Результат интеллектуальной деятельности: Способ производства молокосвертывающего ферментного препарата комбинированного состава

Изобретение относится к получению молокосвертывающего ферментного препарата (далее – МФП) комбинированного состава, получаемого из сычугов телят и слизистых оболочек сычугов крупного рогатого скота, и может быть использовано в пищевой промышленности при производстве сыров и творога.

Известен способ получения сычужного фермента (Способ получения сычужного фермента: авторское свидетельство СССР № 642360; заявл. 01.04.1977; опубл. 15.01.1979; бюл. №2), предусматривающий измельчение сухих сычугов телят на полоски шириной 5-8 мм, экстракцию фермента 10 %-м раствором хлористого натрия при температуре 4 °С, отстаивание экстракта в течение 24 ч, фильтрацию, высаливание фильтрата внесением хлористого натрия в количестве 10 % от массы фильтрата, подкисление соляной кислотой до рН 2,0 и отстаивание в течение 24 ч, отделение ферментной массы и предварительное ее обезвоживание, высушивание осадка с последующим измельчением и нормализацией сухого фермента.

К недостаткам известного метода относится, в первую очередь, невысокое качество получаемых сухих молокосвертывающих ферментных препаратов, т.к. он не предусматривает тонкой очистки ферментного экстракта от нерастворимых примесей и балластных веществ разной природы. В результате, сухие молокосвертывающие ферментные препараты, полученные указанным способом характеризуются высоким содержанием балластных веществ (до 4 %), наличие которых приводит к появлению горечи и снижению качества молочных продуктов, выработанных с таким препаратами, в частности, сыров.

Получаемые по указанному в методе-прототипе способу сухие молокосвертывающие ферментные препараты отличаются неоднородностью состава вследствие разной плотности сухой ферментсодержащей субстанции и поваренной соли, используемой для нормализации активности ферментов. Это может приводить к расслоению структуры сухих молокосвертывающих ферментных препаратов и получению неоднородной активности внутри упаковочной единицы в процессе хранения.

Целью изобретения является разработка способа производства молокосвертывающего ферментного препарата комбинированного состава, имеющего более высокое качество, заключающееся в отсутствии нерастворимых примесей и балластных веществ разной природы, в однородности структуры, обеспечивающей одинаковую активность препарата во всем объеме и имеющих более низкую стоимость производства, чем в прототипе, с применением которых можно вырабатывать сыры и творог высокого качества.

Технический результат заявляемого изобретения на способ производства молокосвертывающего ферментного препарата комбинированного состава, получаемого из сычугов телят и слизистых оболочек сычугов крупного рогатого скота, заключается:

- в повышении степени очистки получаемого молокосвертывающего ферментного препарата комбинированного состава,

- в удешевлении получаемого молокосвертывающего ферментного препарата комбинированного состава,

- в сокращении трудовых и энергетических затрат на производство.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе производства молокосвертывающего ферментного препарата комбинированного состава, включающем измельчение сычугов, экстракцию сычужного фермента раствором хлористого натрия, отделение жидкой фазы, фильтрацию, согласно изобретению, приготавливают жидкие препараты сычужного фермента и говяжьего пепсина: экстракцию сычужного фермента проводят 10-12%-м раствором хлористого натрия в течение 4-5 ч при температуре 34-40 °С и периодическом перемешивании, проводят повторную экстракцию 1,5-2 кратной массой 10-12 %-го раствора хлористого натрия, полученные экстракты объединяют и подкисляют раствором соляной кислоты молярной концентрации 1 моль/дм³ до кислотности рН 4,60-4,80 ед. рН, проводят активацию химозина в экстракте сычужного фермента при температуре 20-25 °С в течение 16-20 ч, в активированный экстракт вносят 0,4-0,6 % фильтровального перлита и перемешивают в течение 0,5-1 ч, полученную смесь фильтруют под давлением 0,015-0,02 МПа при температуре 20-25 °С с использованием фильтровального картона с размером пор 0,2 мкм, активную кислотность в профильтрованном экстракте устанавливают на уровне 5,6-5,9 ед. рН внесением раствора гидроокиси натрия молярной концентрации 1 моль/дм³, добавляют 0,5-0,7 % бензоата натрия, весовую концентрацию хлорида натрия в экстракте доводят до 17-19 %; экстракцию говяжьего пепсина проводят раствором соляной кислоты активной кислотностью 1,3-1,5 ед. рН в течение 24-48 часов при температуре 4-20 °С и периодическом перемешивании, проводят повторное экстрагирование, полученные экстракты объединяют, проводят тонкую очистку экстракта с помощью микрофильтрации в тангенциальном потоке жидкости на керамических фильтрующих элементах с размером пор 0,2 мкм, очищенный экстракт пепсина концентрируют способом ультрафильтрации на полимерных мембранах с порогом отсечения по молекулярной массе 20 кДа при температуре не выше 25 °С, активную кислотность в сконцентрированном экстракте пепсина устанавливают на уровне 5,6-5,9 ед. рН внесением раствора гидроокиси натрия молярной концентрации 1 моль/дм³, добавляют 0,5-0,7 % бензоата натрия, весовую концентрацию хлорида натрия в экстракте доводят до 16-18 %; рассчитывают количество вносимого жидкого сычужного фермента и жидкого говяжьего пепсина, смешивают жидкие препараты сычужного фермента и говяжьего пепсина, получают молокосвертывающий ферментный препарат комбинированного состава.

