Диета и питание

Инжиниринг для лучшей сыворотки мира

Белковые методы методы, используемые для изучения белков. Есть экспериментальный способы исследования белков (например, для обнаружения белков, для выделения и очистки белков и для характеристики структуры и функции белков, часто требующие, чтобы белок был сначала очищен). вычислительный методы обычно используют компьютерные программы для анализа белков. Однако многие экспериментальные методы (например, масс-спектрометрия) требуют вычислительного анализа необработанных данных.

Смена сывороток

Сегодня сыворотка и ее производные являются ценным побочным продуктом процессов производства сыра и казеина. Здоровый и богатый белками, липидами, углеводами, витаминами и минералами, широкий ассортимент продуктов из сыворотки и сыворотки отвечает постоянно меняющимся потребностям рынка продуктов питания, молочных продуктов и пищевых добавок.

Продукты из сыворотки, от баров и напитков до хлебобулочных изделий, закусок и хлопьев, обеспечивают белками и энергией спортсмены и бодибилдеры, а также здоровье и старение населения. Потребители во всем мире ищут насыщающие белки закуски, которые насыщают, и существует повышенный спрос на продукты, которые удовлетворяют потребности в белке в растущей экономике среднего класса, а также на продукты питания и добавки, которые помогают удовлетворить основные потребности в питании в развивающихся странах.

Е. И. Мельникова, Е. Б. Станиславская, Е. Г. Коротков

Важнейшей задачей молочной промышленности является изменение состава и свойств творожной сыворотки для выравнивания ее органолептических показателей для использования в технологии качественно новых пищевых продуктов, в том числе функционального назначения. Целью работы является оптимизация технологических параметров процесса микрочастиц ультрафильтрационного сырного сывороточного концентрата для его использования в производстве низкокалорийных синбиотических напитков. Объектами исследования являются сырная сыворотка, пищевая композиция на ее основе (микрочастицы сывороточного белка) и синбиотический напиток. При выполнении работ использовались стандартные и общепринятые в исследовательской практике физические и физико-химические, химико-биохимические, микробиологические, физиологические и технологические методы исследования. Для математического обоснования результатов эксперимента использовались различные методы статистики и оптимизации, в том числе метод для искусственных нейронных сетей. Технология производства молочного жира-симулятора обеспечивает> ультрафильтрацию, а также термомеханическую обработку полученного концентрата. Микрочастицы сывороточного белка близки к обезжиренному молоку по физико-химическим свойствам и химическому составу, а его органолептические свойства имитируют питьевые сливки. Новая пищевая композиция характеризуется выраженной пребиотической активностью. При разработке рецептуры синбиотического напитка большое значение было уделено отбору пробиотических культур, способных к синтезу экзополисахара> синбиотического напитка, который включает замену 27% обезжиренного молока новой пищевой композицией, за исключением сливок, стабилизатора и сухое обезжиренное молоко. Основными преимуществами нового технологического решения являются внедрение замкнутого цикла производства, расширение ассортимента низкокалорийных продуктов высокой биологической ценности и снижение экономических затрат.

Генетические методы

Экспериментальный анализ белков обычно требует экспрессии и очистки белков. Экспрессия достигается путем манипулирования ДНК, которая кодирует белок (ы), представляющий интерес. Следовательно, анализ белка обычно требует методов ДНК, особенно клонирования. Некоторые примеры генетических методов включают концептуальный перевод, сайт-направленный мутагенез, использование слитого белка и сопоставление аллеля с болезненными состояниями. Некоторые белки никогда не секвенировались напрямую, однако путем трансляции кодонов из известных последовательностей мРНК в аминокислоты методом, известным как концептуальная трансляция. (См. Генетический код.) Сайт-направленный мутагенез избирательно вводит мутации, которые изменяют структуру белка. Функцию частей белков можно лучше понять, изучая изменение фенотипа в результате этого изменения. Слитые белки получают путем введения белковых меток, таких как His-метка, для получения модифицированного белка, который легче отслеживать. Примером этого может быть GFP-Snf2H, который состоит из белка, связанного с зеленым флуоресцентным белком с образованием гибридного белка. Путем анализа ДНК аллели могут быть идентифицированы как связанные с болезненными состояниями, например, при расчете показателей LOD.

Из сыворотки

Считается, что почти каждый компонент молочной сыворотки обладает питательными или оздоровительными свойствами, и каждый из них может быть выделен с использованием современных промышленных процессов. Простой порошок молочной сыворотки, из которого была удалена только вода, может обеспечить молочный вкус в хлебобулочных изделиях и закусках и может заменить сухое обезжиренное молоко в рецептуре. Сыворотку можно также в различной степени деминерализовать для использования в смесях для детского питания с тонко контролируемыми минеральными композициями. Сывороточные белки могут быть сконцентрированы с использованием технологий разделения, таких как мембранная фильтрация, для получения концентратов сывороточного белка (WPC 35-80) или изолятов сывороточного белка (WPI 85-90), которые используются во множестве продуктов с высоким содержанием белка. Отдельные сывороточные белки, такие как иммуностимулирующий белок лактоферрин, лактопероксидаза и бычий сывороточный альбумин, могут быть выделены и очищены с использованием комбинации мембранной фильтрации и хроматографии.

Лактоза и минералы, включая кальций и фосфор, могут быть получены из сывороточного пермеата - жидкости, которая остается после производства WPC и WPI. Технологии мембранной фильтрации, испарения, кристаллизации, промывки и разделения используются для сбора лактозы из сывороточного пермеата. Как основной компонент в сыворотке, лактоза имеет многократное использование в пищевой и фармацевтической отраслях. Лактоза намного менее сладкая, чем сахароза, и используется в качестве заменителя сахара в кондитерских и других продуктах. Он используется в молочных смесях для детского питания, действует в качестве носителя в фармацевтических таблетках и используется для стандартизации сухого молока.

Текст научной работы на тему «Приготовление и применение микрочастиц сывороточного белка в технологии синбиотических напитков»

ISSN 2308-4057. Продукты питания и сырье Том. 3, № 2, 2015

ПОДГОТОВКА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИКРОПАРТИКУЛАТА БЕЛКОГО МОДА СИНБИОТИЧЕСКОГО НАПИТКА

Е. И. Мельникова3, Е. Б. Станиславская3 *, Е. Г. Коротковб

Воронежский государственный университет инженерных технологий,

Проспект Революции 19, Воронеж, 394036 Российская Федерация

б Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра Великого,

Мичурина, ул. 1, Воронеж, 394087 Российская Федерация

Поступило в редакцию 30 апреля 2015 г., принято в редакции 24 мая 2015 г., опубликовано 20 октября 2015

Резюме: Важнейшей задачей молочной промышленности является изменение состава и свойств творожной сыворотки для выравнивания ее органолептических показателей для использования в технологии качественно новых пищевых продуктов, в том числе функционального назначения. Целью работы является оптимизация технологических параметров процесса микрочастиц ультрафильтрационного сырного сывороточного концентрата для его использования в производстве низкокалорийных синбиотических напитков. Объектами исследования являются сырная сыворотка, пищевая композиция на ее основе (микрочастицы сывороточного белка) и синбиотический напиток. При выполнении работ использовались стандартные и общепринятые в исследовательской практике физические и физико-химические, химико-биохимические, микробиологические, физиологические и технологические методы исследования. Для математического обоснования результатов эксперимента использовались различные методы статистики и оптимизации, в том числе метод для искусственных нейронных сетей. Технология производства молочного жира-симулятора обеспечивает предварительную очистку сыворотки от частиц казеина и жира, фракционирование и концентрирование сывороточных белков с использованием ультрафильтрации, а также термомеханическую обработку полученного концентрата. Микрочастицы сывороточного белка близки к обезжиренному молоку по физико-химическим свойствам и химическому составу, а его органолептические свойства имитируют питьевые сливки. Новая пищевая композиция характеризуется выраженной пребиотической активностью. При разработке рецептуры синбиотического напитка большое значение уделялось отбору пробиотических культур, способных к синтезу экзополисахаридов. Результаты исследований позволили предложить рецептуру и компонентный раствор синбиотического напитка, который предусматривает замену 27% обезжиренного молока новой пищевой композицией, за исключением сливок, стабилизатора и сухого обезжиренного молока. Основными преимуществами нового технологического решения являются внедрение замкнутого цикла производства, расширение ассортимента низкокалорийных продуктов высокой биологической ценности и снижение экономических затрат.

Ключевые слова: сырная сыворотка, ультрафильтрация, микрочастицы, состав пищи, синбиотический напиток.

DOI 10.12737 / 13125 "Продукты питания и сырье", 2015, вып. 3, нет 2, с. 96-104.

