Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТВОРОГА

Изобретение относится к молочной промышленности и касается производства творога повышенной биологической ценности за счет повышенного содержания в нем белка, в частности сывороточных белков.

Значительная часть россиян страдает белковой недостаточностью - заболеванием, являющимся следствием нарушения равновесия между образованием и распадом белка. Белки являются источником энергии для человека, их невозможно заменить другими веществами. Белки играют ключевую роль в жизни клетки, составляя материальную основу ее химической деятельности. Белки выступают в качестве регуляторов и катализаторов, ускоряющих течение биохимических реакций в процессе обмена веществ. Они также выполняют в организме рецепторную, двигательную, транспортную функции, перенося по крови гормоны, гемоглобин, железо, липиды и др. вещества, и защитную функцию, синтезируя антитела [1, 2].

Биологическая ценность белков заключается в наличии в них аминокислот как заменимых, так и незаменимых. Незаменимые аминокислоты не могут синтезироваться в организме и должны поступать только с пищей.

Незаменимых аминокислот десять - лизин, метионин, триптофан, фенилаланин, лейцин, изолейцин, треонин, валин, аргинин и гистидин [3]. Особо дефицитными являются лизин, метионин и триптофан. Потребность взрослого человека в лизине 3…5 г в сутки; недостаток его в организме приводит к нарушению роста, кровообращения, уменьшению содержания гемоглобина в крови. Метионин участвует в обмене жиров и фосфолипидов, является наиболее сильным липотропным средством, суточная потребность в нем 1 г. Триптофан способствует росту, образованию гемоглобина, участвует в процессе восстановления тканей. Потребность в нем организма составляет около 1 г в сутки. Фенилаланин участвует в обеспечении функции щитовидной железы и надпочечников. Лейцин, изолейцин и треонин влияют на процессы роста. При недостатке лейцина уменьшается масса тела, возникают изменения в почках и щитовидной железе. Недостаток валина приводит к расстройству координации движений. Гистидин входит в состав гемоглобина, его недостаток или избыток в организме ухудшает условно-рефлекторную деятельность. Аргинин принимает участие в образовании мочевины - конечного продукта обмена веществ. Заменимые аминокислоты также выполняют в организме разнообразные функции и играют не меньшую роль, чем незаменимые [2, 3, 4].

Оптимальный путь решения дефицита животного белка в рационе питания россиян заключается в увеличении потребления молочных продуктов с повышенным содержанием белка, одним из них является творог. Творог и творожные изделия очень популярны в нашей стране, в той или иной форме они входят в рацион питания 80% населения Российской Федерации [5, 6].

Белки молока характеризуются высокой биологической ценностью, они содержат в избыточных количествах лизин, треонин, триптофан, метионин и цистеин. 250 грамм творога удовлетворяют потребность в белке на 70%. Белок, содержащийся в твороге, обладает полноценным аминокислотным составом и легко усваивается организмом [2, 3].

Творог - концентрированный продукт для людей всех возрастов, в состав, которого входят и белки, содержащие незаменимые аминокислоты - метионин и холин. Они предупреждают заболевания печени, почек, болезни сердечнососудистой системы, способствуют повышению содержания в крови лецитина, который тормозит отложение в стенках кровеносных сосудов холестерина и развитие склеротических явлений. Белки творога могут служить заменой другим белкам животного происхождения для людей, которым они противопоказаны [1, 6].

Общее содержание белков в молоке колеблется от 3,0-3,5%. Среди них выделяются две основные группы: казеины и сывороточные белки. Казеины представлены α_s1-, α_s2-, β- и χ-казеинами. Белки сыворотки представлены β-лактоглобулином, α-лактоальбумином, иммуноглобулинами и альбумином сыворотки крови [3].

Казеины легко перевариваются и являются источниками аминокислот, кальция, фосфора и ряда физиологически активных пептидов. Так, при действии в желудке на χ-казеин химозина высвобождаются глико- и фосфопептиды, которые регулируют секрецию желудочного сока, моделируют физико-химические свойства белков (растворимость, вязкость, заряд, денатурацию), осуществляют защиту от протеолиза и влияют на проницаемость мембран клеток.

Сывороточные белки также обладают важнейшими физиологическими функциями. На их долю от общего количества белков в молоке приходится 0,5-0,8%. Сывороточные белки (альбумины и глобулины) содержат оптимальный набор жизненно необходимых аминокислот и с точки зрения физиологии питания приближаются к аминокислотной шкале «идеального» белка, т.е. белка, в котором соотношение аминокислот соответствует потребностям организма [3].

