Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ ВОДОРАСТВОРИМЫХ БЕЛКОВ ИЗ СЫРА

Изобретение относится к сыродельной отрасли молочной промышленности, а именно: к методам технического контроля и может быть использовано при анализе количественного содержания водорастворимых белков в сырах методом Кьельдаля, а также любым другим методом, непосредственным объектом исследования которого может являться водный раствор водорастворимых белков, выделенных из сыра.

При производстве сыров во время их созревания протекают многочисленные биохимические процессы, в том числе гидролиз белков (протеолиз), в результате которого происходит распад нерастворимых в воде макромолекул белков на более мелкие, низкомолекулярные фрагменты, которые растворимы в воде - водорастворимые белки. По количеству образующихся водорастворимых белков судят, например, о степени созревания сыров.

Белки - это химические соединения, содержащие азот, массовая доля которого для молочных белков в молоке и молочных продуктах, в том числе в сырах, является величиной постоянной и составляет 15,67% от массовой доли белков. Массовую долю азота в молоке и молочных продуктах измеряют методом Кьельдаля с пересчетом на массовую долю белка путем умножения результата измерения на коэффициент 6,38 (100:15,67=6,38) (Горбатова К.К., Гунькова П.И. Химия и физика молока и молочных продуктов. - СПб.: ГИОРД, 2012, с. 20; ГОСТ 23327-98 Молоко и молочные продукты. Метод измерения массовой доли общего азота по Кьельдалю и определение массовой доли белка. - М.: Стандартинформ, 2009; ГОСТ Р 54662-2011 Сыры и сыры плавленые. Определение массовой доли белка методом Кьельдаля. - М.: Стандартинформ, 2012).

Для определения массовой доли водорастворимых белков в сыре необходимо выделить их из сыра в водный раствор, который будет являться объектом дальнейшего исследования, например, методом Кьельдаля или другим методом, позволяющим определить количество водорастворимых белков в водном растворе.

Известен способ выделения водорастворимых белков из сыра (Авт. свид. СССР №1415184, М. Кл. G01N 33/04. Способ определения количества водорастворимого азота в сырах / Иванов В.Л., Мороз М.Н., Чернов А.В., Зорик Р.А. и Парфенова В.И. - заявл. 17.02.87, опубл. 07.08.1988, бюлл. №29), в котором 5 г сыра растирают в фарфоровой чашечке диаметром 5 см с 15 мл дистиллированной воды, подогретой до 35-40°С, до состояния эмульсии. Затем фарфоровую чашечку с сырной массой помещают в термостат при 40°С на 40-45 мин. и после выдержки полученную смесь фильтруют. Из собранного в колбочку фильтрата берут 5 мл и вносят в специальную центрифужную пробирку. Для выделения водорастворимых белков приливают к фильтрату 0,1 мл 20%-ного раствора СаСl₂ и 0,1 мл 60%-ного раствора СН₃СООН. После перемешивания содержимого центрифужной пробирки ее помещают в водяную баню с температурой 70-75°С на 5 мин. Затем для уплотнения осажденных водорастворимых белков применяют центрифугирование на лабораторной медицинской центрифуге при 1500 об/мин в течение 3 мин. После центрифугирования устанавливают количество водорастворимого азота в зависимости от высоты осадка водорастворимых белков, используя для этого шкалы центрифужной пробирки, одна из которых служит для определения количества водорастворимых белков, а другая - для определения количества растворимого азота.

Недостатками этого способа являются:

- использование только 15 мл дистиллированной воды при растирании в фарфоровой ступке 5 г сыра, что явно недостаточно для получения жидкой эмульсии сыра, пригодной для фильтрования, т.к. получающаяся при этом кашеобразная масса имеет густую консистенцию, отделить от которой жидкую фракцию путем фильтрования невозможно, часть влаги пойдет на смачивание фильтра, что ставит под сомнение получение необходимых 5 мл фильтрата;

- из-за большой концентрации сыра в водном растворе (5 г : (5 г+15 мл) × 100%=25%) переход водорастворимого белка в малое количество водной фазы очень затруднительно;

- при выдерживании фарфоровой чашечки с сырной массой в термостате при 40°С 40-45 мин с относительно большой площади поверхности (19,63 см²) происходит выпаривание воды, вследствие чего смесь растертого сыра с дистиллированной водой еще больше концентрируется, что не только затрудняет переход водорастворимого белка в водную фазу, но и делает невозможным ее дальнейшую фильтрацию из-за густой консистенции;

- отсутствие операции обезжиривания затрудняет процесс фильтрации сырной смеси из-за забивания пор фильтра жиром, а также увеличивает потери растворимого белка, не переходящего в фильтрат, по причине взаимодействия с жиром водорастворимых белков, являющихся поверхностно-активными веществами, которые остаются вместе с жиром на фильтре.

