spfpХранение и переработка сельхозсырьяStorage and Processing of Farm Products2072-96692658-767XРОСБИОТЕХ10.36107/spfp.2021.191spfp-191Research ArticleБИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫBIOTECHNOLOGICAL AND MICROBIOLOGICAL ASPECTSКонтроль активности воды в технологии лактулозосодержащей сывороткиMonitoring of Water Activity in Lactulose-Containing Serum Technologyhttps://orcid.org/0000-0003-2310-2838ПономареваЕлена ИвановнаPonomarevaElena I.elena6815@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1612-0018ТитовСергей АлександровичTitovSergey A.125titov@mail.ruЖдановВсеволод НиколаевичZhdanovVladimir N.125titov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2949-2048ГубареваЮлия ПавловнаGubarevaJulia P.yuliya.gubareva.95@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4015-2485ТерещенкоДарина АнатольевнаTereshchenkoDarina A.dasga2005@yndex.ruФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет инженерных технологий»РоссияVoronezh State University of Engineering TechnologiesRussian FederationФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет инженерных технологий»РоссияVoronezh State University of Engineering TechnologiesRussian FederationOOO «Домодедово Кэтеринг»РоссияLLC "Domodedovo Catering”Russian Federation20213003202101Хранение и переработка сельхозсырья8292Copyright © Пономарева Е.И., Титов С.А., Жданов В.Н., Губарева Ю.П., Терещенко Д.А., 20212021Пономарева Е.И., Титов С.А., Жданов В.Н., Губарева Ю.П., Терещенко Д.А.Ponomareva E.I., Titov S.A., Zhdanov V.N., Gubareva J.P., Tereshchenko D.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.spfp-mgupp.ru/jour/article/view/191

Одним из основных способов обогащения молочной сыворотки пребиотическими веществами является модифицирование ее состава путем мембранной электрофлотации с последующей изомеризацией. В результате этих процессов происходит частичный переход содержащейся в сыворотке лактозы в лактулозу. В настоящей работе исследовали нанофильтрационное концентрирование лактулозосодержащей сыворотки,  полученной мембранной электрофлотацией, с целью выяснения роли осмотических явлений в этом процессе. Зависимость скорости нанофильтрации сыворотки после электрофлотационной и термической обработки от концентрации сухих веществ имеет «плато», начинающееся при концентрации 8-10 %. Это связано с тем, что лактоза и минеральные соли в слоях сыворотки, прилегающих к мембране, связывают значительное количество воды в гидратных оболочках. Благодаря возникающему на мембране градиенту концентрации свободной воды происходит ее диффузия через мембрану. Измерения активности воды в лактулозосодержащей флотированной сыворотке в зависимости от концентрации сухих веществ подтверждают это предположение. На основании этих измерений сделана оценка увеличения концентрации сыворотки в пограничном слое по сравнению с объемом, оказавшегося равным 3. Влиянию гидратации сухих веществ сыворотки на скорость фильтрации можно дать теоретическое обоснование в рамках количественной физической модели, связывающей скорость фильтрации с активностью воды. Установлено, что использование лактулозосодержащей пищевой добавки на основе творожной сыворотки в производстве хлебобулочных изделий способствует получению готового продукта с пребиотическими свойствами. Кроме этого, применение модифицированной творожной сыворотки позволит обогатить полученное изделие минеральными веществами.

One of the main ways of enriching whey with prebiotic substances is to modify its composition by membrane electro-flotation followed by isomerization. As a result of these processes, a partial transition of serum lactose to lactulose occurs. In this work, we studied the nanofiltration concentration of the lactulose-containing serum obtained by this method in order to clarify the role of osmotic phenomena in this process. The dependence of the filtration rate of lactulose-containing flotated serum on the solids content undergoes a jump at a solids content of 8-10%. This is due to the fact that the boundary layers with a high concentration of lactose contain mainly water bound in hydration shells. Due to the concentration gradient of free water arising on the membrane, it diffuses through the membrane.. Measurement of water activity in lactulose-containing floated whey depending on the concentration of dry matter confirm this assumption. Based on these measurements, an estimate was made of the increase in the concentration of serum in the boundary layer compared to the volume, which turned out to be equal to 3.The effect of whey solids hydration on the filtration rate can be given a theoretical justification in the framework of a quantitative physical model linking filtration rate with water activity. It is established that the use of lactulose-containing food additives based on curd whey in the production of bakery products contributes to the production of a finished product with prebiotic properties. In addition, the use of modified curd whey will enrich the resulting product with minerals.

