Контроль активности воды в технологии лактулозосодержащей сыворотки

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.

1. Азильханов, 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.

2. Баулина, Т. В., Щербакова, И. Г., & Зубцова, Ю. И. (2015). Применение в хлебопекарном производстве вторичных молочных продуктов. Евразийский Союз Ученых, 4, 23-26.

3. 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.

4. 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/s0044185620020151

5. Леонидов, Д. С. (2012). Пребиотик лактулоза: эффективная стратегия развития здорового питания. Пищевые ингредиенты, сырье и добавки, 2, 36-39.

6. Лукин, А. А., Чаплинский, В. В., & Душкова, М. А. (2015). Биотехнологические аспекты использования молочной сыворотки в технологии хлебобулочных изделий. АПК России, 72(2), 103-110.

7. Рябцева, С. А. (2003). Технология лактулозы. М.: ДеЛипринт.

8. 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.

9. Храмцов, А. Г. (2007). Лактоза и ее производные. СПб.: Профессия.

10. Храмцов, А. Г. (2011). Обогащение хлебобулочных и кондитерских изделий лактулозой из молочного сырья. Хлібопекарська і кондитерська промисловість України, 3, 35-36.

11. Цыганова, Т. Б. & Стальнова, И. А. (2009). Хлеб с лактулозой. Кондитерское и хлебопекарное производство, 11, 26-28.

12. 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.2018.10.053

13. Bandini, 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.2017.03.021

14. Dey, 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.2011.12.009

15. Fadaei, 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.2011.09.018

16. Fuoco, 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/computation6030042

17. Mattaraj, 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.2011.02.010

18. Oatley, 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.2012.02.001

19. Rice, 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.2006.03.058

20. Seker, 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.2017.06.101

21. Tansel, 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