кратковременные сроки хранения и отсутствие жизнеспособных клеток пробиотических микроорганизмов в продукте.

Известен способ получения хлоркальциевого казеина, включающий подготовку казеинсодержащего сырья, добавление к сырью хлористого кальция, коагуляцию хлоркальциевого казеина, его осаждение из жидкой фазы, декантацию жидкой фазы, промывание и высушивание осадка (см. RU №2528979, С07K 1/30, С07K 14/47, С07K 4/12, 20.05.2013).

Недостатком данного способа является использование в качестве исходного сырья коммерческий технический казеин, отсутствие жизнеспособных клеток пробиотических микроорганизмов в продукте, низкое содержание кальция и сложность воспроизведения способа.

Наиболее близким способом к заявляемому изобретению по совокупности признаков является способ получения творога для детского питания, включающий очистку, нормализацию, пастеризацию молока, термокальциевую коагуляцию белков, ферментацию сгустка пробиотическими микроорганизмами, самопрессование, расфасовку и хранение (см. RU №2285426, А23C 19/076, опубл. 20.10.2006).

Недостатком известного способа является использование для ферментации сгустка пробиотических микроорганизмов (бифидобактерий и ацидофильной палочки) с низкой протеолитической активностью и непродолжительный срок хранения продукта.

Таким образом, технической задачей изобретения является подбор культур с высоким уровнем протеолитической активности с целью получения большего количества низкомолекулярных пептидов в молочно-белковом концентрате, способных связывать кальций и транспортировать его в костную ткань, минуя регулирующие функции организма.

Технический результат изобретения заключается в повышении содержания и усвоения кальция и увеличении срока хранения кальцийсодержащего молочно-белкового концентрата.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в способе получения кальцийсодержащего молочно-белкового концентрата, включающем очистку молока, нагрев, термокальциевую коагуляцию белков молока, охлаждение, частичное удаление сыворотки, внесение закваски пробиотических микроорганизмов, ферментацию сгустка, самопрессование, расфасовку, хранение, согласно изобретению в качестве закваски пробиотических микроорганизмов используют Lactobacillus helveticus штамм H_17-18, после самопрессования фермертированный сгусток измельчают и подвергают лиофильной сушке.

Указанный технический результат также достигается тем, что в качестве исходного сырья используют коровье молоко, при этом хлористый кальций вносят в количестве 1,5 г/л.

Указанный технический результат также достигается тем, что в качестве исходного сырья используют козье молоко, при этом хлористый кальций вносят в количестве 1,25 г/л.

Отличительным признакам заявляемого способа является использование культуры Lactobacillus helveticus штамм H_17-18 в качестве закваски для ферментации белкового сгустка.

Выбор Lactobacillus helvepticus штамм H_17-18 обусловлен высокой протеолитической активностью микроорганизмов. Лактобактерии вида Lactobacillus helveticus продуцируют экзоферменты, способные расщеплять белки молока до биологически активных пептидов, среди которых встречаются противогипертонические пептиды и казеиновые фосфопептиды (КФП). Необходимо отметить, что исключительная биодоступность кальция из молока и молочных продуктов обусловлена наличием именно КФП, которые образуются в желудочно-кишечном тракте при переваривании казеина и обеспечивают высокую растворимость Са. КФП накапливаются в дистальном отделе тонкой кишки, где образуют комплексы с кальцием, которые повышают независимое от витамина D пассивное всасывание Са в кишечнике.

Кроме того, отличительной особенностью заявляемого изобретения является то, что в качестве исходного сырья в заявленном способе помимо коровьего молока используют молоко козье. Известно, что не только коровье молоко богато кальцием, но и молоко коз характеризуется более высоким содержанием этого микроэлемента. Козье молоко относится к группе казеиновых, так же как и коровье. Однако, в козьем молоке практически не содержится α_s1-казеина, который является основным источником аллергических реакций на коровье молоко. Поэтому козье молоко будет являться перспективным сырьем для молочно-белкового концентрата, обогащенного кальцием.