гидратация пищевых компонентовлактулозосодержащая сывороткамембранная электрофлотацияактивность водыхлебобулочные изделия с сывороткойlactulose-containing serummembrane electroflotationbakery products.ReferencesАзильханов, А. С., & Смольникова, Ф. Х. (2013). Применение молочной сыворотки в хлебопечении. В Инновационные технологии в пищевой промышленности: наука, образование и производство: Сборник международной научно-технической конференции (с. 69-72). Воронеж: Воронежский государственный университет инженерных технологий.Azil'khanov, A. S., & Smol'nikova, F. Kh. (2013). Primenenie molochnoi syvorotki v khlebopechenii [The use of whey in bakery]. In Innovatsionnye tekhnologii v pishchevoi promyshlennosti: nauka, obrazovanie i proizvodstvo: Sbornik mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii [Innovative technologies in the food industry: science, education and production: Collection of the international scientific and technical conference] (pp. 69-72). Voronezh: Voronezhskii gosudarstvennyi universitet inzhenernykh tekhnologii.Баулина, Т. В., Щербакова, И. Г., & Зубцова, Ю. И. (2015). Применение в хлебопекарном производстве вторичных молочных продуктов. Евразийский Союз Ученых, 4, 23-26.Baulina, T. V., Shcherbakova, I. G., & Zubtsova, Yu. I. (2015). Primenenie v khlebopekarnom proizvodstve vtorichnykh molochnykh produktov [Application in bakery production of secondary dairy products]. Evraziiskii Soyuz Uchenykh [Eurasian Union of Scientists], 4, 23-26.Володин, Д. Н., Топалов, В. К., Евдокимов, И. А., Чаблин, Б. В., & Журко, Ф. Г. (2010). Применение баромембранных процессов в технологии сухих продуктов. Переработка молока, 8, 30-32.Khramtsov, A. G. (2007). Laktoza i ee proizvodnye [Lactose and its derivatives]. S-Petersburg: Professiya.Лазарев, С. И., Головин, Ю. М., Хорохорина, И. В., & Хохлов, П. А. (2020). Исследование структурной организации поверхностного слоя и состояния воды в ультрафильтрационных композиционных мембранах. Физикохимия Поверхности и Защита Материалов, 56(2), 132-137. https://doi.org/10.31857/s0044185620020151Khramtsov, A. G. (2011). Obogashchenie khlebobulochnykh i konditerskikh izdelii laktulozoi iz molochnogo syr'ya [Enrichment of bakery and confectionery products with lactulose from dairy raw materials]. Khlіbopekars'ka і konditers'ka promislovіst' Ukraїni [Bakery and confectionery industry of Ukraine], 3, 35-36.Леонидов, Д. С. (2012). Пребиотик лактулоза: эффективная стратегия развития здорового питания. Пищевые ингредиенты, сырье и добавки, 2, 36-39.Lazarev, S. I., Golovin, Yu. M., Khorokhorina, I. V., & Khokhlov, P. A. (2020). Issledovanie strukturnoi organizatsii poverkhnostnogo sloya i sostoyaniya vody v ul'trafil'tratsionnykh kompozitsionnykh membranakh [Investigation of the structural organization of the surface layer and the state of water in ultrafiltration composite membranes]. Fizikokhimiya Poverkhnosti i Zashchita Materialov [Physicochemistry of Surfaces and Protection of Materials], 56(2), 132-137. https://doi.org/10.31857/s0044185620020151Лукин, А. А., Чаплинский, В. В., & Душкова, М. А. (2015). Биотехнологические аспекты использования молочной сыворотки в технологии хлебобулочных изделий. АПК России, 72(2), 103-110.Leonidov, D. S. (2012). Prebiotik laktuloza: effektivnaya strategiya razvitiya zdorovogo pitaniya [Prebiotic lactulose: an effective strategy for the development of a healthy diet]. Pishchevye ingredienty, syr'e i dobavki [Food ingredients, raw materials and additives], 2, 36-39.