Moscow, Russian Federation
Moscow, Russian Federation
Moscow, Russian Federation
Moscow, Russian Federation
The purpose of research is to study the effect of thermal exposure on the processes of lipid peroxidation in milk intended for obtaining a fermented milk product of long-term mixed fermentation, and to determine the pasteurization temperature of the mixture. Tasks: determination of lipid oxidation indices in heat-treated milk when initiating free-radical oxidation and efficiency of pasteurization of raw materials. The objects of research are raw, thermized, pasteurized and ultra-pasteurized milk. To determine the products of lipid oxidation in the studied milk during the initiation of oxidation processes, an extraction-spectrophotometric method was used with the registration of lipid peroxides in the heptane and isopropanol phases. Registration of oxidation products was carried out using a spectrophotometer. The results obtained were expressed in terms of oxidation indices. The experiments carried out made it possible to establish that the content of primary and secondary products of lipid peroxidation in milk grows with an increase in the modes of its heat treatment. The highest values of lipid oxidation indices were obtained in UHT milk with a pasteurization temperature of 137 °C. The oxidation indices of the final oxidation products are inversely related to the pasteurization temperature. The optimal pasteurization temperature was chosen to obtain a fermented milk product of mixed fermentation, which allows maintaining sufficiently high microbiological safety indicators and, at the same time, a lower level of lipid oxidation under the influence of heat treatment (90–95 °C with a holding time of 3 min). The conducted studies show the potential use of lipid markers for the development of methods for thermal treatment of milk, which minimize the modification of fats and retain their inherent functionality and nutritional properties, which has a positive effect on the finished product with a long period of fermentation and maturation.
thermized milk, pasteurized, ultra-pasteurized, lipid oxidation indices, pasteurization temperature
Введение. Продукты гетероферментативного брожения содержат большое количество биологически активных веществ: органические кислоты, витамины, ферменты, спирты, многие из них обладают выраженной антиоксидантной активностью.
Вместе с тем, приготовление кисломолочных продуктов смешанного брожения, таких как кефир, кумыс и их аналоги продолжается от 12 до 16 ч и более с учетом дальнейшего созревания. Это предполагает необходимость привлечения особого внимания к безопасности молока, изучению процессов перекисного окисления липидов, при инициировании этих процессов в нем, эффективной тепловой обработке молока для обеспечения микробиологической безопасности и благоприятного течения процесса гетероферментативного брожения.
Чаще всего перекисное окисление является результатом взаимодействия жира с молекулярным кислородом [1]. Образующиеся при свободнорадикальном окислении липидов перекиси и гидроперекиси являются не стойкими соединениями. При их распаде выделяется атомарный кислород, окисляющий низкомолекулярные пептиды, ферменты, способствующий образованию веществ, ведущих к получению альдегидов. Конечным продуктом перекисного окисления липидов являются продукты взаимодействия альдегидов с аминокислотами, шиффовые основания, окисленные пептиды, модифицированные ферменты.
Окислению подвергаются прежде всего полиненасыщенные жирные кислоты молочного жира, которые являются более реакционно способными и биологически активными [2].
Химический состав липидов ядра молочного жирового шарика и его оболочки существенно различается. Ядра состоят в основном из триацилглицеринов, а оболочка представляет собой матрицу глицерофосфолипидов и доменов жидкого порядка, богатых холестерином. Разрушение оболочки жировых шариков под воздействием различных факторов ведет к ускорению свободнорадикального окисления этих фракций жира [3].
Изучение влияния температурных воздействий на процессы перекисного окисления липидов, при условии инициирования этих процессов, представляется актуальным направлением исследований, что особенно важно для приготовления продуктов длительного брожения.
Цель исследования – изучение влияния теплового воздействия на процессы перекисного окисления липидов в молоке, предназначенном для получения кисломолочного продукта длительного смешанного брожения, и определение температуры пастеризации смеси.
Задачи: определение индексов окисления липидов в термически обработанном молоке при инициировании свободнорадикального окисления и эффективности пастеризации сырья.