Поставленная задача достигается также применением лиофильной сушки при изготовлении молочно-белкового концентрата. Данный способ сушки позволяет не только увеличить сроки хранения продукта, но и сохранить высокое количество жизнеспособных клеток лактобактерий.

Для осуществления заявляемого способа были проведены экспериментальные исследования.

На первом этапе исследований было изучено влияние дозы вносимого хлористого кальция на степень использования белковых веществ коровьего и козьего молока, характеристику сгустков и содержание кальция в них. Для этого в коровье и козье молоко, нагретое до 95°С, вносили 20%-ный раствор хлористого кальция из расчета 1,00, 1,25 и 1,50 г сухой соли на 1 литр молока. Затем молоко перемешивали до получения сгустка нормальной плотности с выделением прозрачной сыворотки. После чего белковую массу с сывороткой сливали в лавсановые мешки и оставляли для самопрессования. Результаты исследований представлены в таблице 1.

Из таблицы 1 видно, что с повышением дозы вносимого хлористого кальция увеличивается степень использования белковых веществ из коровьего и козьего молока. Результаты эксперимента показывают, что при дозе вносимого коагулянта 1,00 г/л образуются хлопьевидные и рыхлые сгустки в исследуемых образцах, выделяющих желто-зеленую мутную сыворотку. Хорошие сгустки с высокими технологическими характеристиками получаются при внесении коагулянта в количестве 1,50 г/л в коровье молоко и 1,25 г/л в козье молоко. Меньшее расходование коагулянта в образцах из козьего молока объясняется большим содержанием кальция в сырье по сравнению с коровьим молоком. Это подтверждают данные по содержанию кальция в белковых сгустках.

Из таблицы 1 видно, что при увеличении дозы хлористого кальция связывание кальция белковыми сгустком также увеличивается. Установлено, что в белковых сгустках на основе коровьего молока при внесении коагулянта 1,50 г/л содержание кальция составляет 265 мг/100 г, а на основе козьего молока - содержание кальция составило 389 мг/100 г при внесении 1,25 г/л коагулянта и 402 мг/100 г при внесении 1,50 г/л соответственно.

Таким образом, оптимальным количеством вводимого хлористого кальция в молоко является 1,50 г/л для коровьего молока и 1,25 г/л для козьего молока.

Дальнейшие исследования были посвящены изучению протеолитической активности разных штаммов Lactobacillus helveticus (Lactobacillus helveticus H₉ и Lactobacillus helveticus H₁₇_₁₈), используемых при производстве молочно-белковых концентратов. В процессе ферментации белкового сгустка с полным удалением сыворотки рост клеток лактобактерий происходит недостаточно интенсивно. Поэтому для стимуляции их роста ферментацию белкового сгустка проводили с частичным удалением сыворотки (50%), поскольку более 70% сухих веществ сыворотки занимает лактоза, являющаяся исходным материалом для процесса молочнокислого брожения.

Для оценки протеолитических свойств исследуемых культур рассчитали степень гидролиза белковых сгустков коровьего и козьего молока в процессе ферментации L. helveticus. В качестве контроля рассматривался гидролиз с использованием фермента животного происхождения (пепсин) при соотношении фермент: субстрат 1:100. Результаты исследований представлены в табл. 2 (МБК - молочно-белковый концентрат).

Для ферментации белковых сгустков молока лактобактериями достаточно 4 ч, в дальнейшем не наблюдается увеличение степени гидролиза (табл. 2). Кроме того отмечено, что гидролиз белков козьего молока идет глубже, что объясняется наличием большего количества сывороточного белка альбумина в козьем молоке, благодаря чему белки легче подвергаются гидролизу и более глубокому распаду. Из изучаемых штаммов более высокой протеолитической активностью обладает штамм Lactobacillus helveticus H₁₇.₁₈. Степень гидролиза белков коровьего молока через 4 часа ферментации штаммом Lactobacillus helveticus H_17-18 достигает 88%, а белков козьего молока 91%.