Рябцева, С. А. (2003). Технология лактулозы. М.: ДеЛипринт.Lukin, A. A., Chaplinskii, V. V., & Dushkova, M. A. (2015). Biotekhnologicheskie aspekty ispol'zovaniya molochnoi syvorotki v tekhnologii khlebobulochnykh izdelii [Biotechnological aspects of the use of whey in the technology of bakery products]. APK Rossii [Agro-industrial complex of Russia], 72(2), 103-110.Титов, С. А., Довгун, Н. П., & Жданов, В. Н. (2014). Свойства творожной сыворотки после электрофлотационной обработки. Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК – продукты здорового питания, 1(1), 79-83.Ryabtseva, S. A. (2003). Tekhnologiya laktulozy [Lactulose technology]. Moscow: DeLiprint.Храмцов, А. Г. (2007). Лактоза и ее производные. СПб.: Профессия.Titov, S. A., Dovgun, N. P., & Zhdanov, V. N. (2014). Svoistva tvorozhnoi syvorotki posle elektroflotatsionnoi obrabotki [Properties of curd whey after electroflotation treatment]. Tekhnologii pishchevoi i pererabatyvayushchei promyshlennosti APK – produkty zdorovogo pitaniya [Technologies of the food and processing industry of the agro-industrial complex - healthy food products], 1(1), 79-83.Храмцов, А. Г. (2011). Обогащение хлебобулочных и кондитерских изделий лактулозой из молочного сырья. Хлібопекарська і кондитерська промисловість України, 3, 35-36.Tsyganova, T. B. & Stal'nova, I. A. (2009). Khleb s laktulozoi [Lactulose bread]. Konditerskoe i khlebopekarnoe proizvodstvo [Confectionery and bakery production], 11, 26-28.Цыганова, Т. Б. & Стальнова, И. А. (2009). Хлеб с лактулозой. Кондитерское и хлебопекарное производство, 11, 26-28.Volodin, D. N., Topalov, V. K., Evdokimov, I. A., Chablin, B. V., & Zhurko, F. G. (2010). Primenenie baromembrannykh protsessov v tekhnologii sukhikh produktov [Application of baromembrane processes in dry product technology]. Pererabotka moloka [Milk processing], 8, 30-32.Aguirre Montesdeoca, V., Bakker, J., Boom, R. M., Janssen, A. E. M., & Van der Padt, A. (2019). Ultrafiltration of non-spherical molecules. Journal of Membrane Science, 570-571, 322-332. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2018.10.053Aguirre Montesdeoca, V., Bakker, J., Boom, R. M., Janssen, A. E. M., & Van der Padt, A. (2019). Ultrafiltration of non-spherical molecules. Journal of Membrane Science, 570-571, 322-332. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2018.10.053Bandini, S., & Morelli, V. (2017). Effect of temperature, pH and composition on nanofiltration of mono/disaccharides: Experiments and modeling assessment. Journal of Membrane Science, 533, 57-74. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2017.03.021Bandini, S., & Morelli, V. (2017). Effect of temperature, pH and composition on nanofiltration of mono/disaccharides: Experiments and modeling assessment. Journal of Membrane Science, 533, 57-74. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2017.03.021Dey, P., Linnanen, L., & Pal, P. (2012). Separation of lactic acid from fermentation broth by cross flow nanofiltration: Membrane characterization and transport modelling. Desalination, 288, 47-57. https://doi.org/10.1016/j.desal.2011.12.009Dey, P., Linnanen, L., & Pal, P. (2012). Separation of lactic acid from fermentation broth by cross flow nanofiltration: Membrane characterization and transport modelling. Desalination, 288, 47-57. https://doi.org/10.1016/j.desal.2011.12.009Fadaei, F., Hoshyargar, V., Shirazian, S., & Ashrafizadeh, S. N. (2012). Mass transfer simulation of ion separation by nanofiltration considering electrical and dielectrical effects. Desalination, 284, 316-323. https://doi.org/10.1016/j.desal.2011.09.018Fadaei, F., Hoshyargar, V., Shirazian, S., & Ashrafizadeh, S. N. (2012). Mass transfer simulation of ion separation by nanofiltration considering electrical and dielectrical effects. Desalination, 284, 316-323. https://doi.org/10.1016/j.desal.2011.09.018Fuoco, A., Galier, S., Roux-de