СОВРЕМЕННЫЙ ОПЫТ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРЕПАРАТОВ СЫВОРОТОЧНЫХ БЕЛКОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ НАПИТКОВ
д.т.н., проф. Токаев Э.С., Баженова Е.Н., Мироедов Р.Ю.
Московский государственный университет прикладной биотехнологии
Особый интерес при производстве функциональных напитков представляют белковые препараты животного происхождения - сывороточные белки.
Сывороточные белки представляют собой группу различных фракций глобулярных белков, отличающихся друг от друга по структуре и свойствам, и составляют 20% всех белков молока. Главными представителями сывороточных белков являются в- лактоглобулин (50-55%) и а-лактальбумин (20-25%). Остальное количество сывороточных белков приходится на альбумин сыворотки крови, иммуноглобулины, многочисленные минорные белки, например лактоферрин, лактопероксидаза и другие ферменты.
Сухая сыворотка из-за высокого содержания в ней лактозы (70 - 85%) находит ограниченное применение в производстве функциональных напитков. В последнее время все более широкое распространение получают продукты ультра- и нанофильтрации сыворотки - концентраты и изоляты, а также продукты ферментативного расщепления сывороточных белков - гидролизаты.
Концентрат сывороточного белка получают из сладкой сыворотки путем ультрафильтрации. После ультрафильтрации сыворотка обогащается белком, а количество воды, лактозы и минеральных веществ в ней значительно снижается.
Содержание лактозы и жира в белковых концентратах можно понизить (при соответствующем повышении концентрации белка до 90-95%) путем использования процесса нанофильтрации. В результате получаются изоляты сывороточных белков, обладающие не только улучшенными функционально-технологическими свойствами, но и высокой биологической ценностью.
Гидролиз изолятов сывороточных белков позволяет получить белковые гидролизаты - продукты с высоким содержанием свободных аминокислот и низкомолекулярных полипептидов. В зависимости от содержания аминокислот, молекулярной массы полипептидной фракции, наличия ди-, три- и олигопептидов может быть определена область наиболее эффективного использования гидролизатов. К белковым гидролизатам, получаемым для пищевых целей важным показателем являются органолептические свойства и биологическая ценность.
Со сравнительной характеристикой химического состава изолята, концентрата и гидролизата сывороточных белков можно ознакомиться в научной работе.
Основными критериями выбора препаратов белков, используемых при создании функциональных напитков, являются физико-химические характеристики, биологическая ценность и стоимость.
Требования к физико-химическим характеристикам используемого белка различаются в зависимости от вида производимого из него напитка и используемой технологии. При этом возникает вопрос, какие физико-химические характеристики белка имеют первостепенное значение. Точный ответ может быть сформулирован только при наличии четкого представления о структуре, технологических и потребительских свойствах разрабатываемого продукта.
Наиболее важными физико-химическими характеристиками белка при производстве функциональных напитков являются его растворимость, вязкость, эмульсионные свойства и диспергируемость.
Сывороточные белки обладают высокой растворимостью, однако во время нагревания и обработки химическими веществами белковых растворов необходимо соблюдать определенную осторожность во избежание денатурации белков, снижающей их растворимость. Тепловая обработка в интервале температур 60 - 140°С вызывает значительное изменение структуры и растворимости сывороточных белков, в том числе и таких сравнительно термостабильных, как а-лактальбумин и в-лактоглобулин. Чувствительность к тепловой денатурации в большей степени зависит от pH раствора. Наиболее чувствительны к тепловой обработке белки при pH 4,6, а также в интервале 5,8-6,2, минимум чувствительности они проявляют при pH 2,5 - 3,5 и выше 6,5.
Установлено, что растворимость в воде препаратов молочных белков зависит от способа их получения. Растворимость большинства концентратов сывороточных белков, полученных ультрафильтрацией, составляет около 90 % в интервале рН 3 - 8 (максимальная растворимость до 96% наблюдается при рН 6,5). Растворимость концентратов сывороточных белков, полученных термокоагуляцией, при рН 2,5-3,0 составляет 78%, а при рН 3,5 - 51%. Белковые изоляты, выделенные с помощью технологии нанофильтрации, имеют растворимость 98 % при рН 3, и лишь 35% при рН 4,5. Основным фактором, существенным образом, снижающим растворимость сывороточных белков при нейтральных рН, является присутствие ионов двухвалентных металлов, в частности кальция и магния. Избежать снижения растворимости белков можно путем введения ионов кальция в продукт в связанной форме - в виде протеинатов. Не менее эффективным способом регулирования растворимости белков является использование гидролиза, который повышает растворимость белков в кислой среде и в присутствии ионов кальция. Таким образом, высокая растворимость сывороточных белков в широком диапазоне значений pH, позволяет использовать их в напитках с различной кислотностью, однако низкая термостабильность ограничивает их применение в технологии производства готовых напитков.