Расчёт количества вносимого жидкого сычужного фермента и жидкого говяжьего пепсина проводится по формулам, в которых указывается заданный состав комплексного препарата:

- расчёт доли жидкого сычужного фермента, вносимого в смесь, для получения препарата с заданным соотношением молокосвертывающей активности химозина и пепсина проводится по формуле:

, (1)

где М – доля используемого препарата сычужного фермента в объеме вырабатываемой партии препарата, %;

D - доля активности химозина в вырабатываемых препаратах, (для препарата «СГ-50»: D = 0,5; для препарата «СГ-75»: D = 0,75);

A_X1 – активность за счет химозина в используемой партии сычужного фермента, усл. ед./см³;

A_X2 – активность за счет химозина в используемой партии пепсина, усл. ед./см³;

A_P1 – активность за счет пепсина в используемой партии сычужного фермента, усл. ед./см³;

A_P2 – активность за счет пепсина в используемой партии пепсина, усл. ед./см³.

- расчёт доли жидкого пепсина, вносимого в смесь, для получения препарата с заданным соотношением молокосвертывающей активности химозина и пепсина проводится по формуле:

, (2)

где Р_Г – доля используемого препарата пепсина в объеме вырабатываемой партии препарата, %.

Готовый жидкий комплексный препарат содержит химозин в количестве от 50 до 75 %, а остальное пепсин.

Перед концентрированием молокосвертывающий ферментный препарат марки «СГ-50», содержащий 50 % химозина и 50 % пепсина, очищают от балластных белковых веществ методом микрофильтрации на полимерных мембранах из полисульфона с порогом отсечения по молекулярной массе 300 кДа.

Способ получения молокосвертывающего ферментного препарата комбинированного состава осуществляется следующим образом.

Готовятся жидкие препараты сычужного фермента и пепсина.

Для приготовления жидкого препарата сычужного фермента сухие сычуги телят измельчают и заливают 10-12 %-м раствором хлористого натрия с температурой 36-40 °С. Расход раствора хлористого натрия составляет 15-30 кг на 1 кг сухих сычугов. Проводят экстракцию фермента в течение 4-5 ч при температуре 34-40 °С и периодическом перемешивании. Жидкий экстракт отделяют от сычугов с помощью сита. Отделенные сычуги заливают 1,5-2 кратной массой 10-12 %-го раствора хлористого натрия и проводят повторную экстракцию в течение 4-5 ч при температуре 34-40 °С и периодическом перемешивании. Полученные экстракты объединяют и подкисляют раствором соляной кислоты молярной концентрации 1 моль/дм³ до кислотности рН 4,60-4,80 ед. рН. Проводят активацию химозина в экстракте сычужного фермента при температуре 20-25 °С в течение 16-20 ч. В активированный экстракт сычужного фермента вносят 0,4-0,6 % фильтровального перлита и перемешивают в течение 0,5-1 ч. Полученную смесь фильтруют на фильтр-прессе под давлением 0,015-0,02 МПа при температуре 20-25 °С с использованием фильтровального картона с размером пор 0,2 мкм. Активную кислотность в профильтрованном экстракте сычужного фермента устанавливают на уровне 5,6-5,9 ед. рН внесением раствора гидроокиси натрия молярной концентрации 1 моль/дм³. В экстракт добавляют 0,5-0,7 % бензоата натрия, весовую концентрацию хлорида натрия в экстракте доводят до 17-19 %.