Иммуноглобулины по химической природе являются гликопротеидами. Они выполняют защитную функцию, вызывая агглютинацию микроорганизмов и других чужеродных клеток. Лактоферрин и лизоцим (фермент) являются носителями антибактериальных свойств, а лактоферрин и β-лактоглобулин выполняют транспортную роль, перенося в кишечник микро- и макроэлементы, витамины и липиды. α-лактальбумин необходим для синтеза лактозы в молоке из УДФ-галактозы и глюкозы. β-Лактоглобулин устойчив в кислой среде желудка к действию пепсина, поэтому расщепляется только в кишечнике трипсином и химотрипсином [2, 3].

Наиболее близкими к предлагаемому решению являются известные способы получения творога кислотным и кислотно-сычужным способом [7, 8], заключающиеся в том, что после приемки, нормализации, гомогенизации, пастеризации, заквашивания смеси (при кислотно-сычужном - после дополнительного внесения сычужного фермента и хлорида кальция), она сквашивается до требуемой кислотности сгустка. Обработка сгустка и его обезвоживание проводится в зависимости от используемого оборудования.

Основными недостатками указанных способов получения творога являются малая степень перехода, составляющая 5-7%, сывороточных белков молока в готовый продукт, в большинстве случаев - необходимость подогрева сгустка для отделения сыворотки.

Целью изобретения является существенное уменьшение потерь биологически ценных с пищевой точки зрения сывороточных белков. Предлагаемое нами решение позволит (70±2)% содержащихся в молоке сывороточных белков включить в состав готового продукта. При этом повышается аминокислотный скор. Увеличивается выход готового продукта на (2,5±0,5)% и сокращается продолжительность сквашивания. Экономия дорогостоящих ферментных препаратов составляет примерно 25%; теплоносителей, необходимых для производства продукта, - 4-12% при различных способах производства.

Сущность изобретения заключается в использовании дополнительной магнитной обработки молока-сырья в уравнительном бачке перед его пастеризацией за счет использования постоянного магнита с магнитной индукцией 15±2 мТл в течение 5-10 минут.

После омагничивания молока увеличивается количество сывороточных белков, присоединяющихся к казеину, за счет четырех основных механизмов [9, 10]:

- спинового переключения валентных электронов, которое ведет к увеличению числа реакционно-способных столкновений частиц;

- смещения прототропного равновесия. Молоко состоит на 87% из воды. Вода - очень слабый электролит, с константой диссоциации Кд=2·10^-16. Значит, из 1 миллиарда молекул диссоциируют примерно 2 молекулы:

2H₂O↔H₃O⁺+OH^-;

H₃O⁺↔H⁺+OH^-.

В 100 мл молока содержится около 2,6·10²⁴ молекул воды и 5,2·10¹⁵ диссоциированных молекул (H⁺ и/или H₃O⁺). При магнитной обработке создаются микровихри и гидроксид-ионы размером 142 пм вместе с другими, близкими по размеру, вследствие ламинарно-турбулентного перемешивания, попадают в меньшие по размеру полости воды размером 140 пм. Ион водорода (протон), имея маленький размер 24 пм, не задерживается в полостях воды. По принципу Ле-Шателье связывание гидроксид-ионов приводит к смещению прототропного равновесия и увеличению числа протонов в молоке, что приводит к увеличению количества коллоидного кальция:

- коллоидный кальций - сферические частицы размером 20-120 нм, является связующим, цементирующим материалом для субмицелл казеина (фиг.1), в результате увеличивается размер мицелл казеина (фиг.2) и улучшается синерезис [10];

- пространственной переориентации активных групп обоих белков.

Предлагаемый способ производства творога не требует дополнительного технологического оборудования и проведения дополнительных технологических операций.

Продукт предназначен для систематического употребления в составе пищевых рационов всеми возрастными группами населения. Предполагаемый срок годности - 7 дней.

Пример 1. Производство творога кислотным методом

Технологический процесс производства творога по известному варианту состоит из следующих операций: приемка, нормализация, гомогенизация, пастеризация, охлаждение до температуры заквашивания, заквашивание смеси (внесение микрофлоры закваски), сквашивание, обработка сгустка (разрезка, подогрев, вымешивание), обезвоживание сгустка, охлаждение, фасование.

