Улучшение структурных свойств кисломолочного продукта внесением модифицированных сывороточных белков

Предисловие: Помимо продления сроков годности молочной продукции ультрафиолетовое (УФ) облучение находит применение как катализатор денатурации и полимеризации сывороточных белков молока. Однако область использования в технологии кисломолочных продуктов УФ полимеризованных сывороточных белков остается мало изученной. 
Цель: Определение закономерностей воздействия УФ облучения на физико-химические изменения сывороточных белков и их влияние на показатели кисломолочных модельных систем. 
Материалы и методы: В исследовании был использован пилотный УФ реактор проточного типа (254 нм, поток излучения 7,3 Вт, зазор 400 мкм, скорость потока 6,67 мл/с). В качестве индикаторов УФ денатурации белков оценивали растворимость белка и степень денатурации β-лактоглобулина методом ВЭЖХ. В кисломолочных продуктах оценивали влагоудерживающую способность и структурно-механические показатели. 
Результаты: Наибольший эффект агрегации белков с возрастанием дозы УФ облучения с 0 до 185 Дж/мл был достигнут в растворе концентрата сывороточных белков (КСБ) с м.д. белка 3%, выражающийся снижением растворимости белка с (92 ± 1,67) до (31 ± 2,1) % и повышением степени денатурации β-лактоглобулина с (20 ± 2,4) до (94 ± 2,7) %. Образец кисломолочного продукта, содержащий 60% облученного раствора КСБ (37 Дж/мл), по сравнению с контрольным показал повышение в три раза прочностных характеристик до (5,7 ± 0,1) кПа, а также снижение в два раза степени потери вязкости (33,3%). 
Применение результатов: Полученные результаты работы будут положены в основу дальнейших исследований по оптимизации УФ облучения растворов сывороточных белков для их применения в технологии кисломолочных продуктов.

1. Alberini, F., Simmons, M. J. H., Parker, D. J., & Koutchma, T. (2015). Validation of hydrodynamic and microbial inactivation models for UV-C treatment of milрk in a swirl-tube ‘SurePure TurbulatorTM’. Journal of Food Engineering, 162, 63–69. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2015.04.009

2. Ansari, J. A., Ismail, M., & Farid, M. (2019). Investigate the efficacy of UV pretreatment on thermal inactivation of Bacillus subtilis spores in different types of milk. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 52(July 2018), 387–393. https://doi.org/10.1016/j.ifset.2019.02.002

3. Blázquez, E., Rodríguez, C., Ródenas, J., Navarro, N., Riquelme, C., Rosell, R., … Polo, J. (2019). Evaluation of the effectiveness of the SurePure Turbulator ultraviolet-C irradiation equipment on inactivation of different enveloped and non-enveloped viruses inoculated in commercially collected liquid animal plasma. PLOS ONE, 14(2), e0212332. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0212332

4. Cappozzo, J. C., Koutchma, T., & Barnes, G. (2015). Chemical characterization of milk after treatment with thermal (HTST and UHT) and nonthermal (turbulent flow ultraviolet) processing technologies. Journal of Dairy Science, 98(8), 5068–5079. https://doi.org/10.3168/JDS.2014-9190

5. Cilliers, F. P., Gouws, P. A., Koutchma, T., Engelbrecht, Y., Adriaanse, C., & Swart, P. (2014). A microbiological, biochemical and sensory characterisation of bovine milk treated by heat and ultraviolet (UV) light for manufacturing Cheddar cheese. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 23, 94–106. https://doi.org/10.1016/j.ifset.2014.03.005

6. de Castro, R. J. S., Domingues, M. A. F., Ohara, A., Okuro, P. K., dos Santos, J. G., Brexó, R. P., & Sato, H. H. (2017). Whey protein as a key component in food systems: Physicochemical properties, production technologies and applications. Food Structure, 14, 17–29. https://doi.org/10.1016/j.foostr.2017.05.004

7. Delorme, M. M., Guimarães, J. T., Coutinho, N. M., Balthazar, C. F., Rocha, R. S., Silva, R., … Cruz, A. G. (2020). Ultraviolet radiation: An interesting technology to preserve quality and safety of milk and dairy foods. Trends in Food Science and Technology, 102(March), 146–154. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2020.06.001

8. Díaz, O., Candia, D., & Cobos, Á. (2016). Effects of ultraviolet radiation on properties of films from whey protein concentrate treated before or after film formation. Food Hydrocolloids, 55, 189–199. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2015.11.019

9. Engin, B., & Karagul Yuceer, Y. (2012). Effects of ultraviolet light and ultrasound on microbial quality and aroma-active components of milk. Journal of the Science of Food and Agriculture, 92(6), 1245–1252. https://doi.org/10.1002/jsfa.4689