Стратегия развития пищевой и перерабатывающей промышленности Российской Федерации на период до 2020 года предусматривает разработку и внедрение инновационных пищевых технологий, формирующих агропродовольственный рынок, продовольственную и экономическую безопасность страны. Для молочной промышленности эти задачи очень актуальны, ввиду недостаточного производства сырого молока и стабильной динамики роста цен на него.

Целесообразно рассматривать побочные продукты переработки молока, в частности, сырную сыворотку, как ресурс домашней промышленности для увеличения производства, улучшения экономических показателей и избежания

Загрязнение окружающей среды 1, 2. Основное направление переработки сырной сыворотки, внедренное в нашей стране, - сушка - не позволяет сохранить природные свойства и полностью реализовать биотехнологический потенциал этого сырья. Значительные объемы, высокая пищевая ценность, наличие функциональных ингредиентов обусловливают необходимость полного сбора и рационального использования сыворотки в составе пищевых продуктов 4, 5. Проблема изменения состава и свойств творожной сыворотки для выравнивания ее органолептических показателей при использовании Качественно новые продукты питания в технологии, в том числе и функционального, остаются актуальными. Государственная политика в области здорового питания населения

ISSN 2308-4057. Продукты питания и сырье Том. 3, № 2, 2015

на период до 2020 года предусматривается рост производства функциональных продуктов питания. Учитывая актуальность, внедрение биотехнологического потенциала сырной сыворотки в технологии таких продуктов, в частности, синбиотических напитков, представляет большой научный и практический интерес.

Одной из последних тенденций в разработке новых пищевых продуктов является замена животных жиров, включая молочный жир, пищевыми композициями белковой природы, которые имитируют органолептические свойства жиросодержащих компонентов 7-12. Микрочастицы сывороточного белка, полученные с использованием инновационных методов модификации сырной сыворотки, характеризуются такими свойствами.

Целью работы является оптимизация технологических параметров процесса микрочастиц ультрафильтрационного сырного сывороточного концентрата для его использования в производстве низкокалорийных синбиотических напитков.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В качестве объектов исследования рассматривались сырная сыворотка, пищевой состав на ее основе и синбиотический напиток. При выполнении работ использовались стандартные и общепринятые в исследовательской практике физические и физико-химические, химико-биохимические, микробиологические, физиологические и технологические методы исследования. Для математического обоснования результатов эксперимента использовались различные методы статистики и оптимизации, в том числе метод для искусственных нейронных сетей.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Самым ценным компонентом сыворотки являются сывороточные белки, которые можно модифицировать в составе пищи - имитатор молочного жира путем физико-химической модификации их свойств. Технология изготовления тренажера предполагает предварительную очистку сыворотки от частиц казеина и жира, фракционирование и

концентрация сывороточных белков с использованием ультрафильтрации, а также термомеханическая обработка полученного концентрата. Предлагаемый нами коэффициент концентрации (4-4,5) позволяет получить пищевую композицию с массовой долей сухих веществ 9-9,6% и содержанием сывороточных белков 2,9-3,6%. Состав близок к обезжиренному молоку по химическому составу и, следовательно, может заменить его в технологии широкого спектра низкокалорийных молочных продуктов. Для формирования агломератов белковых глобул, которые создают органолептическое ощущение кремообразности, однородности консистенции и, таким образом, имитируют вкус крема, был предложен метод термоиндуцированной агрегации. Суть его заключается в денатурации и агрегации белков сырного сывороточного концентрата УФ с последующим увеличением дисперсности получаемых агломератов (рис. 1). Технологически эта операция называется микрочастицами и на практике может быть реализована в трубчатом теплообменнике и гомогенизаторе.

Согласно данным литературного обзора для получения высококачественных кисломолочных напитков, характеризующихся вязкой кремообразной текстурой, частицы микрочастиц должны иметь размер от 1 до 1,5 мкм. Для эффективного контроля технологических параметров процесса микрочастиц создана искусственная нейронная сеть, которая с помощью алгоритмов обучения была приведена в соответствие с экспериментальными данными. На основании рационального размера частиц 1-1,5 мкм с использованием искусственной нейронной сети были определены оптимальные значения параметров технологического процесса: температура нагрева -92,1 ° С, продолжительность - 10,2 мин, гомогенизация.

давление - 24,8 МПа и температура гомогенизации - 60,3 ° С.

Оптимальные условия микрочастиц послужили основой для разработки метода технологической модификации сырной сыворотки (рис. 2). Большое внимание уделяется предварительной очистке сырья, которая включает очистку сыворотки от сырной пыли с использованием вибрационного грохота и осветлителя молока,

Рис. 1. Схема изменения состава и свойств сывороточного сыра.

ISSN 2308-4057. Продукты питания и сырье Том. 3, № 2, 2015

Приемка сырной сыворотки, оценка качества в соответствии с требованиями ГОСТ Р 53438-2009

Очистка молочной сыворотки от сырной пыли с использованием вибросита и осветлителя молока (t = 40-45 ° С)

Пастеризация (t = 70-74 ° С, выдержка 15 с)

Очистка от жира в отделителе сливок

Ультрафильтрация (t = 10-12 ° C, р = 0,1 МПа, коэффициент концентрации 4-4,5)

Нагрев в трубчатом теплообменнике (t = 90-95 ° С, выдержка 10 мин)

Гомогенизация (t = 60 ° С, р = 25 МПа)

Охлаждение (t = 4-6 ° С) и хранение пищевой композиции

Рис. 2. Схема технологического процесса получения микрочастиц сывороточного белка.

пастеризация, очистка от жира в отделителе сливок, ультрафильтрация с коэффициентом концентрации 4,5, нагревание концентрата УФ в трубчатом теплообменнике, гомогенизация, охлаждение и хранение.

Проведение термоиндуцированной агрегации в оптимальных условиях обеспечивало пищевую композицию с размером частиц 1-1,5 г, что подтверждается данными исследований по гранулометрическому составу. Полученный пищевой состав близок к обезжиренному молоку по физико-химическим свойствам и химическому составу (табл. 1).

Обе биологические жидкости характеризуются практически одинаковой массовой долей белка в пересчете на сухую массу, титруемую и активную кислотность.

Это определяет целесообразность замены обезжиренного молока новой пищевой композицией в технологии широкого спектра низкокалорийных пищевых продуктов с высокой биологической ценностью за счет изменения соотношения казеина и сывороточных белков.

Органолептические свойства пищевой композиции имитируют питьевые сливки: новая пищевая композиция однородна, непрозрачна, умеренно

вязкая, белая жидкость с чистым молочным вкусом и ароматом, пастеризационный вкус.

Особое внимание было уделено изучению аромата пищевой композиции, поскольку известно, что сырная сыворотка характеризуется неудовлетворительными органолептическими свойствами, что ограничивает ее широкое применение в пищевых технологиях. Его специфический вкус и запах обусловлены комплексом разнородных по химической природе веществ, которые образуются в основном в результате воздействия ферментов на компоненты молока при получении сыра. В газовой фазе сырной сыворотки были идентифицированы олеиновая, изобутиловая, уксусная и пропионовая кислоты, а также ацетон, метилэтилкетон, этанол, пропанол, ацетальдегид и метилацетат. Используя мультитач-установку с 9 сенсорами, были получены визуальные изображения сыворотки сыра через 2 часа после производства и микрочастиц (рис. 3). Форма и размер визуальных образов отличаются друг от друга. В новой пищевой композиции основной вклад в формирование аромата вносят пропанол, изобутанол, ацетальдегид, пропионовая и олеиновая кислоты.

Таблица 1. Химический состав и свойства объектов исследования

Индикатор сырный сывороточный обезжиренный молочный сывороточный белок микрочастица

Массовая доля сухих веществ,% 6,3 8,6 9,6

Массовая доля белка,%, в том числе: 0,80 3,00 3,50

казеин 0,03 2,67 0,45

сывороточные белки 0,69 0,28 2,98

небелковый азот 0,03 0,06 0,05

Массовая доля жира,% 0,1 0,05 0,3

Массовая доля лактозы,% 4,7 4,8 4,5

Массовая доля макроэлементов,%, в том числе: кальций 0,058 0,125 0,122

калий 0,121 0,150 0,212

магний 0,008 0,013 0,120

фосфор 0,065 0,086 0,990

Активная кислотность, ед. рН 6,5 6,1 5,7

Титруемая кислотность, ° Т 14,0 18,0 22,0

Вязкость, мПа 1,5 1,7 10,1

ISSN 2308-4057. Продукты питания и сырье Том. 3, № 2, 2015

Рис. 3. Визуальные изображения аромата сырной сыворотки (а) и микрочастиц сывороточного белка (б).