Из данных таблицы 2 видно, что гидролиз протеиназами разных штаммов Lactobacillus helveticus по эффективности практически приближается к гидролизу пепсином, что, указывает на большой потенциал использования их в качестве источников протеаз в различных сферах пищевой промышленности и биотехнологии.

Полученные ферментированные молочно-белковые концентраты характеризуются специфическим составом и соотношением белков, отличным от содержащихся в молоке перед переработкой. На фиг. 1 показан состав белков козьего молока и ферментированных лактобактериями МБК, на фиг. 2 - состав белков коровьего молока и ферментированных лактобактериями МБК. На фиг 1и 2: а) - состав белков соответственно козьего и коровьего молока; б) - состав белков МБК, ферментированных L. Helveticus H_17-18; в) - состав белков МБК, ферментированных L. Helveticus Н₉.

Установлено, что ферментация разными штаммами Lactobacillus helveticus белков молока оказывает существенное влияние на соотношение основных фракций белков и общее содержание белковых веществ в молочно-белковых концентратах. Так, ферментация Lactobacillus helveticus позволяет увеличить массовую долю белковых веществ по сравнению с козьим молоком в МБК в 4 раза и коровьем - в 3,5 раза соответственно (фиг. 1 и 2). На долю казеинов в исследуемых МБК на основе козьего молока приходится около 76% от всех содержащихся белков, а в МБК на основе коровьего молока 84% соответственно. Доля сывороточных белков в МБК на основе козьего молока несколько больше и составляет 24%, тогда как в МБК на основе коровьего молока - 16%.

Дальнейшие эксперименты были направлены на исследование МБК методом электрофореза, который позволяет более детально изучить фракционный состав белков. Электрофореграмма исследуемых образцов на основе коровьего и козьего молока представлена на фиг. 3, где а) - МБК на основе коровьего молока, б) - МБК на основе козьего молока, цифры вверху электрофореграммы: 1 и 6 - контрольная полоса, 2 и 3 - МБК на основе коровьего молока, ферментированные L. Helveticus Н_17-18, 4 и 5 - МБК на основе коровьего молока, ферментированные L. Helveticus Н₉, 7 и 8 - МБК на основе козьего молока, ферментированные L. Helveticus Н₉, 9 и 10 - МБК на основе козьего молока, ферментированные L. Helveticus H_17-18. Слева римскими цифрами показаны фракции белков, содержащиеся в МБК: 1 - α_s1- казеин, II - α_s2 - казеин, III - β-казеин, IV - лактоглобулин и лактоальбумин.

Из фиг. 3 видно, что в отличие от белков МБК на основе коровьего молока фракционный состав МБК на основе козьего молока состоит из β-казеина и сывороточных белков: лактоглобулина (ЛГ) и лактоальбумина (ЛА). Известно, что козье молоко относится к группе казеиновых, так же как и коровье, однако в МБК на основе козьего молока белковая фракция α_s1-казеин практически отсутствует (фиг. 3б)), поэтому козье молоко вызывает меньше аллергических реакций и расстройств пищеварения, чем коровье. Присутствующий в МБК на основе коровьего молока γ-казеин также полностью отсутствует в козьем, поэтому козье молоко лучше усваивается (фиг. 3а)). Содержание большого количества сывороточного белка альбумина, позволяет козьему молоку створаживать очень мелкими и нежными хлопьями, что облегчает процесс переваривания.

Результаты фиг. 3 о влиянии протеолитических ферментов разных штаммов Lactobacillus helveticus на молекулярно-массовое распределение продуктов гидролиза белков коровьего и козьего молока представлены в таблице 3.

Из анализа данных табл. 3 установлено, что МБК на основе коровьего молока расщепляется на 7 фракций, тогда как МБК на основе козьего молока на 5 фракций. В ферментированном МБК на основе козьего молока отсутствуют фракции размером 48,9-69,1 кДа и 36,3-48,9 кДа. Возможно это фракции α_s1- и γ-казеина, не содержащиеся в козьем молоке.