10. Fang, T., & Guo, M. (2019). Physicochemical, texture properties, and microstructure of yogurt using polymerized whey protein directly prepared from cheese whey as a thickening agent. Journal of Dairy Science, 102(9), 7884–7894. https://doi.org/10.3168/JDS.2018-16188

11. Hariono, B., Wijaya, R., & Bakri, A. (2020). Comparative study on the chemical and microbiological properties of goat milk pasteurization through serial and circulation systems of ultraviolet method. Journal of Physics: Conference Series, 1450(1), 012005. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1450/1/012005

12. Hu, G., Zheng, Y., Liu, Z., Deng, Y., & Zhao, Y. (2016). Structure and IgE-binding properties of α-casein treated by high hydrostatic pressure, UV-C, and far-IR radiations. Food Chemistry, 204, 46–55. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2016.02.113

13. Keklik, N. M., Elik, A., Salgin, U., Demirci, A., & Koçer, G. (2019). Inactivation of Staphylococcus aureus and Escherichia coli O157:H7 on fresh kashar cheese with pulsed ultraviolet light. Food Science and Technology International, 25(8), 680–691. https://doi.org/10.1177/1082013219860925

14. Koutchma, T. (2019). Advances in UV-C Light Technology Improve Safety and Quality Attributes of Juices, Beverages, and Milk Products | Food Safety.

15. Kristo, E., Hazizaj, A., & Corredig, M. (2012). Structural changes imposed on whey proteins by UV irradiation in a continuous UV light reactor. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 60(24), 6204–6209. https://doi.org/10.1021/jf300278k

16. Kuan, Y. H., Bhat, R., & Karim, A. A. (2011). Emulsifying and Foaming Properties of Ultraviolet-Irradiated Egg White Protein and Sodium Caseinate. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 59(8), 4111–4118. https://doi.org/10.1021/jf104050k

17. Kumar, A., Nayak, R., Purohit, S. R., & Rao, P. S. (2021). Impact of UV-C irradiation on solubility of Osborne protein fractions in wheat flour. Food Hydrocolloids, 110, 105845. https://doi.org/10.1016/J.FOODHYD.2020.105845

18. Lacivita, V., Conte, A., Manzocco, L., Plazzotta, S., Zambrini, V. A., Del Nobile, M. A., & Nicoli, M. C. (2016). Surface UV-C light treatments to prolong the shelf-life of Fiordilatte cheese. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 36, 150–155. https://doi.org/10.1016/J.IFSET.2016.06.010

19. Louis Bresson, J., Burlingame, B., Dean, T., Fairweather-Tait, S., Heinonen, M., Ildico Hirsch-Ernst, K., … Schlatter, J. (2016). Safety of UV-treated milk as a novel food pursuant to Regulation (EC) No 258/97 EFSA Panel on Dietetic Products, Nutrition and Allergies (NDA) Panel members. EFSA Journal, 14(1), 4370. https://doi.org/10.2903/j.efsa.2016.4370

20. Nicolai, T., Britten, M., & Schmitt, C. (2011). β-Lactoglobulin and WPI aggregates: Formation, structure and applications. Food Hydrocolloids, 25(8), 1945–1962. https://doi.org/10.1016/J.FOODHYD.2011.02.006

21. Ochoa-Velasco, C. E., Díaz-Lima, M. C., Ávila-Sosa, R., Ruiz-López, I. I., Corona-Jiménez, E., Hernández-Carranza, P., … Guerrero-Beltrán, J. A. (2018). Effect of UV-C light on Lactobacillus rhamnosus, Salmonella Typhimurium, and Saccharomyces cerevisiae kinetics in inoculated coconut water: Survival and residual effect. Journal of Food Engineering, 223, 255–261. https://doi.org/10.1016/J.JFOODENG.2017.10.010

22. Peng, K., Koubaa, M., Bals, O., & Vorobiev, E. (2020). Recent insights in the impact of emerging technologies on lactic acid bacteria: A review. Food Research International, 137, 109544. https://doi.org/10.1016/J.FOODRES.2020.109544

23. Pisanello, D., & Caruso, G. (2018). Novel Foods in the European Union. Cham: Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-319-93620-8

24. Ricciardi, F. E., Pedros-Garrido, S., Papoutsis, K., Lyng, J. G., Conte, A., & Nobile, M. A. Del. (2020). Novel Technologies for Preserving Ricotta Cheese: Effects of Ultraviolet and Near-Ultraviolet-Visible Light. https://doi.org/10.3390/foods9050580