Balmann, H., & De Luca, G. (2018). Correlation between Computed Ion Hydration Properties and Experimental Values of Sugar Transfer through Nanofiltration and Ion Exchange Membranes in Presence of Electrolyte. Computation, 6(3), 42. https://doi.org/10.3390/computation6030042Fuoco, A., Galier, S., Roux-de Balmann, H., & De Luca, G. (2018). Correlation between Computed Ion Hydration Properties and Experimental Values of Sugar Transfer through Nanofiltration and Ion Exchange Membranes in Presence of Electrolyte. Computation, 6(3), 42. https://doi.org/10.3390/computation6030042Mattaraj, S., Jarusutthirak, C., Charoensuk, C., & Jiraratananon, R. (2011). A combined pore blockage, osmotic pressure, and cake filtration model for crossflow nanofiltration of natural organic matter and inorganic salts. Desalination, 274(1-3), 182-191. https://doi.org/10.1016/j.desal.2011.02.010Mattaraj, S., Jarusutthirak, C., Charoensuk, C., & Jiraratananon, R. (2011). A combined pore blockage, osmotic pressure, and cake filtration model for crossflow nanofiltration of natural organic matter and inorganic salts. Desalination, 274(1-3), 182-191. https://doi.org/10.1016/j.desal.2011.02.010Oatley, D. L., Llenas, L., Pérez, R., Williams, P. M., Martínez-Lladó, X., & Rovira, M. (2012). Review of the dielectric properties of nanofiltration membranes and verification of the single oriented layer approximation. Advances in Colloid and Interface Science, 173, 1-11. https://doi.org/10.1016/j.cis.2012.02.001Oatley, D. L., Llenas, L., Pérez, R., Williams, P. M., Martínez-Lladó, X., & Rovira, M. (2012). Review of the dielectric properties of nanofiltration membranes and verification of the single oriented layer approximation. Advances in Colloid and Interface Science, 173, 1-11. https://doi.org/10.1016/j.cis.2012.02.001Rice, G., Kentish, S., O’Connor, A., Stevens, G., Lawrence, N., & Barber, A. (2006). Fouling behaviour during the nanofiltration of dairy ultrafiltration permeate. Desalination, 199(1-3), 239-241. https://doi.org/10.1016/j.desal.2006.03.058Rice, G., Kentish, S., O’Connor, A., Stevens, G., Lawrence, N., & Barber, A. (2006). Fouling behaviour during the nanofiltration of dairy ultrafiltration permeate. Desalination, 199(1-3), 239-241. https://doi.org/10.1016/j.desal.2006.03.058Seker, M., Buyuksari, E., Topcu, S., Babaoglu, D. S., Celebi, D., Keskinler, B., & Aydiner, C. (2017). Effect of pretreatment and membrane orientation on fluxes for concentration of whey with high foulants by using NH3/CO2 in forward osmosis. Bioresource Technology, 243, 237-246. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.06.101Seker, M., Buyuksari, E., Topcu, S., Babaoglu, D. S., Celebi, D., Keskinler, B., & Aydiner, C. (2017). Effect of pretreatment and membrane orientation on fluxes for concentration of whey with high foulants by using NH3/CO2 in forward osmosis. Bioresource Technology, 243, 237-246. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.06.101Tansel, B. (2012). Significance of thermodynamic and physical characteristics on permeation of ions during membrane separation: Hydrated radius, hydration free energy and viscous effects. Separation and Purification Technology, 86, 119-126. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2011.10.033Tansel, B. (2012). Significance of thermodynamic and physical characteristics on permeation of ions during membrane separation: Hydrated radius, hydration free energy and viscous effects. Separation and Purification Technology, 86, 119-126. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2011.10.033

The authors declare that there are no conflicts of interest present.