Доминирующими фракциями в МБК на основе коровьего молока являются фракции размером 36,3-48,9 кДа и 23,9-36,3 кДа. Содержание данных фракций при ферментации белков молока штаммом Lactobacillus helveticus H_17-18 в сумме составляет 68,7%, а при ферментации штаммом Lactobacillus helveticus Н₉ - 60,6%. В МБК на основе козьего молока основной является фракция размером 23,9-36,3 кДа и составляет при ферментации Lactobacillus helveticus H_17-18 - 81% и Lactobacillus helveticus H₉ - 76,8% соответственно. Это указывает на то, что при равных условиях гидролиз белков козьего молока протеиназами лактобактерий протекает более интенсивно с образованием низкомолекулярных пептидов, чем в коровьем молоке. Причем штамм Lactobacillus helveticus H_17-18 характеризуется более высокой протеолитической активностью.

Использование штамма Lactobacillus helveticus Н_17-18 в производстве МБК позволяет получить больше низкомолекулярных пептидов, способных связывать кальций и транспортировать его в костную ткань, минуя регулирующие функции организма.

Ферментированный твороженный продукт имеет сроки хранения 7-14 суток, а поскольку для продуктов специального назначения такие сроки хранения явно недостаточны, возникла необходимость продления сроков хранения МБК. Поэтому дальнейшие исследования проводились в этом направлении.

Анализ литературных данных показывает, что из всех способов консервирования пищевых продуктов наиболее перспективным является лиофильная сушка, которая позволяет максимально сохранить исходные свойства продукта и получить продукт, пригодный для длительного хранения. Для белковых молочных продуктов оптимальными условиями лиофильной сушки являются: предварительное замораживание при температуре не выше минус 15°С, сушка при конечной температуре не выше минус 50°С, толщина слоя продукта не более 1 см.

Непосредственно после самопрессования белковую массу мелко растирали и раскладывали на противни ровным слоем толщиной не более 1 см. Высушивание белкового сгустка осуществляют в сублимационной установке при следующих режимах: температура минус 50°С, остаточное давление от 0,13 до 1,3 Па, продолжительность процесса 18 ч.

Выход продукта после сушки составил порядка 5% от массы ферментированных белковых сгустков. Качественные показатели молочно-белковых концентратов до и после высушивания представлены в табл. 4.

Данные табл. 4 показывают, что после высушивания у молочно-белковых концентратов значительно увеличилось содержание кальция и белка. Количество жизнеспособных клеток лактобактерий остается на достаточно высоком уровне.

Таким образом, лиофильная сушка ферментированного сгустка обеспечивает увеличение массовой доли белковых веществ в МБК по сравнению с контролем в 6-7 раз. Кальций в МБК в процессе концентрации увеличивается в 5 раз. Следовательно, прием 5 г полученного продукта, содержащего 78-84 мг кальция, 3 раза в день позволит удовлетворить потребность кальция на 30% от суточной нормы взрослого человека.

Обобщая полученные данные, можно сделать вывод, что полученные заявленным способом молочно-белковые концентраты обладают высокими биохимическими и потребительскими свойствами, отличаются повышенным содержанием кальция и высоким количеством жизнеспособных клеток Lactobacillus helveticus, способствующих лучшему усвоению микроэлемента.

В таблице 5 представлены сравнительные данные по срокам хранения МБК, полученного заявляемым способом, и по прототипу.

Заявляемый способ осуществляют следующим образом.