Содержание метилэтилкетона, метилацетата, изобутилового спирта снижается, что, вероятно, связано с химическими процессами, происходящими при термоиндуцированной агрегации белка. В целом аромат стал более выраженным, нивелируя негативные сенсорные свойства творожной сыворотки, новая пищевая композиция приобрела приятный ореховый вкус и аромат благодаря серосодержащим и другим веществам. Это открывает новые возможности для применения микрочастиц сывороточного белка в технологии широкого спектра пищевых продуктов.

Пищевая композиция с желаемыми свойствами характеризуется более высокой биологической ценностью (таблица 2) по сравнению с сырной сывороткой, ее основным компонентом являются сывороточные белки, содержащие все незаменимые аминокислоты,

Таблица 2. Значение показателей, характеризующих биологическую ценность

набор которых максимально приближен к масштабу ФАО / ВОЗ (Продовольственная и сельскохозяйственная организация / Всемирная организация здравоохранения) (рис. 4).

Лактоза и перечисленные выше аминокислоты характеризуются пребиотическими свойствами. В результате синергетического взаимодействия этих компонентов усиливается пребиотический эффект новой пищевой композиции. Чтобы подтвердить это предположение, мы изучили бифидогенную активность микрочастиц.

Произошло значительное повышение физиологической активности бифидобактерий. Количество биомассы было на несколько порядков больше, чем в контрольной среде (модифицированная среда Блаурока без добавок) (таблица 3), и было более интенсивное снижение активной кислотности (рис. 5).

Значение показателя для продукта Биологическая ценность,% Количество незаменимых аминокислот, г / 100 г белка Баланс (полезность) соотношение аминокислотного состава Коэффициент дисбаланса аминокислотного состава Сопоставимый показатель избыточности, г / 100 г этанольного белка

Сырная сыворотка 68 37,0 0,74 0,26 12,9

Новая пищевая композиция 77 43,9 0,82 0,18 7,9

сырная сыворотка и микрочастицы - ♦ - ФАО / ВОЗ

Рис. 4. Аминокислотный показатель микрочастиц сывороточного белка и сырной сыворотки: 1 - валин, 2 - изолейцин, 3 - лизин, 4 - метионин + цистеин, 5 - треонин, 6 - триптофан, 7 - лейцин, 8 - фенилаланин + тирозин.

ISSN 2308-4057. Продукты питания и сырье Том. 3, № 2, 2015

Таблица 3. Изменения в биомассе бифидобактерий

Продолжительность культивирования, ч. Количество бифидобактерий в среде, КОЕ / г.

контроль с инулином с пищевой композицией

18 7-105 6108 9109

24 1106 8109 11010

48 6107 7-1010 7-1011

Продолжительность выращивания, ч

Рис. 5. Динамика изменения активной кислотности культуральной среды.

Клетки бифидобактерий имели большее количество типичных форм (палочки, объединенные в цепи), чем в контрольной среде, что указывает на полезность состава питательной среды. Новая пищевая композиция характеризовалась выраженной пребиотической активностью, сравнимой с активностью признанного стимулятора роста бифидобактерий инулина. Учитывая полученные результаты, мы предложили использовать композицию в технологии кисломолочных напитков для придания им синбиотических свойств. Его включение в состав функциональных синбиотических продуктов целесообразно, будет способствовать коррекции кишечного микробиоценоза и усилит иммунокоррегирующее действие продуктов.

При разработке рецептуры синбиотического напитка большое значение уделялось отбору пробиотических культур. Мы проанализировали и провели исследования различных ферментов смешанных культур, таких как подвиды Streptococcus thermophiles (S. thermophilus) и Lactobacillus delbrueckii bulgaricus (L. bulgaricus). Сравнивая их, мы исследовали органолептические, реологические и гистологические характеристики сгустка. Особый интерес представляло изучение способности ферментирующих микроорганизмов синтезировать экзополисахариды (ЭПС), что является специфическим для штамма свойством. EPS представляют собой макромолекулярные полимеры, состоящие из остатков сахаров, которые секретируются микроорганизмами. Эти вещества конденсируют текстуру ферментированных молочных продуктов за счет связывания свободной влаги и замедления отделения молочной сыворотки, что особенно важно при производстве продуктов.

с пониженным содержанием жира, при котором вязкость при ферментации снижается.

ЭПС - это вещества с пребиотическими свойствами, которые обеспечивают синергетический эффект в конечном продукте. Установлено, что использование закваски Yo-Flex Mild 1.0, произведенной компанией Christian Hansen, помогает получить наибольшее количество экзополисахаридов и густую вязкую консистенцию напитка (таблица 4).

При разработке рецептуры и компонентного раствора напитка в качестве контрольного образца был выбран йогурт с массовой долей жира 3,2%, рецептура которого включает использование обезжиренного и цельного молока, сливок, сухого обезжиренного молока, стабилизатора и фермента.

Разработка рецептуры и раствора компонента осуществлялась с учетом:

- сохранение стандартных физико-химических показателей и органолептических свойств жиросодержащих продуктов,

- реологические свойства продукта, изучение которых имеет особое значение при разработке и практической реализации технологии обезжиренных продуктов,

- высокая синбиотическая активность готового продукта.

Мы исследовали несколько образцов нормализованной смеси для йогурта с различной массовой долей микрочастиц сывороточного белка (Таблица 5). Получены типичные зависимости эффективной вязкости и предела текучести скорости сдвига для продукта с массовой долей микрочастиц от 10 до 50% (рис. 6). Образцы № 4-6, содержащие 30-50% микрочастиц соответственно, характеризовались рациональными реологическими свойствами. Это коррелирует с данными органолептического и физико-химического анализа, в частности, с консистенцией (однородной, гладкой, кремообразной). Однако при добавлении более 30% новой пищевой композиции к нормализованной молочной смеси вкус продукта значительно изменился, он был охарактеризован как чрезмерно кислый, не типичный для кисломолочного напитка.

Исследовано влияние нормализованного состава смеси на способность ферментных микроорганизмов синтезировать экзополисахариды. Установлено, что симбиотическая закваска йогурта характеризовалась наилучшей урожайностью при созревании образцов № 4-6 (рис. 7).

ISSN 2308-4057. Продукты питания и сырье Том. 3, № 2, 2015

Таблица 4. Массовая доля экзополисахаридов, синтезированных ферментными микроорганизмами

Ферментный состав Штамм Массовая доля ЭПС, г / л

F-DVS Yo-Flex Mild 1.0 Streptococcus thermophilus, Lactobacillus delbrueckii subsp. болгарский, Bifidobacterium bifidum 0,3

F-DVS YF-L901 Streptococcus thermophilus, Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, Lactobacillus acidophilus 0.1

F-DVS Yo-Flex Harmony 1.0 Streptococcus thermophilus, Lactobacillus delbrueckii subsp. болгарский, Lactobacillus fermentum 0,08

Таблица 5. Характеристика образцов нормированной смеси

Образец № Массовая доля пищевой композиции,% Массовая доля белка,% Соотношение казеина к сывороточным белкам,%

Рис. 6. Зависимость величины текучести от скорости сдвига образцов напитка.

я не могу найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Продолжительность выращивания, ч

Рис. 7. Влияние состава нормированной смеси на синтез ЭПС.

ISSN 2308-4057. Продукты питания и сырье Том. 3, № 2, 2015

Чтобы определить рациональный состав нормализованной смеси, мы также исследовали процесс образования кислот и лактозно-ферментирующей активности для успешной ферментации и стабильной консистенции сгустка. Интенсивное повышение титруемой кислотности в процессе созревания наблюдалось через 2-3 ч во всех образцах напитка. Увеличение массовой доли пищевой композиции увеличивало продолжительность лаг-фазы, однако в дальнейшем стимулировало процесс созревания молочной смеси.

По результатам исследований была предложена рецептура и компонентный раствор синбиотического напитка, который предусматривает замену 27% обезжиренного молока новой пищевой композицией, за исключением сливок, стабилизатора и сухого обезжиренного молока.

Разработанный напиток характеризуется стандартными качественными показателями (Таблица 6). Его органолептические свойства аналогичны жиросодержащему продукту (йогурту), напиток обладает приятным молочным вкусом, сливочной, густой консистенции без использования систем стабилизации.

Исследование микроструктуры продукта показало, что как в контрольной, так и в контрольной микрофлоре продукта распределяется равномерно по всему объему. Однако в напитке с пищевой композицией присутствуют участки с накопленными микроорганизмами, что можно объяснить их ассоциацией с сывороточными белками и продуктами их гидролиза, проявляющими пребиотические свойства. Электронная фотография структуры продукта указывает на наличие цепей EPS, связанных с агломератами белковых частиц. Это придает продукту вязкость, плотность, податливость и предотвращает синерезис.