Вязкость препаратов сывороточных белков зависит от условий и технологии их получения. Концентраты и изоляты сывороточных белков полученные ультра- и нанофильтрацией, имеют сравнительно низкую вязкость (1 % раствор - около 110-3 Пас). При этом увеличение концентрации раствора до 10% влечет за собой увеличение вязкости до (3 - 5)10 Пас. Вязкость растворов гидролизатов сывороточных белков существенно ниже по сравнению с концентратами и изолятами и не превышает 1,5 -10 Пас в диапазоне концентрации раствора от 1 до 10%. Данные свойства белков делают возможным их использование в высококалорийных напитках, в рецептурах которых может содержаться до 10 % белка.
Таким образом, низкие значения вязкости водных растворов препаратов сывороточных белков позволяют использовать их как в производстве продуктов зондового питания, так и в функциональных напитках, предназначенных для широкого круга потребителей.
При производстве готовых функциональных напитков с высоким содержанием белка необходимо учитывать их высокую способность к гелеобразованию при определенных условиях. Растворы концентратов сывороточных белков образуют гели при концентрации белка больше 8 - 10 % и нагревании до температуры 80 - 85 0С и выше. При этом прочность геля возрастает с увеличением ионной силы и рН с 4,5 до 7,5. Исключительно высокой способностью обладают изоляты сывороточных белков. Они образуют гели при температуре 56 - 58 0С и рН 7 - 9.
Эмульсионные свойства сывороточных белков ниже по сравнению со свойствами казеинатов. Вместе с тем концентраты сывороточных белков, полученные из подсырной и солянокислой казеиновой сыворотки, имеют эмульгирующую способность, почти не уступающую способности яичного белка. Так, в 100 мл 0,1 %-ного раствора белкового концентрата может быть эмульгировано 34-42 г жира.
Диспергируемость является одной из важных физико-химических характеристик препаратов сывороточных белков при производстве инстантных напитков. Диспергируемость зависит от способа получения препарата и характеризует его способность к смачиванию, набуханию и дальнейшему переходу в раствор. Как правило, изоляты и гидролизаты сывороточных белков обладают более высокой диспергируемостью по сравнению с концентратами.
На протяжении многих лет сыворотку считали отходом производства, не предавая значения её биологической ценности.
Однако научные исследования последних 10 - 15 лет выдвинули на первый план благоприятное воздействие белков сыворотки на организм человека, тем самым, позволяя их отнести к физиологически функциональным пищевым ингредиентам.
Функциональные напитки на основе и с включением в рецептуру сывороточных белков - прекрасный выбор для лиц всех возрастов, которые ценят свое здоровье и стремятся сохранить и укрепить его.
Потребление напитков, заменяющих прием пищи, содержащих сывороточные белки, позволяет легко и достаточно быстро, за счет их высокой усвояемости, компенсировать дефицит эссенциальных аминокислот, утолить чувство голода и контролировать массу тела.
Сывороточный белок считается «золотым стандартом» белка в питании спортсменов и людей, ведущих активный образ жизни. Высокое содержание аминокислот с разветвленной цепочкой (АРЦ - изолейцин, лейцин, валин), глютаминовой кислоты и незаменимых аминокислот способствует минимизации отрицательного воздействия на организм последствий тяжелых физических нагрузок, наращиванию мышечной массы и повышению спортивных результатов.
Недавно проведенные научные исследования показали, что белки молочной сыворотки заметно снижают кровяное давление и уровень холестерина в крови, препятствуя возникновению сердечнососудистых заболеваний.
Сывороточный белок является наилучшим решением при создании функциональных напитков для онкологических больных, имеющих трудности с приемом пищи в связи с тошнотой и отсутствием аппетита. Органолептические свойства сывороточных белков позволяют создавать гиперпротеиновые нутрицевтические напитки без постороннего привкуса.
Напитки, обогащенные сывороточным белком, способствуют повышению содержания в тканях организма человека глутатиона - наиболее важного природного антиокислителя, стимулируя иммунную активность организма в отношении с ВИЧ-инфекцией и раком.
Низкий гликемический индекс сывороточных белков позволяет оптимизировать выделение инсулина, регулируя уровень глюкозы в крови, тем самым, предотвращая возникновение диабета 2-го типа.
В сывороточных белках содержатся отдельные фракции глобулярных белков, которые выполняют важные биологические функции.
Гидролизаты сывороточных белков обладают важными физиологическими свойствами: более высокой адсорбцией ди- и трипептитидов в ЖКТ по сравнению с интактными белками и свободными аминокислотами, что наиболее выражено при стрессовой ситуации, нарушении функции кишечника или при необходимости введения больших количеств белка. Также гидролизаты, как правило, используются в гипоалергенных продуктах специализированного питания. Например, в настоящее время в производстве гипоаллергенных детских продуктов в США преимущественно используют гидролизаты казеина, а в Европе - гидролизаты сывороточных белков.
Суммируя все полезные свойства сывороточных белков, вряд ли стоит убеждать специалистов пищевой промышленности в целесообразности их использования. Обилие препаратов сывороточных белков, различающихся по составу, свойствам, назначению и цене в состоянии удовлетворить любого взыскательного потребителя.
Полный текст научной статьи, выполненной на базе Московского государственного университета прикладной биотехнологии, читайте в приложении.