Молоко очищают от посторонних примесей, нагревают до (95±1)°С, вносят 20%-ный раствор хлористого кальция, перемешивают, полученный белковый сгусток охлаждают до (40±1)°С. После охлаждения сгустка удаляют 50% сыворотки. После частичного удаления сыворотки вносят 5% закваски Lactobacillus helveticus H_17-18, перемешивают белковый сгусток. Ферментацию проводят в течение 4,5-5 часов до достижения кислотности (100±3)°Т. Затем разливают сгусток в мешочки и проводят самопрессование при 18-20°С в течение 0,5-1 ч до получения сгустка с массовой долей влаги (65-70)%. Сгусток измельчают и раскладывают на противнях ровным слоем не более 1 см, затем подвергают лиофильной сушке при минус 50°С в течение (20±2) ч, расфасовывают и хранят при температуре (4±2)°С в течение 9 мес.

Примеры, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Пример 1. Коровье молоко очищают от посторонних примесей, нагревают до 95°С, вносят 20%-ный раствор хлористого кальция в количестве 1,50 г/л, перемешивают, полученный белковый сгусток охлаждают до 40°С. После охлаждения сгустка удаляют 50% сыворотки. После частичного удаления сыворотки вносят 5% закваски Lactobacillus helveticus H_17-18, перемешивают белковый сгусток. Ферментацию проводят в течение 4,5 часов до достижения кислотности 100°Т, затем разливают сгусток в мешочки и проводят самопрессование при 18°С в течение 0,5 ч до получения сгустка с массовой долей влаги 65%, измельчают и раскладывают на противнях ровным слоем не более 1 см. Сгусток высушивают при минус 50°С в течение 18 ч, расфасовывают и хранят при температуре 6°С в течение 9 мес.

Пример 2. Козье молоко очищают от посторонних примесей, нагревают до 94°С, вносят 20%-ный раствор хлористого кальция в количестве 1,25 г/л, перемешивают, полученный белковый сгусток охлаждают до 41°С. После охлаждения сгустка удаляют 50% сыворотки. После частичного удаления сыворотки вносят 5% закваски Lactobacillus helveticus H_17-18, перемешивают белковый сгусток. Ферментацию проводят в течение 4,5 часов до достижения кислотности 97°Т, затем разливают сгусток в мешочки и проводят самопрессование при 18°С в течение 0,5 ч до получения сгустка с массовой долей влаги 68%, измельчают и раскладывают на противнях ровным слоем не более 1 см, высушивают при минус 50°С в течение 22 ч, расфасовывают и хранят при температуре 6°С в течение 9 мес.

Пример 3. Козье молоко очищают от посторонних примесей, нагревают до 96°С, вносят 20%-ный раствор хлористого кальция в количестве 1,25 г/л, перемешивают, полученный белковый сгусток охлаждают до 39°С. После охлаждения сгустка удаляют 50% сыворотки. После частичного удаления сыворотки вносят 5% закваски Lactobacillus helveticus H_17-18, перемешивают белковый сгусток. Ферментацию проводят в течение 5 часов до достижения кислотности 103°Т, затем разливают сгусток в мешочки и проводят самопрессование при 20°С в течение 1 ч до получения сгустка с массовой долей влаги 70%, измельчают и раскладывают на противнях ровным слоем не более 1 см, высушивают при минус 50°С в течение 20 ч, расфасовывают и хранят при температуре 4°С в течение 9 мес.

Полученные молочно-белковые концентраты используют в качестве пробиотических белковых продуктов, обогащенных легкоусвояемым кальцием.

Способ получения кальцийсодержащего молочно-белкового концентрата, включающий очистку молока, нагрев, термокальциевую коагуляцию белков, охлаждение, частичное удаление сыворотки, внесение закваски пробиотических микроорганизмов, ферментацию сгустка, самопрессование, расфасовку и хранение, отличающийся тем, что в качестве закваски пробиотических микроорганизмов используют Lactobacillus helveticus штамм H_17-18, после самопрессования ферментированный сгусток измельчают и подвергают лиофильной сушке, в качестве исходного сырья используют коровье или козье молоко, при этом при использовании коровьего молока хлористый кальций вносят в количестве 1,5 г/л, козьего молока - 1,25 г/л.