Согласно другого способа (Патент РФ №2219543, МПК G01N 33/04 (2000.01). Способ контроля процесса созревания сыра / Нагибина Н.А., Иванов В.Л., Лисин П.А., Логачева Н.А. - заявл. 13.08.2001, опубл. 20.12.2003, бюлл. №35) для приготовления водорастворимой вытяжки зреющего сыра 1 г тертого сыра переносят без потерь в фарфоровую ступку и тщательно растирают пестиком до мажущейся консистенции. Затем растирание продолжают с внесением в сырную массу 25 мл дистиллированной воды, подогретой до 35-40°С. Общая продолжительность растирания 5-8 мин. Для лучшего растворения составных частей сыра и набухания белков фарфоровую чашечку с сырной массой помещают в термостат при 35-40°С на 40-45 мин. После выдержки полученную сырную смесь переносят в мерную колбу и доводят дистиллированной водой, подогретой до 35-40°С до 100 мл. Затем смесь перемешивают и фильтруют.

К недостаткам этого способа относятся:

- отсутствие операции обезжиривания, т.к. присутствующий в растворе жир затрудняет процесс фильтрации и увеличивает потери растворимого белка, не переходящего в фильтрат из-за взаимодействия с жиром, остающимся на поверхности фильтра;

- отсутствие перемешивания при последующей выдержке фарфоровой чашечки с сырной массой в термостате при 35-40°С 40-45 мин, что замедляет и затрудняет процесс перехода водорастворимого белка в водную фазу.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является способ выделения растворимого белка из сыра (Инихов Г.С., Брио Н.П. Методы анализа молока и молочных продуктов. - М.: «Пищевая промышленность», 1971, с. 309), в соответствии с которым отмеривают 500 мл дистиллированной воды в стакан и подогревают до температуры 35-40°С. В фарфоровой ступке растирают 10 г сыра с 15-20 мл дистиллированной воды, подогретой до температуры 35-40°С. Продолжая растирание, постепенно приливают еще около 70 мл воды. Полученную эмульсию сливают в стакан емкостью 750 мл. Остатки сыра в ступке снова растирают с теплой водой и эмульсию опять переносят в стакан. Ступку и пестик тщательно смывают водой и осадок сыра переносят в тот же стакан вместе с оставшимся количеством воды из отмеренных 500 мл. Оставляют содержимое на 1 ч, перемешивают несколько раз, охлаждают до 20°С. Отстоявшийся и застывший жир снимают, жидкость фильтруют через ватный фильтр, затем - через складчатый бумажный, возвращая первые порции фильтрата обратно на фильтр. Полученный фильтрат используют для дальнейшего определения в нем количества водорастворимых белков и количества растворимого азота методом Кьельдаля.

К недостаткам способа относятся:

- использование дистиллированной воды температурой ниже 38°С для растирания сыра в фарфоровой ступке затрудняет процесс растирания, так как при соединении воды с сыром, имеющем температуру 20±1°С, она охлаждается на 4-7°С;

- недостаточно эффективное выделение водорастворимого белка во время выдержки эмульсии сыра при температуре помещения (20°С) с периодическим перемешиванием несколько раз в течение 1 ч. За это время температура эмульсии понижается от 35-40°С до температуры помещения (20°С), что замедляет процесс перехода водорастворимого белка в водную фазу;

- неполное обезжиривание эмульсии сыра из-за того, что охлаждение до 20°С недостаточно, чтобы перевести все фракции молочного жира в твердое состояние для последующего удаления. При этой температуре отвердевает только 20% всех фракций молочного жира, поэтому отстоявшийся жир имеет мягкую консистенцию и его трудно удалить с поверхности эмульсии. В связи с этим приходится проводить двойную фильтрацию - через ватный фильтр и затем через складчатый бумажный, что существенно удлиняет общую продолжительность процесса выделения водорастворимого белка.