Использование новой пищевой композиции при производстве синбиотического напитка повышает биологическую ценность продукта за счет хорошего баланса его аминокислотного состава (рис. 8).

Таблица 6. Физические и химические свойства йогурта

Мы определили питательную ценность напитка, в соответствии с которым можно сделать вывод о достаточном удовлетворении суточной потребности человеческого организма в большинстве питательных веществ через 100 г разработанного продукта. Кроме того, разработанный напиток имеет низкую калорийность - 39,7 ккал / 100 г, что на 46% меньше, чем в контрольной пробе.

Для определения срока годности напитка в тестовом образце, который был встроен в хранилище, были определены органолептические, физико-химические (рис. 9) и микробиологические свойства (рис. 10). Исключение системы стабилизации из состава напитка не ухудшило его консистенцию при хранении. Благодаря EPS, синтезированной ферментной микрофлорой, в составе напитка не происходило отделения сыворотки в течение 5 дней хранения, продукт характеризовался стандартными реологическими свойствами. Срок годности напитка, установленный с учетом коэффициента запаса скоропортящихся продуктов, составляет 5 дней при температуре (4 ± 2) ° С.

Для производства разработанного напитка в качестве базовой технологии была выбрана традиционная схема, модификация которой подразумевает введение дополнительных операций по получению микрочастиц сывороточного белка (рис. 11).

Аппаратная конфигурация предполагает использование имеющегося в продаже оборудования, не усложняет технологический цикл производства и облегчает комплексную переработку сырого молока.

Результаты химико-токсикологических исследований показали, что содержание токсичных элементов, микотоксинов и пестицидов в напитке не превышает минимально допустимых уровней и соответствует требованиям безопасности. По результатам исследований йогурт не обладает кожно-резорбтивным и тератогенным действием.

Значение индикатора

Согласно ГОСТ Р 51331-99: Молочные продукты. Йогурты. Общие технические характеристики. контрольный тест

Массовая доля сухого обезжиренного молочного остатка,% не менее 9,5 10,5 9,5

Массовая доля жира,% от 0,1 до 10 3,2 1,0

Массовая доля белка,% не менее 3,2 4,8 3,2

Кислотность, ° Т от 75 до 140 90-92 90-92

Вязкость, мПа не регулируется 82-84 78-82

это я контролирую ^ - ФАО / ВОЗ

Рис. 8. Аминокислотная оценка тестового и контрольного образца йогурта: 1 - валин, 2 - изолейцин, 3 - лизин, 4 - метионин + цистеин, 5 - треонин, 6 - триптофан, 7 - лейцин, 8 - фенилаланин + тирозин.

ISSN 2308-4057. Продукты питания и сырье Том. 3, № 2, 2015

42 4.15 41 4.05 4

я не могу найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Гомогенизация (t = 60 ° С, р = 25 МПа)

Нормализованная смесь, составление, очистка

Гомогенизация (t = 60 ° С, р = 12,5-17,5 МПа)

Пастеризация (85-89) ° С, 10-15 минут

Охлаждение до температуры инокуляции (38-42) ° С

Инокуляция, созревание до достижения активной кислотности сгустка 4.3-4.35

Хранение при температуре (4 ± 2) ° С не более 5 дней

Рис. 11. Технологическая схема производства йогурта.

ISSN 2308-4057. Продукты питания и сырье Том. 3, № 2, 2015

Основными преимуществами нового технологического решения являются внедрение замкнутого цикла производства, расширение низкокалорийных продуктов высокой биологической ценности, исключение систем стабилизации при сохранении необходимых реологических характеристик напитка, снижение

Технологический цикл обусловлен стимуляцией созревания, заменой обезжиренного молока, исключением крема, стабилизатора и сухого обезжиренного молока в традиционной рецептуре и снижением экономических затрат. Разработанная технология позволяет возвращать побочный продукт в производство и использовать его в качестве полноценного сырья.

1. Храмцов А.Г. и Нестеренко П.Г. Безотходная переработка сырого молока: учебник. М .: Колос, 2008. 200 с. (На русском).

2. Храмцов А.Г., Евдокимов И.А. и Нестеренко П.Г. Innovation priorities for the use of whey on the logistics principles of waste- free technology. Dairy Industry, 2008, no. 11, pp. 28-31. (In Russian).

3. Khramtsov A.G. and Nesterenko P.G. Technology of whey products: textbook. Moscow: DeLi Print Publ., 2004. 587 p. (In Russian).

4. Khramtsov A.G. Whey phenomenon. St. Petersburg: Profession, 2011. 900 p. (In Russian).

5. Mel'nikova E.I., Stanislavskaya E.B. and Golubeva L.V. Curd whey: experience of processing and new technology solutions. Voronezh: VSTA Publ., 2009. 236 p. (In Russian).

6. Kochetkova A.A. and Doronin A.F. Functional foods: an introduction to technology. Moscow: DeLi Print Publ., 2009. 286 p. (In Russian).

7. Mel'nikova E.I., Stanislavskaya E.B. and Podgornyy N.A. Milk fat simulator for synbiotic products. Dairy Industry, 2010, no. 7, pp. 55-56. (In Russian).

8. Mel'nikova E.I. and Stanislavskaya E.B. Whey protein microparticulates as butterfat imitators in food production.

Fundamental Research, 2009, no. 7, pp. 23. (In Russian).

Абстрактные

Whey protein (WP) was glycated with maltodextrin (MD) by a Maillard type reaction by dry heat treatment of lyophilized mixture of whey protein concentrate 70 and maltodextrin at 90°C for 2 hours at 80% relative humidity. Glycation was confirmed by sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis and degree of glycation using 2,4,6-Trinitrobenzene sulfonic acid method. The structural changes of WP-MD were assessed using Attenuated Total Reflectance Fourier Transform Infrared Spectroscopy. The isoelectric point of WP was shifted towards lower pH side after glycated with MD. The conjugates had improved emulsifying properties compared to WPC and WPC-MD mixes. When assessed in the pH range 3.0-7.0, conjugates had improved solubility compared to WPC, particularly around isoelectric point of the protein. The results indicate that the WP-MD conjugates have better functional properties and can be further used as food grade wall materials in the preparation of micro/nano-emulsions in food systems.

Protein extraction from tissues

Protein extraction from tissues with tough extracellular matrices (e.g., biopsy samples, venous tissues, cartilage, skin) is often achieved in a laboratory setting by impact pulverization in liquid nitrogen. Samples are frozen in liquid nitrogen and subsequently subjected to impact or mechanical grinding. As water in the samples becomes very brittle at these temperature, the samples are often reduced to a collection of fine fragments, which can then be dissolved for protein extraction. Stainless steel devices known as tissue pulverizers are sometimes used for this purpose.

Advantages of these devices include high levels of protein extraction from small, valuable samples, disadvantages include low-level cross-over contamination.

Whey More Protein

Whey proteins contain all 20 amino acids that our bodies need, and they are particularly rich in branched chain amino acids that directly form new muscle tissue. Relied on by athletes and body builders to promote lean muscle growth and to aid recovery after exercise 1 , whey proteins have long been key components of sports nutrition products. Consumption of whey proteins can also help to prevent muscle loss in the elderly 1 . ‘Popular consumer use of whey protein powder is to hydrate it in beverages,’ comments Carrie O’Neal, team leader for the Dairy Ingredient Team (DIT). ‘Whey protein has good solubility when not denatured. Exposure to excessive heat will denature proteins therefore during the manufacture the focus is on providing a process that minimizes the heat treatment required to produce a high quality product.’

Whey constituents have been shown to improve nutrition in regions of food scarcity. A recent scientific study found that feeding a specially developed supplement containing whey protein concentrate and whey permeate to seriously malnourished children in Malawi and Mozambique helped the children to recover from the effects of malnutrition and also improved their subsequent growth 2 .

Protein purification

  • Protein isolation
    • Chromatography methods: ion exchange, size-exclusion chromatography (or gel filtration), affinity chromatography
  • Protein extraction and solubilization
  • Concentrating protein solutions
  • Gel electrophoresis
    • Gel electrophoresis under denaturing conditions
    • Gel electrophoresis under non-denaturing conditions
    • 2D gel electrophoresis
  • Electrofocusing

Whey to Go

The ability to maintain the highest quality whey products from farm to formulation requires a combination of technology and end product know-how and expertise. Advances in separation and protein fractionation technologies such as microfiltration (MF) and ultra/diafiltration (UF/DF) have enabled production of high-protein and low-fat whey protein concentrates (WPCs and WPIs). Upstream pre-treatments such as clarification, cream separation and bacteria removal may enhance end powder product quality and membrane performance. Advanced drying technologies allow flexible production, from high density, non-agglomerated powders, to agglomerates that are coarse, free flowing and dustless.

