Аннотация

Вопрос утилизации / переработки молочной сыворотки является актуальной проблемой молочных предприятий. Нерентабельность используемых методов и отсутствие энергосберегающих промышленных технологий замедляет решение данной проблемы. Молочная сыворотка – ценное сырье, содержащее более 200 органических и минеральных компонентов, из которого можно получать продукты, обладающие полезными биологическими свойствами. Цель работы – получить из творожной сыворотки обогащенный белковый продукт с использованием магниевой термокоагуляции белков и дальнейшей ферментации комплексной лактобактериальной закваской.
Объектом исследования послужила творожная сыворотка, полученная методом кислотно-сычужной коагуляции в процессе производства творога с массовой долей жира 9 %. Температура была доведена до +35–40 °С посредством водяной бани с последующим удалением жира и казеиновой пыли на сепараторе-сливкоотделителе. Осветление молочной сыворотки с получением пермеата проводили тепловой денатурацией при 92 ± 1 °С с добавлением 10 % раствора MgCl₂×6H₂O в концентрациях 2–42 г/л. Белок подвергли вакуумной фильтрации. Ферментация сывороточных белков осуществлялась комплексной закваской из четырех штаммов Lactobacillus. В исследовании использовались стандартные, общепринятые физико-химические и микробиологические методы.
В результате установлен оптимальный режим термомагниевой денатурации молочной сыворотки (92 ± 1 °С в течение 5–10 мин и MgCl₂ в количестве 18 г/л), способствующий максимальному выходу белка (25,0 г/л) и содержанию магния (2,4 мг/г). Ферментация магниевого концентрата термически осажденных белков молочной сыворотки закваской приводила к активизации процесса протеолиза, формированию необходимых физико-химических и органолептических свойств. В результате сублимационной сушки –40 °С в течение 18–20 ч был получен сухой продукт с достаточным количеством живых клеток лактобактерий (1–3×10⁷) и содержанием магния 907 мг/100 г.
Разработанная технология позволила получить из молочной сыворотки магнийсодержащий концентрат термически осажденных белков с высокой биологической ценностью. Качественные показатели концентрата обеспечивают широкий спектр возможностей для применения в различных сферах пищевой индустрии.

Ключевые слова

Молочная сыворотка, термомагниевая коагуляция, белковый продукт, Lactobacillus

ФИНАНСИРОВАНИЕ

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-26-20042, https://rscf.ru/ project/24-26-20042/