Задачей изобретения является создание условий для эффективного и полного выделения водорастворимых белков из сыра, создание способа выделения водорастворимых белков из сыра, обеспечивающего повышение точности определения их количества методом Кьельдаля или любым другим методом, объектом исследования которого является водный раствор, содержащий белки.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе выделения водорастворимых белков из сыра, включающем смешивание, встряхивание, термостатирование, охлаждение, фильтрацию, определение в фильтрате водорастворимых белков, согласно изобретению, измельченный сыр растирают с дистиллированной водой, имеющей температуру от 38°С до 42°С, при их соотношении соответственно 1:3-6 до получения однородной суспензии, добавляют в полученную суспензию дистиллированную воду температурой от 38°С до 42°С, доводя соотношение ингредиентов сыр-вода до значений 1:30-35; затем суспензию переносят в емкость, которую помещают во встряхиватель с водяной баней, имеющей температуру греющей среды от 38°С до 42°С, в которой выдерживают емкость с суспензией в течение от 25 до 35 минут при постоянном встряхивании с частотой от 80 мин^-1 до 120 мин^-1; после чего емкость с суспензией вынимают из водяной бани и встряхивателя и охлаждают суспензию до температуры от 18°С до 22°С, после чего доводят соотношение ингредиентов сыр - вода до значений 1:37-41, при этом температура добавляемой дистиллированной воды должна быть от 18°С до 22°С; затем получившуюся суспензию охлаждают в водно-ледяной смеси до температуры от 0°С до +6°С, при охлаждении суспензию периодически перемешивают; затем охлажденную суспензию помещают в холодильную камеру с температурой среды от 0°С до +6°С, продолжительность охлаждения составляет от 1 часа до 3 часов, затем убирают с поверхности суспензии сыра затвердевший жир и фильтруют обезжиренную суспензию, после чего в фильтрате определяют содержание водорастворимых белков.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении предлагаемого изобретения, является:

1. Более эффективное и полное выделение водорастворимых белков из сыра за счет повышенной температуры выдержки от 38°С до 42°С и постоянного встряхивания водной суспензии сыра при этой температуре;

2. Ускорение и облегчение процесса фильтрации за счет полного обезжиривания суспензии сыра вследствие отвердевания всех фракций жира при охлаждении сначала в водно-ледяной смеси, затем - в холодильной камере при температуре 0°С до +6°С в течение 1-3 часов;

3. Упрощение и сокращение продолжительности процесса выделения водорастворимого белка посредством исключения стадии фильтрации водной суспензии сыра через ватный фильтр;

4. Повышение точности определения количества водорастворимого белка в сыре.

Способ осуществляется следующим образом: измельченный сыр растирают с дистиллированной водой, имеющей температуру от 38°С до 42°С, при соотношении сыра и воды 1:3-6, до получения однородной суспензии. Продолжая растирание, добавляют в полученную суспензию дистиллированную воду температурой от 38°С до 42°С, доводя соотношение ингредиентов сыр-вода до значений 1:30-35. Затем суспензию переносят в емкость, которую помещают во встряхиватель с водяной баней, имеющей температуру греющей среды от 38°С до 42°С, выдерживают от 25 до 35 минут при постоянном встряхивании с частотой от 80 мин^-1 до 120 мин^-1; после чего емкость с суспензией сыра вынимают из водяной бани и встряхивателя и охлаждают до температуры от 18°С до 22°С. Добавляют в емкость с суспензией сыра дистиллированную воду температурой от 18°С до 22°С, доводя соотношение ингредиентов сыр - вода до значений 1:37-41. Затем получившуюся суспензию охлаждают в водно-ледяной смеси до температуры от 0°С до +6°С. При охлаждении суспензию периодически перемешивают. Охлажденную емкость с суспензией сыра помещают в холодильную камеру с температурой среды от 0°С до +6°С на 1-3 часа для застывания жира. Емкость с суспензий сыра вынимают из холодильной камеры, убирают шпателем с поверхности суспензии сыра затвердевший жир и фильтруют обезжиренную суспензию через складчатый бумажный фильтр. Полученный фильтрат, содержащий водорастворимый белок, используют для определения в нем водорастворимого белка методом Кьельдаля или любым другим методом, непосредственным объектом исследования которого может являться водный раствор водорастворимых белков, выделенных из сыра.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что отличительными признаками от прототипа являются:

