Современные представления о селективном извлечении компонентов молочной сыворотки как биотехнологической системы (БТС) для промышленных продуктов.

Получение продуктов из белкового комплекса молочной сыворотки логически оправданно, исторически сложилось и в настоящее время реализовано путем извлечения сывороточных белков в виде альбуминного молока при так называемом отваривании (главным образом в производстве молоч- ного сахара) белковой массы и УФ-концентратов. Рас- смотрим направления использования белковых веществ молочной сыворотки.

Продукты на основе казеиновой пыли. Рекомендуе- мое направление использования казеинового осадка из подсырной сыворотки – в производстве плавленых сы- ров. Исследование возможности получения из казеино- вой пыли твердых сыров показало, что выработанные из частиц казеина сыры по своим показателям соответству- ют стандартным. Из сырной пыли можно изготавливать так называемые сборные головки, которые затем можно использовать на промышленную переработку, например при производстве плавленых сыров. Не исключается и применение этого продукта на кормовые цели. На прак- тике, к сожалению, казеиновый осадок используется до- статочно редко.

Системные исследования Е. А. Чеботарева позволяют предложить альтернативные варианты извлечения ка- зеиновой пыли центробежным способом на специальных саморазгружающихся сепараторах отечественного или зарубежного производства. Оригинальную продукцию из казеиновой пыли в виде сырной «косички» получил К. В. Объедков (рис. 1).



Продукты на основе белковых веществ молочной сыворотки. Необходимость выделения сывороточных белков из сепарированной молочной сыворотки (технологически осветления) может быть обусловлена на правлениями ее переработки, например при производстве молочного сахара или непосредственно для получения белкового концентрата (белковой массы) из сыворотки. В случае необходимости осветления последующие действия направлены на создание дисперсной системы «хлопья скоагулированного белка – плазма». При использовании молекулярно-ситового разделения создаются условия для задержки нативных сывороточных белков на мембране в комплексе либо направленная селекция фракций. Следует подчеркнуть, что на основе комплекса белков молочной сыворотки разработано целое семейство продуктов, в том числе лечебно- профилактического назначения (например, для профилактики остеопороза).

Белковые продукты на основе УФ-концентратов молочной сыворотки. Анализ результатов проведенных исследований физико-химических свойств молочной сыворотки как объекта баромембранного разделения, а также процессов, связанных с выделением дисперсной фазы из них, позволил наметить пути совершенствования существующих аппаратурно- технологических схем ее переработки. На основе полученных данных профессоры И. А. Евдокимов и С. П. Бабенышев сформулировали общие подходы к совершенствованию существующих и разработке новых конструкций баромембранных аппаратов. Они предложили аппаратурно-технологическую схему переработки молочной сыворотки, отличающуюся от традиционной исключением операции ее очистки в поле центробежных сил (рис. 2).



Такой способ утилизации молочной сыворотки не только исключает необходимость приобретения дорогостоящего оборудования для ее предварительной очистки, но и обеспечивает получение концентрата с более полным аминокислотным составом (сывороточная белковая фракция обогащается казеиновыми белками) и улучшенными потребительскими свойствами. Получаемый в результате ультрафильтрации фильтрат (пермеат) практически не содержит белковых фракций, отличается прозрачностью, хорошими органолептическими показателями и может быть использован в основном производстве, например для получения молочного сахара. В СевКавГТУ (Л. А. Гордиенко, И. А. Евдокимов, М. С. Золоторева, А. Г. Скороходов) изучено влияние теплового воздействия на функционально-технологические свойства концентратов сывороточных белков, полученных при ультрафильтрации подсырной и творожной сыворотки. Исследованы состав и некоторые специфические свойства концентратов сывороточных белков в целях их дальнейшего использования в технологии кисломолочных напитков.

Технология получения нового поколения КСБ-УФ/ЭД с деминерализацией отработана Г. Б. Гавриловым в Ярославском НИИ качества и реализована в линейке продуктов функционального питания «На здоровье». Инновационные прорывы по фракционированию белков молочной сыворотки. Видимо, пришло время, когда необходимо системно рассмотреть возможность получения отдельных белков из комплекса азотсодержащих соединений молочной сыворотки. Такие наработки уже имеются. За рубежом налажено промышленное производство. Дело чести отечественного молочного дела – реализовать и этот феномен на практике. Ниже аннотационно перечислены фракции сывороточных белков, представляющие практический интерес.

В последнее десятилетие объектом пристального внимания как ресурс получения биологически активных пептидов был лактоглобулин. В частности, получаемые на основе лактоглобулина биологически активные пептиды выполняют функцию ингибиторов фермента ангиотензин трансферазы, способствующих стабилизации кровяного давления. Более широкий спектр биологически активных пептидов по сравнению с лактоглобулином позволяет получить лактальбумин. К ним относятся ингибиторы ангиотензин трансферазы, опиоид, антимикробные и иммуностимулирующие пептиды. Активным фактором роста кровеносных сосудов и основой создания лекарственных препаратов для лечения ран различного генеза является специфическая рибонуклеаза ангиогенин. Приоритет разработки научно-технических основ технологии биологически активного вещества ангиогенина из молочного сырья на примере молочной сыворотки в виде биологически активной добавки «Милканг» принадлежит нашей стране – творческому коллективу ИНБИ РАН и МГУПБ под руководством академика И. А. Рогова, что, по нашему мнению, является выдающимся достижением отечественной биотехнологии. Системные исследования этой проблемы проведены проф. Н. А. Тихомировой. Наряду с производством концентратов сывороточных белков, фракций лактальбумина, лактоглобулина, альбумина сыворотки представляет интерес получение лактоферрина – минорного сывороточного белка со специфической физиологической активностью. Важнейшими физиологическими функциями лактоферрина являются способность связывать железо и удерживать его при достаточно жестких физиологических условиях, а также присутствие белка в качестве защитного фактора в тех местах организма, где есть угроза проникновения микробов. Производство лактоферрина было впервые освоено в Германии в 70-е гг. ХХ века компанией «МИЛЕИ ГмбХ» совместно с ведущей в мире фирмой по производству пищевых ингредиентов и продуктов функционального питания «Моринага Милк Индастри» (Япония) в рамках комплексной переработки подсырной сыворотки по мембранной технологии на концентраты лактулозы и сывороточных белков. В последние годы наметилась новая тенденция применения лактоферрина как биологи- чески активного вещества с пребиотическими свойствами. Специалистами ВНИМИ исследовано влияние лактоферрина на процесс сквашивания молока с использованием тест-культуры бифидобактерий штамма Bifidobacterium adolescentis MS-42, а также изменение количества клеток бифидобактерий в процессе хранения образцов кисломолочных сгустков. Результаты исследований дали возможность рекомендовать лактоферрин в качестве бифидус-фактора при разработке новых функциональных кисломолочных продуктов с бифидобактериями.