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Buchanan D, Martindale W, Romeih E, Hebishy E. Recent advances in whey processing and valorisation: Technological and environmental perspectives. International Journal of Dairy Technology. 2023;76(2):291–312. https://doi.org/10.1111/1471-0307.12935
2. Perez-Marroquín XA, Estrada-Fernández AG, García-Ceja A, Aguirre-Álvarez G, León-López A. Agro-food waste as an ingredient in functional beverage processing: Sources, functionality, market and regulation. Foods. 2023;12(8):1583. https://doi.org/10.3390/foods12081583
3. Паладий И. В., Врабие Е. Г., Спринчан К. Г., Болога М. К. Молочная сыворотка: обзор работ. Часть 1. Классификация, состав, свойства, производные, применение. Электронная обработка материалов. 2021. Т. 57. № 1. С. 52–69. https://doi.org/10.5281/zenodo.4456698
4. Мельникова Е. И., Богданова Е. В., Павельева Д. А. Мировой и российский рынок сывороточных ингредиентов. Молочная промышленность. 2020. № 8. С. 56–58. https://elibrary.ru/WZHSMF
5. Кручинин А. Г., Шилова Е. Е. Исследование процесса баромембраной фильтрации подсырной и творожной сывороток. Актуальные вопросы молочной промышленности, межотраслевые технологии и системы управления качеством. 2020. Т. 1. № 1. С. 298–305. https://doi.org/10.37442/978-5-6043854-1-8-2020-1-298-305
6. Soumati B, Atmani M, Benabderrahmane A, Benjelloun M. Whey valorization – Innovative strategies for sustainable development and value-added product creation. Journal of Ecological Engineering. 2023;24(10):86–104. https://doi.org/10.12911/22998993/169505
7. Guo M, Wang G. History of whey production and whey protein manufacturing. In: Guo M, editor. Whey Protein Production, Chemistry, Functionality, and Applications. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, 2019, pp. 1–12. https://doi.org/10.1002/9781119256052.ch1
8. El-Aidie SAM, Khalifa GSA. Innovative applications of whey protein for a sustainable dairy industry: environmental and technological perspectives – A comprehensive review. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 2024;23(2):e13319. https://doi.org/10.1111/1541-4337.13319
9. Chen GQ, Qu Y, Gras SL, Kentish SE. Separation technologies for whey protein fractionation. Food Engineering Reviews. 2023;15(3):438–465. https://doi.org/10.1007/s12393-022-09330-2
10. Smithers GW. Whey and whey proteins from ‘gutter-to-gold’. International Dairy Journal. 2008;18(7):695–704. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2008.03.008
11. Smithers GW. Whey-ing up the options – Yesterday, today and tomorrow. International Dairy Journal. 2015;48:2–14. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2015.01.011
12. Ayed L, M'hir S, Asses N. Sustainable whey processing techniques: Innovations in derivative and beverage production. Food Bioscience. 2023;53:102642. https://doi.org/10.1016/j.fbio.2023.102642
13. Молибога Е. А., Сухостав Е. В., Козлова О. А., Зинич А. В. Анализ рынка функционального питания: российский и международный аспект. Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 4. С. 775–786. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-4-2405
14. Minj S, Anand S. Whey proteins and its derivatives: Bioactivity, functionality and current applications. Dairy. 2020;1(3):233–258. https://doi.org/10.3390/dairy1030016
15. Мельникова Е. И., Станиславская Е. Б., Богданова Е. В., Шабалова Е. Д. Особенности получения и применения мицеллярного казеина в технологии молокоемких белковых продуктов. Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 592–601. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-3-2389
16. O'Donoghue LT, Murphy EG. Nondairy food applications of whey and milk permeates: Direct and indirect uses. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 2023;22(4):2652–2677. https://doi.org/10.1111/1541-4337.13157
17. Pillai AT, Morya S, Kasankala LM. Emerging trends in bioavailability and pharma-nutraceuticalpotential of whey bioactives. Journal of Nutrition and Metabolism. 2024;2024(1):8455666. https://doi.org/10.1155/2024/8455666
18. Zhao С, Chen N, Ashaolu TJ. Whey proteins and peptides in health-promoting – A review. International Dairy Journal. 2022;126:105269. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2021.105269
19. Hameed A, Anwar MJ, Perveen S, Amir M, Naeem I, et al. Functional, industrial and therapeutic applications of dairy waste materials. International Journal of Food Properties. 2023;26(1):1470–1496. https://doi.org/10.1080/10942912.2023.2213854