Объекты и методы. Объект исследования – молоко сырое (контроль), молокотермизированное, пастеризованное, ультрапастеризованное. Индексы окисления липидов в исследуемом молоке определяли экстракционно-спектрофотометрическим методом с использованием спектрофотометра UNICО [4, 5]. Для этого к объему исследуемого молока добавляли в равном соотношении гептан и изопропаноловый спирт. Полученную смесь встряхивали, центрифугировали. Освобожденный от белкового преципитата экстракт разбавляли смесью гептан-изопропанола, смешивали с водным раствором соляной кислоты и выдерживали в делительной воронке до разделения фаз. Затем декантировали верхнюю гептановую фазу, добавляя к нижней хлористый натрий. По истечении определенного времени декантировали изопропанольную фазу экстракта, свободную от воды. Данный метод предусматривает раздельную регистрацию продуктов свободнорадикального окисления липидов в гептановой и изопропанольной фазах липидного экстракта молока. Суть метода заключается в перегруппировке двойных связей в диеновые конъюгаты при перекисном окислении полиненасыщенных жирных кислот.
Спектрофотометрию каждой фазы липидного экстракта проводили при трех длинах волн – 232, 278 и 400 нм. В гептановой фазе определяли продукты перекисного окисления нейтральных липидов, в изопропанольной фазе – фосфолипидов [4, 6, 7]: Относительное содержание перекисей и гидроперекисей определяли по соотношению оптической плотности при 232 нм к контрольной оптической плотности при 220 нм (Е232/Е220): относительное содержание вторичных продуктов окисления (альдегидов, кетонов, оксикислот) определяли по соотношению оптической плотности (Е278/Е220); относительное содержание шиффовых оснований рассчитывали по соотношению оптической плотности (Е440/Е220) [5, 8].
Инициирование свободнорадикального окисления липидов в молоке проводили с использованием гептано-изопропанольной смеси [4, 5].
Эффективность пастеризации определяли по ГОСТ 3623-2015, содержание КМАФАнМ – по ГОСТ 32901-2014.
Результаты и их обсуждение. Результаты проведенных экспериментальных исследований показали, что относительное содержание первичных и вторичных продуктов окисления липидов в молоке, характеризующееся индексами окисления, изменяется в зависимости от условий термической обработки молока (табл. 1).
Установлено, что при инициировании перекисного окисления липидов процесс свободнорадикального окисления протекает более интенсивно в ультрапастеризованном молоке, подвергнутом наибольшему термическому воздействию (137 °С). В молоке, подвергнутом термизации, индекс первичных продуктов окисления относительно сырого молока увеличился незначительно на 12,4 %.
Таблица 1
Индексы окисления липидов в нативном и термически обработанном молоке
(гептановая фаза)
|
Вид сырья |
Первичные продукты окисления Е232/Е220 |
Вторичные продукты окисления Е278/Е220 |
Конечные продукты окисления Е400/Е220 |
|
Сырое молоко |
1,839 |
1,140 |
0,138 |
|
Термизированное молоко |
2,067 |
1,410 |
0,064 |
|
Пастеризованное 1 (85–87 °С с выдержкой 7 мин) |
2,979 |
2,210 |
– |
|
Пастеризованное 2 (90–92 °С с выдержкой 3 мин) |
2,982 |
2,290 |
– |
|
Ультрапастеризованное |
3,300 |
2,531 |
– |
Вместе с тем частичные изменения в структуре мембран жировых шариков, происходящие при термизации, в дальнейшем могут привести к интенсификации процесса окисления липидов. В результате частичной денатурации сывороточных белков, входящих в состав оболочек жировых шариков, структура липидной мембраны становится дискретной, что способствует доступности нейтральных жирных кислот, действию гипотетически активных форм кислорода.
Индекс окисления первичных продуктов пастеризованного молока увеличился относительно термизированного на 44 %. Температура пастеризации 90–95 °С с выдержкой 3 мин незначительно повлияла на исследуемые показатели в сравнении с пастеризацией при 85–87 °С. В ультрапастеризованном молоке индекс первичных продуктов окисления превышал аналогичные показатели термизированного молока почти на 59,6 %. Полученные результаты согласуются с данными зарубежных исследователей, указывающих на то, что при тепловой обработке молока концентрации перекисей, свободных жирных кислот, метилкетонов и окисленных жирных кислот имеют прямую зависимость от температуры [9].
Известно, что первичные продукты окисления являются неустойчивыми соединениями и быстро распадаются с образованием вторичных продуктов окисления – кетонов, альдегидов, которые также легко превращаются в конечные продукты окисления. Основным продуктом вторичного окисления насыщенных жирных кислот являются метилкетоны, присутствующие в сыром молоке, но их количество незначительно. В молоке эти вещества могут образовываться в результате
β-окисления насыщенных жирных кислот или прямого декарбоксилирования 3-кетожирных кислот. Согласно аналитическим данным, образование метилкетонов усиливается деградацией липидов при термической обработке, которая индуцирует β-окисление (до карбоксила) углеродной цепи жирных кислот с последующим декарбоксилированием β-кетокислот. Максимальная концентрация метилкетонов отмечается в УВТ-обработанном молоке [9].