Fermentation Process

Whey contains appreciable amount of lactose which can be fermented by lactic acid bacteria. This lactose component makes the whey fit for the preparation of fermented beverages. Sweet whey is generally utilized for fermentation purpose. The fermentation process via specific strains of bacteria makes the whey beverage more functional because of production of bioactive peptides during fermentation ( Brandelli et al., 2015 ). Whey can also be utilized in drinkable yogurt which is fermented products of dairy milk. Whey can replace the milk portion in these beverages. Fermentation of whey and whey components has also been studied using kefir grains and reported to be an attainable process for commercial preparation ( Sabokbar and Khodaiyan, 2015 ).

Введение

Proteins are extensively used in the food industry due to their ability to add unique functional properties such as emulsifying, foaming, gelling and solubility attributes . Milk proteins, particularly whey proteins, have been widely used as emulsifiers in foods due to their amphipathic nature . They form strong and cohesive protective film that helps prevent droplet aggregation . Whey proteins consist of α-lactalbumin, β-lactoglobulin, bovine serum albumin, lactoferrins, immunoglobulins and proteose-peptones (peptides) and these contains abundant amount of essential amino acids and hence have high nutritional value. Whey protein isolate and whey protein concentrate (WPC) are the two forms of whey preparations used in foods as emulsifying agents. Apart from their nutritional value, whey proteins have been studied as surfactants and delivery systems of bioactive compounds such as pharmaceuticals and nutraceuticals . On the other hand, the functional properties of whey proteins can become poor under certain conditions due to aggregation or precipitation of protein. This effect is most pronounced at pH close to the isoelectric point of the proteins. Moreover, the increasing cost and functional demands on milk protein ingredients have created a need for speciality milk protein ingredients which possess requisite functional properties for utilization in specific food ingredients.

Maltodextrin are hydrolysis products of starch consisting of alpha-(1, 4) and alpha-(1,6) linked D-glucose polymers and/or oligomers with a dextrose equivalent less than 20. Maltodextrins (MD) are widely used in the food industry as stabilizers (texture and bulking modifiers) in food emulsions . Commercial MDs of different dextrose equivalent values (DE 2-20) possess different physicochemical properties including solubility and viscosity. However, maltodextrins with the same dextrose equivalent may also possess very different physicochemical properties depending on the hydrolysis procedure and source/composition of the starch used in their preparation .

It has been well established that the functional properties of proteins can be further improved by covalent bonding with polysaccharides and smaller sugars . Milk proteins can be modified either by physical, chemical and/or enzymatic treatments to obtain desirable functional properties . Due to various safety issues, for food applications not all of these approaches are suitable for producing modified proteins. Protein– polysaccharide conjugation via a Maillard-type reaction is the best method of modification of protein which is recognized as being suitable for food applications .

The Maillard reaction is a spontaneous and naturally occurring reaction, in contrast to acetylation, deamidation, succinylation and other chemical methods available to improve the functional properties of proteins. The Maillard reaction can be occurred mainly in three stages, initial, intermediate and advanced. The reaction occurred in the initial stage involves the condensation of the available e-amino groups (The primary reactive amino group is lysine) of the protein with carbonyl group of the reducing Sugar, resulting in the production of amodori compounds via the formation of schiff base . The intermediate stage involves the amadori compound degradation results in a wide range of products. The final stage of the reaction results in the formation of ‘’melanoidins” . The dry heating method is the preferred method for protein-polysaccharide conjugation as this method is carried out at the optimum water activity and less time is required for the reaction to occur in comparison to wet heating method.

In the present investigation, whey proteins were glycated with maltodextrin by dry heat treatment method and the prepared conjugates were analyzed for SDS-PAGE, ATR-FTIR, degree of glycation, color, emulsifying properties and solubility as a function of pH.

Paving the Whey

Working closely with customers, GEA offers complete whey handling, separation (mechanical and filtration), drying and packaging technologies for whey powders. Our manufacturing solutions for whey proteins meet optimum quality requirements, and take into account every consideration, from the mechanical impact on product quality, to hygienic plant design.

GEA’s expertise includes a patent-pending dairy microfiltration process technology that improves product yield and operating efficiency whilst reducing capital and operating costs. The technology can also be used to separate whey proteins directly from milk known as ‘native whey’, independently of cheese production. GEA’s advanced spray drying control technology, DRYCONTROL™, allows the spray dryer to be utilized at maximum capacity and precisely controls residual moisture in the powder.

Detecting proteins

The considerably small size of protein macromolecules makes identification and quantification of unknown protein samples particularly difficult. Several reliable methods for quantifying protein have been developed to simplify the process. These methods include Warburg-Christian, Lowry Assay, and Bradford Assay (all of which rely on absorbance properties of macromolecules).

Bradford assay method is uses a dye to bind to protein. Most commonly Coomassie Brilliant Blue G-250 dye is used. When free of protein, the dye is red but once bound to protein it turns blue. The dye-protein complex absorbs light maximally at the wavelength 595 nanometers and is sensitive for samples containing anywhere from 1 ug to 60 ug. Unlike Lowry and Warburg-Christian Methods, Bradford assays do not rely on Tryptophan and Tyrosine content in proteins which allows the method to be more accurate hypothetically.

Lowry assay is similar to biuret assays, but it uses Folin reagent which is more accurate for quantification. Folin reagent is stable at only acidic conditions and the method is susceptible to skewing results depending on how much tryptophan and tyrosine is present in the examined protein. The Folin reagent binds to tryptophan and tyrosine which means the concentration of the two amino acids affects the sensitivity of the method. The method is sensitive at concentration ranges similar to the Bradford method, but requires a minuscule amount more of protein.

Warburg-Christian method screens proteins at their naturally occurring absorbance ranges. Most proteins absorb light very well at 280 nanometers due to the presence of tryptophan and tyrosine, but the method is susceptible to varying amounts of the amino acids it relies on.

More methods are listed below which link to more detailed accounts for their respective methods.

Materials and Methods

материалы

Whey protein concentrate (WPC-70) was procured from Modern Dairy Pvt. Ltd. Karnal, Haryana. Maltodextrin (MD) was procured from Hi Media Laboratories Pvt. Ltd., Mumbai. Periodic acid, Schiff’s reagent and Trinitrobenzene sulfonic acid were obtained from Sigma Aldrich Ltd.

Preparation of Glycated Whey Protein

WPC (70) and MD were separately dissolved in distilled water at a mass ratio of 1:1 and 1:2 (WPC: MD). After hydration of 8 hours, whey protein and maltodextrin solutions were mixed and pH was adjusted to 7.0. The samples were then freeze dried to remove water, and were ground to make powder. The powder was subjected for dry heat treatment at 90°C for 2 hour at 80% RH. 80% RH was maintained using preheated desiccator containing saturated solution of KCl.

Sodium Dodecyl Sulphate-Polyacrylamide Gel Electrophoresis (Sds-Page)

SDS-PAGE was performed according to the method of Laemmli using 12% w/v resolving gel and 5% w/v stacking gel. Sample solution (6 mg protein/ml) was mixed with equal volume of sample buffer containing ß-mercaptoethanol followed by boiling for 5 min. 20 μl of prepared sample was loaded into each well and electrophoresis was carried out at constant voltage of 210 V, power of 6 W and current of 70 mA at refrigeration temperature until the indicator dye reached the gel bottom. The gel sheets were stained for both protein (0.25% Coomassie brilliant blue G-250) and carbohydrate (1% Periodic acid Schiff (PAS) solution) .

Color Measurement

The extent of maillard reaction that occurred in the conjugates were determined by measuring the Hunter chromaticity coordinates (L* a* b*) with Colorflex® (Hunter lab, Reston, Virginia, USA) loaded with the Universal software (version 10). The instrument was calibrated with a standard white and black tile before measurement. Dry WPC or WP-MD conjugate, was placed into a petri-dish and the L* a* b* color coordinates were measured. The light source was dual beam xenon flash lamp. In the L* a* b* color space system, L* values (lightness/darkness) ranges from 0 (black) to 100 (white), a* values (redness) ranges from -60 (green) to +60 (red), and b* values (yellowness) ranges from -60 (blue) to +60 (yellow). The color intensity (C*) was calculated using the below formula:

Degree of Glycation

The degree of glycation was measured for unreacted amines using the 2, 4, 6-trinitrobenzene sulfonic ac >

Attenuated Total Reflectance Fourier Transform Infrared (ATR-FTIR) Spectroscopy

Spectra of samples were measured using FTIR spectrometer (IR Affinity-01, Shimadzu, Japan) with diamond crystal cell ATR and inbuilt IR-Solution software at 4 cm -1 resolution. Spectra were measured in terms of absorption. Each spectrum was averaged over 30 scans with a 4 cm -1 resolution. Spectra in the wavenumber range from 1400 to1800 cm -1 , which covers the typical amide I and amide II peaks were selected for analysis.