Для приготовления жидкого препарата пепсина замороженные блоки слизистых оболочек сычугов КРС заливают раствором соляной кислоты активной кислотностью 1,3-1,5 ед. рН и температурой 18-20 °С. Расход раствора соляной кислоты составляет 3-5 дм³ на 1 кг слизистой. Проводят экстракцию фермента в течение 24-48 часов при температуре 4-20 °С и периодическом перемешивании. В процессе экстракции происходит размораживание блоков слизистых оболочек. Низкая температура при экстракции и низкая величина активной кислотности среды обеспечивают защиту экстракта от микробиологической порчи. Полученный экстракт отделяют от слизистой через фильтрующий материал (лавсан или 3-4 слоя марли). Для более полного извлечения фермента применяют повторное экстрагирование слизистых оболочек при аналогичных температурно-временных режимах. Полученные экстракты объединяют. Расход раствора соляной кислоты при повторной экстракции составляет 1-1,5 дм³ на 1 кг слизистой.

Проводят тонкую очистку экстракта от посторонних примесей с помощью микрофильтрации в тангенциальном потоке жидкости на керамических фильтрующих элементах с размером пор 0,2 мкм. Для повышения удельной молокосвертывающей активности очищенный экстракт пепсина концентрируют способом ультрафильтрации на полимерных мембранах с порогом отсечения по молекулярной массе 20 кДа при температуре не выше 25 °С, что позволяет избежать потери активности фермента. Активную кислотность в сконцентрированном экстракте пепсина устанавливают на уровне 5,6-5,9 ед. рН внесением раствора гидроокиси натрия молярной концентрации 1 моль/дм³. В экстракт добавляют 0,5-0,7 % бензоата натрия, весовую концентрацию хлорида натрия в экстракте доводят до 16-18 %.

Из полученных жидких ферментных препаратов смешиванием получают молокосвертывающий ферментный препарат комбинированного состава. Расчёт количества вносимых жидкого сычужного фермента и жидкого говяжьего пепсина выполняют в соответствии с формулами (1) и (2). Предварительно, общую молокосвертывающую активность и ферментный состав экстрактов сычужного фермента и пепсина определяют по ГОСТ 34353-2017.

Пример.

Готовят препарат жидкого сычужного фермента. 2,0 кг сухих сычугов нарезают на полоски шириной 1-2 см. Измельчённые сычуги заливают 60 кг 10 %-ного раствора хлористого натрия температурой 38 °С и проводят экстракцию фермента при периодическом перемешивании в течение 5 ч. Температура экстракции 34 °С. Жидкий экстракт отделяют от сычугов с помощью сита. Масса 1-го экстракта – 44,2 кг. После первой экстракции остается 13,2 кг влажных сычугов. К отделенным сычугам приливают 19,8 кг 10 %-ного раствора хлористого натрия с температурой 38 °С и проводят повторную экстракцию фермента при периодическом перемешивании в течение 4,0 ч. Температура экстракции 38°С. Жидкий экстракт отделяют от сычугов и получают 2-й экстракт массой 14,2 кг. Полученные экстракты объединяют и подкисляют раствором соляной кислоты молярной концентрации 1 моль/дм³ до получения кислотности 4,62 ед. рН. Активацию химозина в экстракте сычужного фермента проводят при температуре 22°С в течение 18 ч. Получают активированный неочищенный экстракт в количестве 58,4 кг. К активированному экстракту добавляют 0,3 кг фильтровального перлита, перемешивают в течение 1 ч и фильтруют на рамном фильтр-прессе под давлением 0,015-0,02 МПа при температуре 22 °С с использованием фильтровального картона с размером пор 0,2 мкм. Получают 48,3 кг очищенного оптически прозрачного экстракта. Очищенный экстракт раскисляют внесением раствора гидроокиси натрия молярной концентрации 1 моль/дм³ до получения активной кислотности 5,8 ед. рН. В полученный экстракт добавляют сухую поваренную соль для получения весовой концентрации NaCl в экстракте 17,5 %. Для подавления микробиологических процессов в экстракт добавляют 0,5 % бензоата натрия. Активность жидкого сычужного фермента 12500 усл.ед./см³. Доля активности химозина 95 %, доля активности пепсина 5 %.