Технологический процесс производства заявляемого творога состоит из следующих операций: приемка, нормализация, электромагнитная обработка нормализованной смеси (в приемном бачке пастеризационно-охладительной установки) внешним магнитным полем с индукцией 15±2 мТл в течение 5-10 минут, подогрев в секции рекуперации, гомогенизация, пастеризация, охлаждение до температуры заквашивания, заквашивание смеси (внесение микрофлоры закваски), сквашивание, обработка сгустка (разрезка, подогрев, вымешивание), обезвоживание сгустка, охлаждение, фасование.

Готовый продукт имеет консистенцию, аналогичную консистенции творога, вырабатываемого кислотным способом. Экономия нормализованной смеси на 1 т готового продукта составляет от 150 до 200 кг для творога различной жирности.

Основные характеристики творога, полученного обоими методами, представлены в табл.1-3.

Пример 2. Производство творога кислотно-сычужным методом

Технологический процесс производства творога по известному варианту состоит из следующих операций: приемка, нормализация, подогрев в секции рекуперации, гомогенизация, пастеризация, охлаждение до температуры заквашивания, заквашивание смеси (внесение сычужного фермента, хлорида кальция, микрофлоры закваски), сквашивание, обработка сгустка (разрезка, подогрев, вымешивание), обезвоживание сгустка, охлаждение, фасование.

Технологический процесс производства заявляемого творога состоит из следующих операций: приемка, нормализация, электромагнитная обработка нормализованной смеси (в приемном бачке пастеризационно-охладительной установки) внешним магнитным полем с магнитной индукцией 15±2 мТл в течение 5-10 минут, подогрев в секции рекуперации, гомогенизация, пастеризация, охлаждение до температуры заквашивания, заквашивание смеси (внесение сычужного фермента, хлорида кальция, микрофлоры закваски), сквашивание, обработка сгустка (разрезка, подогрев, вымешивание), обезвоживание сгустка, охлаждение, фасование.

Готовый продукт имеет консистенцию, аналогичную консистенции творога, вырабатываемого кислотно-сычужным способом.

Краткое описание чертежей

Казеин является главным белком молока. В молоке казеин находится в виде специфических частиц, или мицелл, представляющих собой сложные комплексы фракций казеина с коллоидным фосфатом кальция.

В свою очередь, казеиновые мицеллы состоят из субъединиц. Субмицеллы представляют собой агрегированные фракции казеина, соединенные между собой гидрофобными связями и кальциевыми мостиками (фиг.1). Соединение субмицелл в мицеллы происходит с помощью фосфата кальция и гидрофобных связей (фиг.2).

Полярные группы, находящиеся на поверхности и внутри казеиновых мицелл, связывают значительное количество воды. Способность казеина связывать воду характеризует его гидрофильные свойства, которые зависят от структуры, величины, заряда белковой молекулы, рН среды и других факторов. Гидрофильные свойства казеина определяют устойчивость казеиновых мицелл в молоке при обработке и влияют на ход технологических процессов.

Казеиновые мицеллы стабильны в свежевыдоенном молоке, они сохраняют свою устойчивость при механической и тепловой обработке молока. Однако при электромагнитной обработке молока может происходить необратимая минерализация казеиновых мицелл, т.е. переход кальция в мицеллу казеина в виде коллоидного кальция.

Источники информации

1. Мартынов А.В. Проблемы дефицита белка в рационе питания россиян и пути их решения. - Молочная промышленность, №7, 2000. - с.11.

2. Нечаев А.П., Траубенберг С.Е., Кочеткова А.А. и др. Пищевая химия. 2-е. - СПб.: ГИОРД, 2003. - 640 с.

3. Тутельян В.А., Спиричев В.Б. и др. Микронутриенты в питании здорового и больного человека. - М.: Колос, 2002. - 424 с.

4. Твердохлеб Г.В., Раманаускас Р.И. Химия и физика молока и молочных продуктов. - М.; ДеЛи принт. - 2006. - 360 с.

5. Лабинов В.В. Состояние молочной промышленности в мире // Молочная промышленность. - 2009, №3, - С.5.

6. Степанова Л.И., Зуева Е.В. Тенденция производства творожных изделий // Молочная промышленность. - 2006, №5 - с.21-22.

7. Творог. Типовая технологическая инструкция. ТТИ ГОСТ 52096-008.

8. ГОСТ Р 52096-2003 Творог. Технические условия.

9. Слесарев В.И. Химия. Основы химии живого. - СПб.: Химиздат, 2005. - 784 с.

10. Горбатова К.К. Химия и физика молока. - СПб.: ГИОРД, 2003. - 288 с.