20. Jakopović KL, Jurina IB, Božanić R. Trends in utilization of whey and buttermilk – Valuable by-products of the dairy industry. In: Spizzirri UG, editor. Nutraceutics from Agri-Food By-Products. Beverly, MA: Scrivener Publishing; 2023, pp. 245–283. https://doi.org/10.1002/9781394174867.ch8
21. Goyal C, Dhyani P, Rai DC, Tyagi S, Dhull SB, et al. Emerging trends and advancements in the processing of dairy whey for sustainable biorefining. Journal of Food Processing and Preservation. 2023;2023(1):6626513. https://doi.org/10.1155/2023/6626513
22. Soumati B, Atmani M, Benabderrahmane A, Benjelloun M, et al. Whey valorization – Innovative strategies for sustainable development and value-added product creation. Journal of Ecological Engineering. 2023;24(10):86–104. https://doi.org/10.12911/22998993/169505
23. Olvera-Rosales LB, Cruz-Guerrero AE, García-Garibay JM, Gómez-Ruíz LC, Contreras-López E, et al. Bioactive peptides of whey: obtaining, activity, mechanism of action, and further applications. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2023;63(30):10351–10381. https://doi.org/10.1080/10408398.2022.2079113
24. Паладий И. В., Врабие Е. Г., Спринчан К. Г., Болога М. К. Молочная сыворотка: обзор работ. Часть 2. Процессы и методы обработки. Электронная обработка материалов. 2021. Т. 57. № 3. С. 83–101. https://elibrary.ru/BEZPSE
25. Chen GQ, Qu Y, Gras SL, Kentish SE. Separation technologies for whey protein fractionation. Food Engineering Reviews. 2023;15:438–465. https://doi.org/10.1007/s12393-022-09330-2
26. Лазарев В. А. Разделение и концентрирование молочной сыворотки на ультрафильтрационных и обратноосмотических мембранах: дисс. … канд. техн. наук: 05.17.18. Екатеринбург, 2015. 119 с. https://elibrary.ru/CLFTDG
27. Satya R, Singh A, Rasane P, Poonia A, Singh J, Kaur S, et al. Recent trends in membrane processing of whey. In: Poonia A, Petkoska AT, editors. Whey valorization: Innovations, technological advancements and sustainable exploitation. Singapore: Springer Nature; 2023. pp. 323–353. https://doi.org/10.1007/978-981-99-5459-9_16
28. Ryazantseva KA, Agarkova EYu, Fedotova OB. Continuous hydrolysis of milk proteins in membrane reactors of various configurations. Foods and Raw Materials. 2021;9(2):271–281. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2021-2-271-281
29. Манылов С. В. Исследование влияния денатурированных сывороточных белков на свойства низкокалорийных молочно-белковых продуктов: дис. … канд. техн. Наук: 05.18.04. Кемерово, 2009. 156 с. https://www.elibrary.ru/NQOOBV
30. Ferenc K, Sokal-Dembowska A, Helma K, Jarmakiewicz-Czaja S, Motyka E, et al. Modulation of the gut microbiota by nutrition and its relationship to epigenetics. International Journal of Molecular Sciences. 2024;25(2):1228. https://doi.org/10.3390/ijms25021228
31. Oztop MH, McCarthy KL, McCarthy MJ, Rosenberg M. Monitoring the effects of divalent ions (Mn+2 and Ca+2) in heat-set whey protein gels. LWT – Food Science and Technology. 2014;56(1):93–100. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2013.10.043
32. Хлыстов И. А., Штин Т. Н., Гурвич В. Б., Кузьмина Е. А., Бугаева А. В. и др. Комплексообразующая способность органических соединений и их влияние на организм человека (обзор). Гигиена и санитария. 2020. Т. 99 № 12. С. 1365–1369. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2020-99-12-1365-1369
33. Викторова Е. П., Лисовая Е. В., Свердличенко А. В., Воробьева О. В. Актуальные вопросы применения комплексов микронутриентов для обогащения продуктов питания. Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК – продукты здорового питания. 2021. № 1. С. 89–97. https://doi.org/10.24412/2311-6447-2021-1-89-97
34. Громов Д. А., Борисова А. В., Бахарев В. В. Пищевые аллергены и способы получения гипоаллергенных пищевых продуктов. Техника и технология пищевых производств. 2021. Т. 51 № 2. С. 232–247. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2021-2-232-247
35. Щёкотова А. В., Атласова Д. В. Изучение биологических взаимоотношений и биохимических свойств пробиотических микроорганизмов. Вестник ВСГУТУ. 2022. № 3. С. 36–45. https://doi.org/10.53980/24131997_2022_3_36
36. Грабеклис В. В., Делюкина О. В., Савко С. А. Взаимодействие эссенциальных элементов и кишечной микробиоты: обзор литературы. Микроэлементы в медицине. 2023. Т. 24. № 3. С. 12–21. https://doi.org/10.19112/2413-6174-2023-24-3-12-21
37. Bermúdez-Humarán LG, Chassaing B, Langella P. Exploring the interaction and impact of probiotic and commensal bacteria on vitamins, minerals and short chain fatty acids metabolism. Microbial Cell Factories. 2024;23(1):172. https://doi.org/10.1186/s12934-024-02449-3