Исследования наших коллег в Японии позволили приоткрыть еще одну сторону феномена молочной сыворотки – L-карнитин! L-карнитин играет важную роль в энергетическом обмене, транспортируя активированные жирные кислоты (ацетилтрасфераза КоА) в митохондриальный матрикс. L-карнитин – это амфотерный четвертичный амин; он положительно заряжен в кислой и ней- трально – в щелочной среде. L-карнитин используется в производстве детского и спортивного питания. Факторы роста, цитокины, хемокины и полипептид- ные гормоны относятся к белкам, включенным в меж- клеточные взаимодействия. Механизм действия цито- кинов основан на связывании специфических рецепторов на поверхности клетки. Молоко и сыворотка содержат более 50 цитокинов. Фолат-связанный белок – это белок, связанный с витамином В12, фолиевой кислотой и рибофлавином. Биологическая роль фолат-связанного белка заключается в регулировании адсорбции и всасывания фолиевой кислоты в тонком кишечнике. Предполагается, что содержащие сывороточные белки молочные продукты способны изолировать фолаты из фруктов и овощей, увеличивая их биодоступность.

Остеопонтин. На 5-й Международной конференции по молочной сыворотке в 2008 г. в Париже было озвучено сообщение о принципиальной возможности получения еще одного минорного азотсодержащего соединения белковой природы с рабочим названием «остеопонтин». Он является примером инновационных продуктов на основе минорных фракций белков молочной сыворотки, получаемых на основе ее глубокого фракционирования. Кроме белковых фракций из молочной сыворотки возможно извлечение сиаловых кислот. Одно из инновационных направлений при создании продуктов детского питания – включение в состав продуктов сиаловых кислот (рис. 3).



Микропартикуляция белков молочной сыворотки. В последнее время в науке и практике отрасли появилось новое понятие, относящееся к белкам молочной сыворотки, – «микропартикуляция». Следует сразу обратить внимание, что за данным термином, пока мало известным даже узким профессионалам, скрывается совершенно тривиальное объяснение – выделение сывороточных белков ультрафильтрацией или отвариванием (тепловая денатурация) с последующей направленной обработкой: нагревание и механическое воздействие в целях микрогранулирования, в том числе в виде нанотрубок. Именно эта операция придает уникальные свойства так называемому альбуминному молоку (массе, творогу) и открывает совершенно новые возможности использования белков молочной сыворотки. За рубежом эта технология отработана и реализована в части использования на уровне заменителей жира. В нашей стране данная проблема была рассмотрена в КемТИПП (школа проф. Л. А. Остроумова) в диссертации С. В. Манылова, выполненной под руководством проф. И. А. Смирновой. По имеющейся информации, наиболее популярным белковым имитатором жира в настоящее время является Simplesse®-100, полученный на основе концентрата денатурированных сывороточных белков (КДСБ). Состав и пищевая ценность Simplesse®-100 не отличаются от таковых у обычного концентрата сывороточного белка. Блок-схема получения КДСБ на примере Simplesse®-100 в системе производства твердых сыров показана на рис. 4.



Для производства КДСБ рекомендовано использование оригинального модуля оборудования Te t r a Therm MicroPart, разработанного компанией «Те- тра Пак» (рис. 5).



В молочно - белковых продуктах и кисломолочных напитках частицы КДСБ участвуют в формировании казеинового сгустка – они внедряются в белковую матрицу, функционируя подобно жировым глобулам, которые они и заменяют (рис. 6).



Применение КДСБ в производстве нежирных молочнобелковых продуктов имеет следующие преимущества: увеличивает выход готовой продукции; усиливает мажущуюся консистенцию; понижает плотность и «резинистость» сырного теста; улучшает текстуру; усиливает молочный вкус; развивает полноту вкуса в готовом продукте. Принцип получения полимерных структур на основе белков молочной сыворотки получил развитие в работе А. Ю. Темирева. Австралийскими учеными (R. J. Pearce, J. A. Dunkerley, T. W. Wheaton) разработана технология получения заменителя твердого жира для мясопродуктов на основе концентрата сывороточных белков с повышенным содержанием ?-лактоглобулина. К перспективным направлениям совершенствования функционально-технологических свойств сывороточных белков следует отнести методы гликозилирования ?-лактальбумина, ?-лактоглобулина с использованием лактозы и декстранов, а также холодного гелеобразова- ния, разработанные в Американском институте молочных продуктов (США, Чикаго).