Вторичные продукты окисления, также как и первичные, являются результатом воздействия температуры и имеют аналогичный характер изменения (табл. 1) [10]. Конечные продукты окисления – малоновый диальдегид, продукты взаимодействия альдегидов с аминогруппами, шиффовые основания, согласно аналитическим данным, имеют тенденцию уменьшения индексов окисления липидов при повышении температуры, что удалось в данной работе проследить на термизированном молоке.
Известно, что окисление фосфолипидов обусловлено взаимодействием ненасыщенных жирных кислот, входящих в структуру мембраны жировых шариков, с молекулярным кислородом, что приводит к образованию ненасыщенных гидроперекисей. Гидроперекиси липидов могут распадаться с образованием широкого спектра летучих и нелетучих вторичных продуктов окисления [11, 12].
Данные, представленные в таблице 2, показывают, что индексы первичных и вторичных продуктов перекисного окисления (ПО) липидов молока в изопропанольной фазе возрастают с увеличением теплового воздействия на молоко, а индексы конечных продуктов окисления с повышением температуры снижаются. Незначительное окисление жира в сыром молоке обусловлено действием антиоксидантной системы нативного молока. Сырое молоко содержит активные липазы, вызывающие гидролитическое расщепление молочного жира и образование свободных жирных кислот.
Таблица 2
Индексы окисления липидов в нативном и термически обработанном молоке
(изопропанольная фаза)
|
Партия молока |
Первичные ПО Е232/Е220 |
Вторичные ПО Е278/Е220 |
Конечные ПО Е400/Е220 |
|
Сырое |
0,713 |
0,307 |
0,032 |
|
Термизированное |
1,035 |
0,618 |
0,027 |
|
Пастеризованное 1 (85–87 °С с выдержкой 7 мин) |
1,173 |
0,791 |
0,016 |
|
Пастеризованное 2 (90–92 °С с выдержкой 3 мин) |
1,183 |
0,798 |
0,020 |
|
Ультрапастеризованное |
1,212 |
0,818 |
0,009 |
Далее была изучена эффективность пастеризации молока по наличию ферментов фосфатазы и пероксидазы (табл. 3). Результаты эксперимента показали, что несмотря на низкий уровень окислительных процессов, выявленный ранее, термизированное молоко нельзя использовать для приготовления кисломолочного продукта, так как в нем обнаружилась фосфатаза и довольно высокое содержание КМАФАнМ.
Таблица 3
Показатели эффективности пастеризации молока
|
Вид тепловой обработки |
Пероксидаза |
Фосфатаза |
КМАФАнМ, КОЕ/г |
|
Сырое |
+ |
+ |
8·105 |
|
Термизированное |
– |
+ |
4·105 |
|
Пастеризованное 1 (85–87 °С с выдержкой 7 мин) |
– |
– |
5·104 |
|
Пастеризованное 2 (90–92 °С с выдержкой 3 мин) |
– |
– |
1·104 |
|
Ультрапастеризованное |
– |
– |
180 |
В пастеризованном и ультрапастеризованном молоке ферменты фосфатаза и пероксидаза отсутствовали, что указывает на эффективность пастеризации. В молоке, пастеризованном при температуре 85–87 °С, показатели КМАФАнМ были несколько выше, чем при пастеризации 90–92 °С, в ультрапастеризованном молоке количество КМАФАнМ было наименьшим – 180 КОЕ/г.
В связи с этим рекомендуемым режимом пастеризации для приготовления кисломолочного продукта смешанного брожения является температура 90–92 °С с выдержкой 3 мин. Выбранная температура, по сравнению с температурой у/пастеризации, не оказывает значительного влияния на окислительные процессы и в то же время позволяет гарантировать наиболее высокие показатели микробиологической безопасности. Последнее особенно важно при производстве кисломолочных продуктов смешанного брожения с длительными периодами ферментации и созревания.
Заключение. В результате проведенных экспериментальных исследований изучено влияние температуры пастеризации молока на интенсивность процесса свободнорадикального окисления липидов. Доказано, что с увеличением температуры пастеризации интенсивность свободно-радикального окисления липидов в молоке возрастает.
Определено относительное содержание продуктов перекисного окисления нейтральных липидов (гептановая фаза) и фосфолипидов (изопропанольная фаза) на всех этапах процесса свободно-радикального окисления липидов в молоке сыром, термизированном, пастеризованном, ультрапастеризованном.