Zeta Potential

The zeta potentials samples were measured using Malvern Nanoparticle Analyzer (Zetasizer software, version 7.03). The dispersions were prepared in deionized water at a protein concentration of 5 mg/mL adjusted to pH 3.0−7.0 using 0.1 N HCl and 0.1 N NaOH followed by filtering using a 0.45 μm syringe membrane before the analysis. Average values of three measurements were reported for each sample. Isoelectric point was determined (value equals to zero zeta potential).

Emulsifying Properties

The emulsifying properties of the conjugates were determined by the method of with some modifications. Conjugate (0.7% w/v protein) was dissolved in 90 ml 0.06 M phosphate buffer, pH 7.0, containing 0.01% (w/v) sodium azide (aqueous phase) at ambient temperature under moderate magnetic stirring conditions for 1 h. The emulsions were prepared by mixing the aqueous phase with the 60 ml of oil phase (Soya bean oil) and homogenizing the mixture with an Omni GLH at 15,000 rpm for 1 min. For emulsifying activity (EA), the emulsions were centrifuged in graduated tubes at 2600 g for 5 min and the whole volume (WV) of the system and the emulsion phase volume (EPV) were measured. Emulsifying activity was expressed as:

For emulsion stability (ES), the emulsions were kept at 80°C for 30 min, then in an ice bath for 15 min and finally centrifuged at 1300 g for 5 min. The emulsion stability was calculated as:

Protein Solubility

The solubility of WPC, WPC-MD mixes and whey protein-maltodextrin conjugates as a function of pH was determined according to the method of Mohanty et al. , 200 mg sample was accurately weighed and dispersed (1% w/v protein) into 20 ml distilled water contained in a 250 ml glass beaker. Then pH of the dispersion was adjusted in the range of 3.0-7.0 (with 0.5 unit interval) using 0.1 N HCl or 0.1 N NaOH as required. Moderate magnetic stirring of the dispersion was carried out for 1 h. After 30 min of moderate magnetic stirring, the pH of each sample was rechecked and re-adjusted, if necessary. 14 ml of the dispersion was measured in 15 ml centrifuge tubes and centrifuged at 1000 g for 20 min. After centrifugation, the supernatant was decanted and filtered through Whatman No. 1 filter paper. The soluble and total protein content were determined using filtered supernatant and initial dispersion respectively by Bradford method .

Statistical Analysis

All statistical analysis was performed using MS-EXCEL-2010 package and GraphPad Prism 5.0. Results are presented as mean ± standard error (SE) of three replicates, and significance was tested by employing analysis of variance (ANOVA).

5.5.2.4 Milk-Based Whey-Type Beverages

Whey is a liquid, formed as a byproduct during the process of cheese production. It is composed of 93% of water and 50% of total solids from milk. Lactose is the major component of the whey ( Hozer and Kirmaci, 2010 ). Different types of whey are whey protein concentrates (WPCs), WPIs, whey protein hydrolysates (WPHs), and whey protein fractions. Based on pH whey can be classified as the acidic whey (pH Chavan et al., 2015 ). Milk-based whey beverages relay on the fermentation of liquid whey concentrate or the enrichment of unfermented or fermented milk with dry WPCs or WPIs. At acidic pH due to heat treatment, it causes the protein sedimentation. Therefore compared with acidic whey, sweet whey is more suitable as the raw material for the whey containing drinkable dairy-based beverages. Supplementing probiotics in whey-based beverages are very beneficial. Bulatovic et al. (2014) studied the quality of whey-based beverage is enriched with milk, commercial ABY-6 starter culture and additional probiotic bacteria L. rhamnosus ATCC 7469. Beverage with whey and 30% of milk and probiotic bacteria gives satisfactory sensorial properties and expresses AOX activity (45.1%). Castro et al. (2013) studied the rheological properties and application of sensory properties of probiotic whey. Increase in the whey content leads to an increase in the fragility of the gel due to replacement of caseins with whey properties. Sasi Kumar, 2015 developed a probiotic beverage using B. bifidus with whey and Алоэ вера juice in the ratio of 70:30. In recent studies Shukla and Kushwaha, 2017 developed a probiotic beverage from whey and orange juice. The results were reported and compared with L. acidophilus, Bifidobacterium bifidum increased physiochemical properties and in the ratio 65:35 was the best ratio of whey and orange juice for the preparation of beverage. Faisal et al. (2017) studied the sensory evaluation of probiotic whey beverage enriched with orange powder and flavor using fuzzy analysis. In this study using of 1 L of cheese whey, 8% of sugar, 1% of orange powder, and 0.4 mL of flavor and probiotic strains (L. acidophilus, BB-12 Bifidobacterium, S. thermophilus) is the best ranked beverage. On fermentation of probiotic strains with sugar and other flavor may convert cheddar cheese into organoleptically acceptable beverage and also improves the sensorial properties of beverage. Whey beverages are prepared by using probiotics and prebiotics. Baruzzi et al. (2017) developed a whey beverage enriched with Bifidobacteria, inulin, and whey proteins. It contains 20 g/L of whey proteins and 20 g/L of inulin which helps in increase the growth of Bifidobacterium pseudocatenulatum and stored for 30 days at 4°C.

Whey Forward

‘GEA can offer a wide range of technologies for the production of whey products’, Carrie O’Neal notes. ‘For the design of a plant we view the process as a whole, making sure the design is of the highest hygienic standards and each technology is designed to optimally work together to make high quality product at the lowest cost to our customers.’

Results and Discussion

Sodium Dodecyl Sulphate-Polyacrylamide Gel Electrophoresis (SDS-PAGE)

Glycation of whey protein to polysaccharide was confirmed by SDS-PAGE as shown in the фигура 1, SDS-PAGE was used as characterizing tool for protein – polysaccharide conjugates as mentioned in previous studies 22-24. Coomassie brilliant blue stain was employed to identify protein component (Figures 1 A and 1C) and periodic acid stain to identify polysaccharide components (Figure 1B), The native WPC, WPC-MD mixes (1:1 and 1:2) (without heat treatment) showed mainly three major bands at around MW of 14.0, 18.0, and 70.0 kDa that represents α-lactalbumin, β lactoglobulin and bovine serum albumin respectively. After WP glycated with maltodextrin (for both WP-MD, 1:1 and 1:2 conjugates), the native bands corresponding to α-lactalbumin and β-lactoglobulin disappeared and a smearing zone appeared at a MW of higher range than that of β-lactoglobulin and the band corresponding to bovine serum albumin was also shifted to a higher MW range. After 2 hours of conjugation, the band corresponding to α-lactalbumin was completely disappeared and this indicates that α-lactalbumin is easier to be conjugated with MD than other whey protein has previously been reported . The present findings commemorates the results of Liu and Zhong 23,24. Similarly, Gordon et al. reported that conjugates of sodium caseinate with maltodextrin are confirmed by an absence of distinct bands and the formation of a diffuse band over a larger MW range although the bulk of material is in the range 25,000-37,000 g, which is within the expected spread of molecular weights taking into account the different molar masses and amounts of lysine in the individual caseins. The presence of higher MW material indicates that some aggregation or cross-linking is occurring. These results are very similar to those of Shepherd et al. suggesting that conjugation and cross-linking has taken place resulting in total loss of ‘unmodified’ material and the formation of higher molecular weight material.

Фигура 1: SDS-PAGE profile of whey protein concentrate, whey protein concentrate-maltodextrin mixes and whey protein-maltodextrin conjugates. The labelled lanes are: 1. WPC, 2. WPC-MD (1:1) mix, 3. WP-MD (1:1) conjugate, 4. WPC-MD (1:2) mix, 5. WP-MD (1:2) conjugate, 6. MD. A. Commasie brilliant blue stain for proteins, B. Periodic acid schiff’s stain for glycoproteins, C. Commasie brilliant blue stain with protein marker.

The findings of O’Regan and Mulvihill M also shown that the conjugation leads to disappearance of characteristic native casein bands, with a distinct shift of native bands to a broad range of high molecular weight conjugated proteins. Part of protein staining material of NaCN–MD100 crude conjugate also remained at the interface of the stacking and separating gel, which indicates the presence of high molecular weight products that were too large to penetrate the separating gel. The purification of conjugates had little effect on the protein stained electrophoretic pattern. However, the large MW material that was unable to penetrate the separating gel was absent in the purified conjugate, suggesting that the material removed by purification, was primarily composed of high molecular weight Maillard reaction products.