Готовят препарат жидкого говяжьего пепсина. Замороженные слизистые оболочки крупного рогатого скота в количестве 19,4 кг заливают 96 дм³ раствора соляной кислоты активной кислотностью 1,4 ед. рН температурой 20 °С. После размораживания слизистой оболочки для ускорения экстракции фермента экстрагируемую смесь перемешивают. Экстракцию и активацию проводят одновременно. Продолжительность экстракции составляет 24 ч. За время экстракции температура экстрактивной смеси повышается от 4 °С до 20 °С. После завершения экстракции экстракт (надосадочную жидкость) отделяют через фильтрующий материал (лавсан или 3-4 слоя марли). Получают 86 кг жидкого экстракта. Оставшуюся после экстракции слизистую оболочку сычугов КРС смешивают с 30 дм³ раствора соляной кислоты активной кислотностью 1,5 ед. рН и проводят повторную экстракцию в течение 24 ч. После повторной экстракции получают 27 кг жидкого экстракта. Полученные экстракты объединяют. Экстракт очищают от посторонних примесей с помощью микрофильтрации в тангенциальном потоке жидкости на керамических фильтрующих элементах с размером пор 0,2 мкм. Получают 102 кг очищенного прозрачного экстракта с активностью 1800 усл.ед./см³. Очищенный экстракт концентрируют на ультрафильтрационной установке, укомплектованной полимерными мембранами с порогом отсечения по молекулярной массе 20 кДа. В процессе концентрирования поддерживают температуру концентрируемого экстракта не выше 25°С для предотвращения инактивации фермента. Получают 15 кг концентрированного экстракта пепсина с активностью 11000 усл.ед./см³. Концентрированный экстракт раскисляют внесением раствора гидроокиси натрия молярной концентрации 1 моль/дм³ до получения активной кислотности 5,6 ед. рН. В полученный экстракт добавляют сухую поваренную соль для получения весовой концентрации NaCl в экстракте 17,0%. Для подавления микробиологических процессов в экстракт добавляют 0,5 % бензоата натрия. Активность жидкого говяжьего пепсина 9500 усл.ед./см³. Доля активности химозина 20 %, доля активности пепсина 80 %.

Из полученных жидких ферментных препаратов смешиванием приготавливают комплексные препараты с заданным ферментным составом:

- «СГ-75» с содержанием химозина 75 % и пепсина 25 %;

- «СГ-50» с содержанием химозина 50 % и пепсина 50 %.

Расчёт доли жидкого сычужного фермента, вносимого в смесь, для получения препарата с заданным соотношением молокосвертывающей активности химозина и пепсина проводится по формуле:

,

где М – доля используемого препарата сычужного фермента в объеме вырабатываемой партии препарата, %;

D - доля активности химозина в вырабатываемых препаратах, (для препарата «СГ-50»: D = 0,5; для препарата «СГ-75»: D = 0,75);

A_X1 – активность за счет химозина в используемой партии сычужного фермента, усл. ед./см³;

A_X2 – активность за счет химозина в используемой партии пепсина, усл. ед./см³;

A_P1 – активность за счет пепсина в используемой партии сычужного фермента, усл. ед./см³;

A_P2 – активность за счет пепсина в используемой партии пепсина, усл. ед./см³.

Расчёт доли жидкого пепсина, вносимого в смесь, для получения препарата с заданным соотношением молокосвертывающей активности химозина и пепсина проводится по формуле:

,

где Р_Г – доля используемого препарата пепсина в объеме вырабатываемой партии препарата, %.