- использование при растирании сыра дистиллированной воды с более высокой температурой (40±2°С), обеспечивающей лучшее растирание сыра вследствие лучшего растворения в воде водорастворимых составных частей, в том числе водорастворимого белка;

- использование встряхивателя и выдержка при постоянном встряхивании и температуре от 38°С до 42°С в течение от 25 до 35 минут в водяной бане водной суспензии сыра способствует лучшему переходу водорастворимого белка в водную фазу;

- быстрое охлаждение мерной колбы с суспензией сыра в водно-ледяной смеси с последующим выдерживанием в холодильной камере при температуре от 0°С до +6°С в течение 1-3 часов, позволяющее перевести все фракции жира в твердое состояние и полностью удалить затвердевший жир с поверхности суспензии сыра, обеспечив полное обезжиривание и возможность однократного фильтрования обезжиренной суспензии через складчатый бумажный фильтр.

Предложенная общая совокупность отличительных признаков выделяет новый способ из числа известных способов выделения водорастворимых белков из сыра, позволяет усовершенствовать систему технического контроля производства сыров и повысить точность измерений количества водорастворимых белков.

Способ поясняется следующим примером.

Определение количества водорастворимых белков в сыре Российском.

От головки сыра Российского отрезают пробу в виде сегмента массой около 100 г, освобождают от поверхностного слоя и натирают на металлической терке с мелкой перфорацией. Натертую пробу сыра тщательно перемешивают и отбирают из нее навеску массой 2,5±0,1 г в стеклянный стаканчик с вложенной в него стеклянной палочкой. Определяют массу стаканчика со стеклянной палочкой и навеской сыра: m₁=39,9392 г. С помощью стеклянной палочки переносят натертый сыр из стеклянного стаканчика в фарфоровую ступку. Пустой стаканчик со стеклянной палочкой взвешивают: m₂=37,4384 г. и по разнице масс (m₁-m₂) определяют точную навеску сыра m₃=39,9392-37,4384=2,5008 г.

В фарфоровую ступку с навеской сыра приливают 10 см³ дистиллированной воды, подогретой до температуры 40°С, и тщательно растирают пестиком до получения однородной суспензии. Продолжая растирание, добавляют в полученную суспензию еще 80 см³ дистиллированной воды температурой 40°С. Суспензию сыра переносят в колбу вместимостью 100 см³. Колбу с содержимым помещают во встряхиватель с водяной баней температурой 40°С и выдерживают 30 мин при постоянном встряхивании с частотой 100 мин^-1. Колбу с суспензией сыра вынимают из водяной бани и встряхивателя, охлаждают до температуры 20°С. Добавляют в колбу с суспензией сыра дистиллированную воду температурой 20°С до объема 100 см³. Колбу с суспензией помещают в водно-ледяную смесь и охлаждают в ней до 0°С, периодически перемешивают. Затем колбу с суспензией помещают в холодильную камеру температурой 3°С и выдерживают 2 ч. Колбу с суспензий сыра вынимают из холодильной камеры и убирают шпателем с поверхности суспензии сыра затвердевший жир, после чего обезжиренную суспензию фильтруют через складчатый бумажный фильтр в коническую колбу вместимостью 250 см³.

Из фильтрата, содержащего только водорастворимые белки, отбирают 10 см³ и далее методом Кьельдаля по ГОСТ 23327-98 определяют количество азота в фильтрате, которое пересчитывают на количество азота водорастворимых белков в 100 см³ суспензии, содержащей 2,5008 г сыра (0,0023×10=0,0230 г). Затем рассчитывают количество азота водорастворимых белков в 100 г сыра (0,0230:2,5008×100=0,9197%). Полученное значение количества водорастворимого азота в 100 г сыра пересчитывают на количество водорастворимых белков в сыре путем умножения на коэффициент 6,38 (0,9197×6,38=5,9%). Результаты представлены в таблице 1.