цвет

Color measurement is an indicator of the extent of advanced Maillard reaction (brown color) that occurs during conjugation of protein and polysaccharides. In the present investigation, the color coordinates (L* a* b*) of dry powders of incubated WPC, WPC-MD mixes and its conjugates were measured and their color intensity (C*) was calculated. The results of color intensity of incubated WPC, WPC-MD mixes and its conjugates are presented in Table 1 Color measurement of WP-MD conjugates generally agreed with visual observation. As indicated by Hunter chromaticity coordinates (L* a* b* values), the conjugation of WP-MD resulted in increase in a*, b* values and decrease in L* value which indicates yellow color from the Maillard reaction. Similar results was shown by Wang and Zhong and O’Regan and Mulvihill . As conjugates are formed via the Maillard reaction, the color of conjugates is very important for potential applications of these ingredients. O’Regan and Mulvihill had shown that the conjugation of MD100 with NaCN resulted in an increase in the a* and b* values and a decrease in the L* value in comparison to the NaCN and MD100. Purification of the conjugate resulted in a decrease in both the a* and b* values and a slight decrease in the L* value in comparison to the NaCN–MD100 crude conjugate, these results indicates that purification improved the color of the conjugate product which may be attributed to the removal of some Maillard products formed during the conjugation process because of their non-adsorption to the ion exchange resin.

Таблица 1. Color coordinates and color intensity of whey protein concentrate, whey protein concentrate-maltodextrin mixes and whey proteinmaltodextrin conjugate.

SamplesL*a*b*C*=(a 2 +b 2 )1/2
Control (WPC)86.77±0.0330.0433±0.01912.9633±0.10312.9634±0.103
WPC-MD (1:1) mix88.18±0.0380.7566±0.0079.8466±0.0409.8757±0.039
WPC –MD (1:1) conjugate78.14±0.0494.6900±0.02428.2733±0.06428.6597±0.060
WPC-MD (1:2) mix89.00±0.0200.5366±0.0148.7466±0.0358.7631±0.035
WPC-MD (1:2) conjugate76.15±0.0205.6966±0.05929.5400±0.10630.0845±0.093

Values are Mean ± Standard Error (n=3)

Degree of Glycation

The degree of glycation was measured based on the reaction of free amines with 2, 4, 6-Trinitrobenzene sulfonic acid (TNBS). The higher absorbance value at 335 nm indicates greater amount of free amines that remained unreacted with the polysaccharide and thus a lower degree of glycation. As shown in фигура 2 conjugates had significantly (p ≤ 0.05) lower absorbance values compared to control (WPC) and WPC-MD mixes (before heat treatment) and thus higher degree of glycation. The obtained result commemorates the findings of Wang and Zhong . They showed that the highest degree of glycation at pH 6.0 and higher degree of glycation leads to more heat stability due to the effect of stronger steric hindrance property of MD molecule attached to the protein molecule against protein aggregation during heating 23,24. The maximum rate of condensation reaction is expected at weakly acidic pH .

Фигура 2: Degree of glycation of whey protein concentrate, whey protein concentrate-maltodextrin mixes and whey protein-maltodextrin conjugates.

Attenuated Total Reflectance Fourier Transform Infrared Spectroscopy

Conjugation of whey proteins results in an alteration in the contents of secondary structure 23,24. The characteristic absorption band of wavenumber 3480−3440, 3260−3270, 2960−2878 and 1350−1300 cm −1 were assigned to vibrations of −OH, −NH, − CH, and C−N stretching respectively . The peaks located around 1641 cm −1 and 1532 cm −1 , which belong to amide I and amide II, respectively, are characteristics of proteins . It was reported that the amide I absorption band at 1639 cm −1 was represent the spectral overlap of the C=O group, coupled with in-plane −NH bending and C=N linkage . The FTIR spectra of WPC, WPCMD mixes and their conjugates. The absorption band at 1520 cm −1 was attributed to a protonated amine group . The main absorption bands of WPC at 1639 cm −1 (amide I) and 1529 cm −1 (amide II) shifted to 1631 cm −1 and 1539 cm −1 for WP-MD 1:2 conjugate (Figure 3A) and to 1633 cm −1 and 1533 cm −1 for WP-MD 1:1 conjugate (Figure 3B) respectively, after glycation with MD, suggesting the consumption of amino groups and the formation of Schiff bases due to the Maillard reaction. Decreases in the absorption bands at 1639 cm −1 and increases in the bands at 1529 cm −1 indicate the conversion of the primary amino groups to the secondary amine groups during the Maillard reaction.

Рисунок 3: FTIR Spectra of whey protein concentrate, whey protein concentrate -maltodextrin mix and whey protein-maltodextrin conjugate. A. Whey protein concentrate -maltodextrin 1:2 ratio, B. Whey protein concentrate -maltodextrin 1:1 ratio.

Zeta Potential

The magnitude of zeta potential of the WPC, WPC-MD mixes and WP-MD conjugates were shown in the Figure 4, It was shown that the magnitude of the zeta potential decreased and the isoelectric point was shifted towards lower pH after whey proteins glycated with maltodextrin. The estimated isoelectric point (pH corresponding to zero zeta potential) of the WPC, WPCMD (1:1) mix, WPC-MD (1:1) conjugate, WPC-MD (1:2) mix and WPC-MD (1:2) conjugate were 5.05, 4.95, 4.05, 4.95 and 4.01 respectively. The shift of isoelectric point towards lower values after glycation was shown previously 23,24,35. Glycation of whey proteins alters the distribution of protein surface charge, leading to decrease of isoelectric point. The decrease of isoelectric point might be due to the decrease in the content of basic lysine on protein surface after glycation with MD, which is supported by the lower magnitude of zeta potential of glycated whey proteins than WPC at pH below isoelectric point. The lowest isoelectric point of the conjugates indicates the significant changes in the protein structure that is in agreement with the highest degree of glycation as discussed in the section 3.3.

Рисунок 4: Zeta potential of whey protein concentrate, whey protein concentrate-maltodextrin mixes and whey protein-maltodextrin conjugates.

Emulsifying Properties

In the present investigation emulsifying properties were studied via the formulation of 30% (v/v) oil in water emulsions. The emulsifying properties were assessed in terms of emulsifying activity and emulsion stability. It has been speculated that the chemical modification of proteins via glycation with polysaccharides may improve emulsifying properties, especially at low pH as the isoelectric point and solubility will be altered and molecular integrity maintained . Shepherd et al. has shown that sodium caseinate can be chemically linked with 1,4-linked polysaccharides (e.g. maltodextrin) via the Amadori re-arrangement without excessive post-Amadori Maillard reactions to form novel emulsifiers with improved emulsifying activity and stability at low pH.

Emulsifying Activity

It was shown from the Figure 5A that the emulsifying activity of WP-MD conjugates were significantly (p ≤ 0.05) higher than control (WPC) and WPC-MD mixes (without heat treatment). The conjugates of WP-MD at the weight ratio of 1:2 showed the highest emulsifying activity (89.67%). This may be due to the optimum steric stabilization at the 1:2 (w/w) ratio of WP-MD. Akhtar and Dickinson showed that whey proteins are highly compatible with MD at the 1:2 (w/w) ratio in the formation of conjugates with excellent emulsifying properties. Protein – polysaccharide ratio of 1:2 showed higher emulsifying activity compared to 1:1 ratio which commemorates the findings of Xie and Hettiarachchy . Though the presence of some unreacted proteins in 1:1 ratio conjugate may be slightly beneficial to its emulsifying capacity, the higher polysaccharide concentrations provide better steric stabilization and thus higher emulsifying activity. Mishra et al. was shown that UF WPC-Pectin complex exhibit higher emulsifying activity compared to UF WPC alone. The emulsifying ability and emulsion stability made with WPI-Dextran conjugate were also improved compared to WPI and gum arabic (an emulsifier containing naturally derived glycoproteins) .

Рисунок 5: Emulsifying properties of whey protein concentrate, whey protein concentrate-maltodextrin mixes and whey protein-maltodextrin conjugates. A. Emulsifying activity of whey protein concentrate, whey protein concentrate-maltodextrin mixes and whey protein-maltodextrin conjugates. B. Emulsion stability of whey protein concentrate, whey protein concentrate-maltodextrin mixes and whey protein-maltodextrin conjugates.