В соответствии с формулами расчета, для получения сычужно-говяжьего ферментного препарата с содержанием химозина 75 % и пепсина 25 % смешивают 10,38 кг жидкого сычужного фермента и 7,5 кг жидкого говяжьего пепсина. Получают 17,88 кг комплексного препарата «СГ-75» с общей молокосвертывающей активностью 11000 усл.ед./см³, с долей активности химозина 77 % и долей активности пепсина 23 %. Для получения комплексных препаратов «СГ-75» с активностью выше 20000 усл.ед./см³, комплексный препарат «СГ-75» концентрируют способом ультрафильтрации на полимерных мембранах из полисульфона с порогом отсечения по молекулярной массе 20 кДа до достижения фактора концентрирования равного 3. Получают концентрированный жидкий ферментный молокосвертывающий препарат «СГ-75» с общей молокосвертывающей активностью 30000 усл.ед./см³. Ферментный состав концентрированного препарата «СГ-75» остается неизменным.

В соответствии с формулами расчета, для получения сычужно-говяжьего ферментного препарата с содержанием химозина 50 % и пепсина 50 % смешивают 3,1 кг жидкого сычужного фермента и 7,5 кг жидкого говяжьего пепсина. Получают 10,6 кг комплексного препарата «СГ-50» с общей молокосвертывающей активностью 10500 усл.ед./см³ с долей активности химозина 53 % и пепсина 47 %. Для получения комплексных препаратов «СГ-50» с активностью выше 20000 усл.ед./см³, комплексный препарат «СГ-50» концентрируют способом ультрафильтрации. Препарат «СГ-50» содержит большое количество водорастворимых белковых веществ (в основном коллагены) и характеризуется высокой вязкостью. Перед концентрированием, препарат «СГ-50» очищают от балластных белковых веществ методом микрофильтрации на полимерных мембранах из полисульфона с порогом отсечения по молекулярной массе 300 кДа. После удаления балластных белков ферментный препарат концентрируют на полимерных мембранах из полисульфона с порогом отсечения по молекулярной массе 20 кДа до достижения фактора концентрирования равного 3. Получают концентрированный жидкий ферментный молокосвертывающий препарат «СГ-50» с активностью 28000 усл.ед./см³. Ферментный состав концентрированного препарата «СГ-50» остается неизменным.

Полученные жидкие молокосвертывающие ферментные препараты комбинированного состава используют для производства сыров и творога.

Для определения влияния вида используемого молокосвертывающего препарата на качество сыров, были проведены сравнительные выработки Голландского брускового сыра с массовой долей жира в сухом веществе 45 % по ГОСТ Р 52972-2008 со следующими видами молокосвертывающих ферментных препаратов:

1) сухим препаратом сычужного фермента марки «СФ-90» (ОАО «Московский завод сычужного фермента») с долей активности химозина 90 % и долей активности пепсина 10 %;

2) жидким молокосвертывающим ферментным препаратом марки «СГ-75»;

3) жидким молокосвертывающим ферментным препаратом марки «СГ-50».

На стадии выработки сыров в сыродельной ванне не было обнаружено различий по продолжительности времени свертывания молочной смеси, которая, практически не отличалась по вариантам и находилась в диапазоне 35±2 мин. Также не было отмечено заметных отличий по общей продолжительность обработки зерна в ванне. Время обработки зерна, по операциям, составило:

- вымешивания до 2-го нагревания – 30±2 мин

- вымешивания после второго нагревания – 25±2 мин.

Выработанные контрольные и опытные образцы Голландского сыра созревали при температуре 12-14 °С в течение 45 сут, после чего зрелые сыры были отправлены на хранение при температуре 2-4 °С в течение 30 сут. Отбор проб для анализа физико-химических и органолептических показателей сыров проводился после завершения этапов созревания и хранения.

В ходе созревания, контролировали физико-химические и органолептические показатели сыров. Содержание влаги и активная кислотность сырной массы в сырах, произведенных с разными видами МФП, приведены в табл. 1.

Таблица 1. - Содержание влаги и активная кислотность сырной массы в сырах, произведенных с разными видами молокосвертывающих ферментных препаратов

Как следует из данных табл. 1, массовая доля влаги, а также активная кислотность в сырах, произведенных с использованием разных видов МФП, существенно не отличались. Следовательно, влияние физико-химических показателей сыров на процесс созревания можно было исключить.

Органолептические показатели зрелых сыров выработанных с разными видами молокосвертывающих ферментных препаратов, после 30 сут хранения, представлены в табл. 2.