25. Schmid, M., Held, J., Hammann, F., Schlemmer, D., & Noller, K. (2015). Effect of UV-Radiation on the Packaging-Related Properties of Whey Protein Isolate Based Films and Coatings. Packaging Technology and Science, 28(10), 883–899. https://doi.org/10.1002/PTS.2150

26. Sindayikengera, S., & Xia, W. (2006). Nutritional evaluation of caseins and whey proteins and their hydrolysates from Protamex. Journal of Zhejiang University SCIENCE B, 7(2), 90–98. https://doi.org/10.1631/jzus.2006.B0090

27. Singh, H., Bhardwaj, S. K., Khatri, M., Kim, K. H., & Bhardwaj, N. (2021). UVC radiation for food safety: An emerging technology for the microbial disinfection of food products. Chemical Engineering Journal, 417, 128084. https://doi.org/10.1016/J.CEJ.2020.128084

28. Ustunol, Z., & Mert, B. (2004). Water solubility, mechanical, barrier, and thermal properties of cross-linked whey protein isolate-based films. Journal of Food Science, 69(3), FEP129–FEP133. https://doi.org/10.1111/J.1365-2621.2004.TB13365.X

29. Vásquez-Mazo, P., Loredo, A. G., Ferrario, M., & Guerrero, S. (2019). Development of a Novel Milk Processing to Produce Yogurt with Improved Quality. Food and Bioprocess Technology, 12(6), 964–975. https://doi.org/10.1007/s11947-019-02269-z

30. Zhang, X., Sun, X., Gao, F., Wang, J., & Wang, C. (2019). Systematical characterization of physiochemical and rheological properties of thermal-induced polymerized whey protein. Journal of the Science of Food and Agriculture, 99(2), 923–932. https://doi.org/10.1002/jsfa.9264

31. Донская, Г. А. (2021). Инновационные технологии обработки молока. Пищевая Промышленность, (7), 55–58. https://doi.org/10.52653/PPI.2021.7.7.017

32. Жижин, Н. А. (2022). ВЭЖХ анализ фурозина, Β-лактоглобулина и лактулозы как критерий оценки тепловой нагрузки на молоко. Зоотехния, (3), 32–36. https://doi.org/10.25708/ZT.2022.16.19.010

33. Забодалова, Л. А., & Белозерова, М. С. (2016). Инженерная реология: Учеб.-метод. пособие. Санкт-Петербург: Университет ИТМО.

34. Мяленко, Д. М., & Головань, Н. С. (2020). Влияние ультрафиолетового излучения на санитарно-гигиенические показатели полиэтиленовой пленки, наполненной неорганическими компонентами, для молочной продукции. Вестник Красноярского Государственного Аграрного Университета, (11(164)), 205–212. https://doi.org/10.36718/1819-4036-2020-11-205-212

35. Рязанцева К.А., Шерстнева Н.Е., & Агаркова Е.Ю. (2022). Использование ультрафиолетовой обработки для улучшения консистенции ферментированных сывороточных напитков. Молочная Промышленность, (4), 42–45. https://doi.org/10.31515/1019-8946-2022-04-42-45

36. Федотова, О. Б. (2021). Роль упаковки в хранении молочной продукции увеличенных сроков годности. Молочная Промышленность, (9), 6–8. https://doi.org/10.31515/1019-8946-2021-09-6-8

37. Федотова, О. Б., & Мяленко, Д. М. (2020). Исследование физико-механических показателей наполненной пищевой сажей полиэтиленовой пленки для молочной и пищевой продукции после воздействия на нее импульсным ультрафиолетовым излучением. Вестник Красноярского Государственного Аграрного Университета, (7(160)), 166–172. https://doi.org/10.36718/1819-4036-2020-7-166-172

38. Федотова, О. Б., & Мяленко, Д. М. (2021). Безопасность упаковки, формируемой в процессе производства молочной продукции. Молочная Промышленность, (2), 11–13. https://doi.org/10.31515/1019-8946-2021-02-11-13

39. Федотова, О. Б., & Пряничникова, Н. С. (2021). Исследование изменения структуры полиэтиленового слоя упаковки, контактирующего с пищевым продуктом при воздействии ультрафиолетового излучения. Пищевые Системы, 4(1), 56–61. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2021-4-1-56-61

40. Юрова, Е. А. (2017). Идентификация молока-сырья подтверждение соответствия требованиям ТР ТС 033/2013. Молочная Промышленность, 1, 16–18.

41. Юрова, Е. А. (2019). Особенность контроля молочной продукции по показателям качества и безопасности. Переработка Молока, 6–9. https://doi.org/10.33465/2222-5455-2019-4-6-8