Emulsion Stability

The emulsion stability of WP-MD conjugates were also significantly (p ≤ 0.05) higher than WPC and WPC-MD mixes as in the case of emulsifying activity. As shown in the Figure 5B the conjugates of WP-MD at the weight ratio of 1:2 showed the highest emulsion stability (86.83%). In emulsion system containing both proteins and polysaccharides, proteins form an adsorbed coherent viscoelastic layer at the oil-water interface, while polysaccharide confer stability through their thickening and gelation behavior in the aqueous phase . The improved stability of the conjugate stabilized emulsions in comparison to the WPC stabilized emulsions is attributed to the conjugated protein molecule forming a bulky polymeric layer than the non-conjugated protein on the droplet surface, with the MD portion extruding outwards into the continuous phase providing better steric stabilization, thus preventing droplet aggregation and coalescence . The positive impact of conjugation on the retention of thymol is consistent with improved emulsifying properties of whey protein after conjugation with MD reported in the literature 38,42. NaCN–MD conjugate stabilized o/w emulsions showed improved stability in comparison to NaCN stabilized emulsions after storage for 20 days under accelerated shelf life testing conditions .

Растворимость

Solubility is an important functional property for proteins, which affects other functionalities. Protein solubility of WPC, WPCMD mixes and WP-MD conjugates as a function of pH from 3.0 to 7.0 was shown in the Figure 6, It was observed that conjugates had significantly (p ≤ 0.05) higher solubility over the entire pH range tested than WPC and WPC-MD mixes particularly around the isoelectric point of WPC. This might be due to the conjugation confers a protective effect against precipitation in the isoelectric region of the protein 29,43. The obtained results corroborate the findings of Shepherd et al. and is attributed to a change in the net charge of the protein and also hydration due to the attached sugar residues. Similarly O’Regan and Mulvihill reported that in comparison to NaCN, NaCN–MD conjugates had improved solubility, particularly around the isoelectric pH of the protein. The improved solubility of the protein-polysaccharide conjugates are attributed to the attachment of the bulky highly hydrophilic polysaccharides to proteins .

Figure 6: Solubility of whey protein concentrate, whey protein concentrate-maltodextrin mixes and whey protein-maltodextrin conjugates.

Рекомендации

1 Solak B. B, Akin N., Health Benefits of Whey Protein: A Review. Journal of Food Science and Engineering 2 (2012) 129-137

2 Stobaugh H.C., Ryan, K. N. et al. Including whey protein and whey permeate in ready-to-use supplementary food improves recovery rates in children with moderate acute malnutrition: a randomized, double-blind clinical trial. Am J Clin Nutr 2016 Mar,103(3):926-33.

Заключение

Whey proteins-maltodextrin conjugates of a high molecular weight distributions were produced via non-toxic, economical and food grade naturally occurring Maillard type reaction. The increase in the molecular weight of whey proteins glycated with maltodextrin was confirmed by SDS-PAGE. Structural changes and consumption of amino group during glycation was proved by ATR-FTIR and degree of glycation respectively. Isoelectric point of whey proteins decreases towards lower pH side after glycation with MD. In comparison to whey proteins. Whey protein-maltodextrin conjugates had improved emulsifying properties and solubility over the entire pH range tested (3.0-7.0) particularly around the isoelectric point of whey proteins.

The above results indicate that the whey protein-maltodextrin conjugates have better functional properties and can be further used as a food grade wall materials in the preparation of micro/nano-emulsions in food systems.

7.5 Whey Beverages

Whey has been used in some diseases treatment such as skin and digestive system disorders and tuberculosis since ancient Greek due to its beneficial effects on health. In the 18th century, a specialist institute for the treatment of diseases with whey was established and detailed studies on the nutritional and therapeutic properties of whey started. In those times, the term ‘cheese curries’ became commonplace in Switzerland, Germany, and Austria. Whey is successfully applied for the treatment of diarrhea, biliary diseases, skin problems, urinary tract scaling, and some poisonings. These kinds of beverages are known as ideal food and energy source for athletes by reason of their high nutritional value and high protein amounts ( Yerlikaya et al., 2010 ). Recently, increasing awareness of quality of life and health has encouraged researchers to produce the ideal products which had acceptable level of brightness taste, color, aroma, viscosity, and smoothness of mouth coating besides its content ( Janiaski et al., 2016 ).

Beverages production from whey was started in the 1970s. One of the oldest whey beverages is Rivella, which is produced in Switzerland. It is known that some whey beverages in the European market are produced with some alcohol being alcoholic and the other being nonalcoholic. Only in Germany, there are 15 types of nonalcoholic whey beverages commercially in the market. For this purpose, rennet whey is used widely ( Bakırcı and Kavaz, 2006 ). Sabokbar and Khodaiyan (2015) investigated the production of a probiotic beverage from pomegranate juice and whey mixture fermentation by kefir grains. This novel beverage produced revealed good antioxidant activity. Shukla et al. (2013) revealed a good quality probiotic beverage using pineapple juice and whey mixture with 1% inoculum of Lactobacillus acidophilus, Villumsen et al. (2015) studied on self-stable high-protein beverages at ambient storage. They noted that heat treatment, batch quality, and storage temperature control affect aggregation formation in acidic whey dispersion.

Self-stable ready-to-drink protein beverages are preferable today. There are four main types of whey beverages: processed or unprocessed whey mixtures with various fruit or vegetable juices, fermented or unfermented dairy-type “thick” whey beverages, thirst-quenching carbonated “Rivella-type” beverages, and alcoholic beverages such as beer, wine, etc. The different beverages can be formulated to produce whey and whey-based products. Whey drinks with certain carbohydrates and salts amounts can be formulated as sports drink which are well suited for muscle cramps, muscle recovery, etc. ( Chavan et al., 2015 ). Wagoner et al. (2015) identified the key transitions of stability for whey protein beverages. They noted that protein concentration, pH, and thermal treatment affect the stability of beverages. The probiotic whey beverages with addition of orange powder and orange flavor were obtained from cheddar cheese whey. These whey beverages which are modern fermented were analyzed according to their sensory attributes such as color, flavor, taste, and texture ( Faisal et al., 2017 ).

The whey in commercial milk production processes is recycled to extract nutrients. Therefore, discarded whey has less usage than the discarded of whey produced in local milk processing. The local production of whey-barley beverage with functional ingredients was achieved from discarded whey at low cost ( Jain et al., 2013 ). Bakırcı and Kavaz (2006) reported some whey drinks products of the European market as “Frusighurt” originated from Germany, fruit or citrus added whey, as “Big M” originated from Germany, flavored and Е-vitamin enriched whey, as “Mango Molke-Mix” originated from Germany, mango extract and bif >l -lactic acid), as “Sureli” originated from Switzerland, 35% clean, proteinase, and carbonated whey, as “Fit” originated from Switzerland, 15% fruit pulp or mango extract added whey (carbonated), as “Latella” originated from Austria, whey plus mango plus maracuja and fruit pulp/citrus extract, as “Morea” originated from Franse, whey concentrate plus 40% mango, kiwi, and exotic fruit extract, as “Lambada” originated from Slovenia, 3% fruit syrup, sugar, whey, and flavor (exotic, kiwi, apricot, pineapple, lemon, orange, and mango), as “Hedelmatarha” originated from Finland, lactose hydrolyzed whey plus fruit, as “Taksi” originated from Norway, 85.3% whey plus 6.3% fruit concentrate plus coloring agent, as “Djoez” originated from Norway, 80% whey plus 12.8% fruit concentrate plus aroma, as “Fanna-fitt” originated from Hungary, and 80% fruit extracts plus sweet whey.

In alcoholic beverages, whey is a valuable source for the production of alcoholic beverages as lactose is the key component (70%) of whey dry matter. Alcoholic whey beverages, referred to as low alcohol (≤ 1.5%) beverages, include the direct fermentation of lactose (usually with yeast strains such as Kluyveromyces fragilis а также Saccharomyces lactis) or the addition of sucrose to obtain the desired alcohol level (0.5%–1.0%), aromatization, sweetening, and packaging stages. Thus, the amount of existing lactose transforms into lactic acid. While the remaining ferments are converted to alcohol, they give a refreshing sour taste to the final product.

Whey beer, which can be enriched with minerals or contain polysaccharide hydrolysates and vitamins, could be produced with or without addition of malt. Whey wine has low alcohol content (10%–11%) relatively, and it is usually flavored with fruit flavors. Whey wine production contains the following stages: purification, protein removal, lactose hydrolysis, transferring from the tailings and cooling, addition of yeasts and fermentation, transfer, ripening, filtration, and bottling ( Yerlikaya et al., 2010 ).

Any whey, shape, or form

Whey was discovered some 3,000 years ago, when it was unintentionally produced as a result of carrying milk in dried bags made from calves’ stomachs. The heat and native calf stomach enzyme, chymosin, curdled the milk, creating the liquid whey and the casein curd. Through the ages, these same biological and chemical principles have been studied, perfected and developed into an art and a science.

Смотреть видео: Изготовление БАД. (February 2020).