Таблица 2. - Органолептические показатели сыров изготовленных с разными видами молокосвертывающих ферментных препаратов

Из результатов органолептической оценки, представленных в табл. 2, следует, что образцы Голландского брускового сыра 45 %-й жирности, произведенные с помощью разных молокосвертывающих препаратов, незначительно отличались друг от друга, и имели при этом высокое качество. Какого-либо отрицательного влияния от применения для производства сыров жидких молокосвертывающих ферментных препаратов «СГ-50» и «СГ-75», содержащих в своем составе говяжий пепсин, на вкусовые свойства сыров после созревания и хранения отмечено не было.

Также, был исследован характер протеолиза в зрелых сырах после 30 сут хранения. Характер протеолиза оценивали по молекулярно-массовому распределению водорастворимых азотистых фракций, содержащихся в водных вытяжках из сырной массы. Определение молекулярно-массового распределения продуктов протеолиза в сырах проводили по разработанной во ВНИИМС методике определения молекулярно-массового распределения продуктов гидролиза молочных белков, в модификации применительно к сырам. Оборудование для реализации метода гель-фильтрации включало в себя колонку Superose 12 10/300 GL (Amersham Pharmacia, Швеция), прецизионный плунжерный насос Р-500, УФ-детектор LKB Uvicord-III с блоком измерения и блоком управления, самописец LKB 2066 (LKB приборы, Швеция) и ручной инжектор для ввода пробы собственной конструкции.

Диаграммы молекулярно-массового распределения водорастворимых продуктов протеолиза в сырах, выработанных с использованием разных видов молокосвертывающих ферментных препаратов, приведены на фиг. 2, 3, 4 и 5.

Относительное содержание отдельных водорастворимых азотистых фракций в сырах, изготовленных с разными видами молокосвертывающих ферментных препаратов, приведено в табл. 3. Для сравнения, в табл. 3 также приведено относительное содержание водорастворимых азотистых фракций в Голландском сыре, произведенном с препаратом Naturen Stamix 1150.

Таблица 3. - Относительное содержание отдельных водорастворимых азотистых фракций в сырах, изготовленных с разными видами молокосвертывающих ферментных препаратов

Как следует из данных табл. 3, при увеличении относительного содержания говяжьего пепсина в молокосвертывающих ферментных препаратах (10 % в «СФ-90», 25 % в «СГ-75», 50 % в «СГ-50»), среди водорастворимых продуктов протеолиза в сырах, произведенных с данными препаратами заметных различий не наблюдается.

Т.о., применение для производства сыров жидких молокосвертывающих ферментных препаратов «СГ-75» и «СГ-50», содержащих в своем составе говяжий пепсин, не оказывает заметного влияния на состав продуктов протеолиза в зрелых сырах и позволяет получать сыры с качеством, на уровне сыров произведенных с препаратом сычужного фермента.

Краткое описание чертежей

На фигуре 1 представлен внешний вид МФП: «СГ-75» разработки ВНИИМС (в виде концентрата и в виде рабочего раствора), раствора препарата «Naturen Stamix 1150 NB» (Chr. Hansen A/S, Дания) и раствора сухого препарата сычужного фермента марки «СФ-90», получаемого по традиционной технологии (ОАО «Московский завод сычужного фермента», г. Москва).

На фигуре 2 представлена диаграмма молекулярно-массового распределения водорастворимых продуктов протеолиза в зрелом Голландском сыре после 30 сут хранения, произведенного с использованием сухого препарата сычужного фермента марки «СФ-90».

На фигуре 3 представлена диаграмма молекулярно-массового распределения водорастворимых продуктов протеолиза в зрелом Голландском сыре после 30 сут хранения, произведенного с использованием жидкого ферментного молокосвертывающего препарата марки «СГ-75».

На фигуре 4 представлена диаграмма молекулярно-массового распределения водорастворимых продуктов протеолиза в зрелом Голландском сыре после 30 сут хранения, произведенного с использованием жидкого ферментного молокосвертывающего препарата марки «СГ-50».

На фигуре 5 представлена диаграмма молекулярно-массового распределения водорастворимых продуктов протеолиза в зрелом Голландском сыре после 30 сут хранения, произведенного с использованием ферментного молокосвертывающего препарата «Naturen Stamix 1150 NB» (Chr. Hansen A/S, Дания).