Установлено, что максимальные значения индексов первичных и вторичных продуктов перекисного окисления липидов получены в ультрапастеризованном молоке.
Относительное содержание конечных продуктов перекисного окисления липидов находится в обратной зависимости от температуры пастеризации молока.
Определена рекомендуемая температура пастеризации для приготовления кисломолочного продукта смешанного брожения (90–95 °С с выдержкой 3 мин), позволяющая гарантировать наиболее высокие показатели микробиологической безопасности и предположительно меньшее воздействие на состав молочного жира в сравнении с ультрапастеризацией.
Проведенные исследования показывают потенциальную возможность использования липидных маркеров для разработки методов теплового воздействия на молоко, минимизирующих модификацию жиров и сохраняющих присущую им функциональность и питательные свойства, что положительно сказывается на готовом продукте с длительным периодом ферментации и созревания.
1. Izuchenie tehnologicheskih svoystv digidrokvercetina / I.A. Radaeva [i dr.] // Molochnaya promyshlennost'. 2017. № 3. S. 67–68.
2. Tverdohleb G.V., Ramanauskas R.I. Himiya i fizika moloka i molochnyh produktov. M.: DeLi print, 2006. S. 39.
3. Vliyanie digidrokvercetina na ustoychivost' molochnogo zhira k okisleniyu / E.E. Illarionova [i dr.] // Molochnaya promyshlennost'. 2018. № 2. S. 67–68. DOI:https://doi.org/10.31515/1019-8946-2018-2-67-68.
4. Volchegorskiy I.A., Nalimov A.G., Yarovinskiy B.G. Sopostavlenie podhodov k opredeleniyu produktov perekisnogo okisleniya lipidov v geptan-izopropanol'nyh ekstraktah krovi // Voprosy medicinskoy himii. 1989. № 1. S. 127–131.
5. L'vovskaya E.I., Volchegorskiy I.A., Shemyakov S.E. Spektrofotometricheskoe opredelenie konechnyh produktov perekisnogo okisleniya lipidov // Voprosy medicinskoy himii. 1991. № 4. S. 92–93.
6. Ignat'eva G.V. Intensivnost' svobodnoradikal'nyh processov i sistemy antiokislitel'noy zaschity moloka i molochnyh produktov pri vozdeystvii prirodno-klimaticheskih i tehnologicheskih faktorov: avtoref. dis. … kand. biolog. nauk. Kursk, 2013. 22 s.
7. Harakteristika parametrov lipoperoksidacii i karbonilirovaniya belkov moloka krupnogo rogatogo skota urbanizirovannogo regiona / Yu.A. Podol'nikova [i dr.] // Racional'noe pitanie, pischevye dobavki i biostimulyatory. 2014. № 6. S. 36–38.
8. Patent RU 2395235 Ros. Federaciya: MPK A 61 V 10/00, G 011 № 33/92. Sposob ranney diagnostiki razvitiya nestabil'nosti endoproteza posle total'nogo endoprotezirovaniya po povodu osteoartroza tazobedrennogo sustava / Dryagin V.G., Istomin I.A., Sumnaya D.B., L'vovskaya E.I., Sadova V.A.; patentoobladatel' Dryagin V.G. № 2009113434/14, zayavl.10.04.2009, opubl. 27.07.2010, Byul. № 21. 11 s.
9. Fernandez-Avila S., Gutierrez-Merida C., Trujillo A.J. Physicochemical and sensory characteristics of a UHT milk-based product enriched with conjugated linoleic acid emulsified by Ultra-High Pressure Homogenization // Innovative Food Science & Emerging Technologies. Vol. 39. № 2. 2017. P. 275–283.
10. Donskaya G.A., Drozhzhin V.M., Dobriyan E.I. Svobodnye zhirnye kisloty kak ocenochnye kriterii kachestva pit'evogo moloka // Pischevaya promyshlennost'. 2021. № 8. S. 54–57. DOI: 10.52653 /PPI.2021.8.8.014.
11. Radaeva M.V., Kontorschikova K.N., Koroleva E.F. Sostoyanie perekisnogo okisleniya lipidov i antiokidantnoy sistemy kak pokazatel' effektivnosti i bezopasnosti ozonoterapii // Kazanskiy medicinskiy zhurnal. 2007. T. 88, № 4. S. 129–131.
12. Flavor and flavor chemistry differences among milks processed by high-temperature, short-time pasteurization or ultra-pasteurization / Y. Jo [et al.] // Journal of Dairy Science. 2018. Vol. 101. № 5. P. 3812–3828.
