ВведениеМолоко и молочные продукты входят в списокДоктрины продовольственной безопасности РФи имеют большое значение в рационе питаниянаселения. Пищевая ценность молока состоит в том,что оно содержит все необходимые для человеческогоорганизма питательные вещества (белки, жиры,углеводы, минеральные вещества, витамины и594Melnikova E.I. et al. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):592–601воду) в сбалансированных соотношениях и легкоперевариваемой форме [1]. Современные тенденцииразвития пищевой индустрии определяют новыйвзгляд на молоко-сырье как источник для полученияширокого ассортимента ингредиентов с различнымифункционально-технологическими свойствами [2].Благодаря своим уникальным характеристикамони нашли применение при производстве про-дуктов функционального, специализированногои детского питания, а также в мясной, молочной,пивобезалкогольной, кондитерской и хлебопекарнойотраслях пищевой промышленности [3, 4].Большое научное и практическое значение вразвитии данного направления имеют технологииразработки белковых ингредиентов, содержащихразличные фракции казеина и сывороточных белков.Их высокая биологическая ценность обусловленасбалансированным содержанием аминокислот сразветвленной алифатической боковой цепью (валина,лейцина и изолейцина), а также легкой и почти полнойперевариваемостью в желудочно-кишечном трактечеловека [5, 6]. К таким ингредиентам относятсякислотный и сычужный казеины, казеинаты,копреципитаты, концентраты и изоляты молочныхи сывороточных белков. Темпы их производства впоследние несколько лет постоянно растут (рис. 1).Технологии традиционных белковых ингреди-ентов (казеины, казеинаты, копреципитаты) необеспечивают сохранение их нативных свойств.К более востребованным ингредиентам с высокойбиологической ценностью относятся белко-вые концентраты, полученные с применениеммембранных технологий фракционирования компо-нентов как молока, так и вторичного молочногосырья (например, концентраты молочных белков, ми-целлярного казеина и сывороточных белков) [8, 9].Это обусловлено их способностью проявлять важ-ные физико-химические свойства, такие как жиро- ивлагоудерживание, эмульгирование, а также вы-полнять ряд технологических функций в пищевыхсистемах [10]. У белковых концентратов отсутствуетстатус пищевых добавок и литера с индексом «Е», чтообеспечивает «чистую» этикетку готового пищевогопродукта. Такие ингредиенты имеют широкуюсферу применения в различных отраслях пищевойпромышленности.За рубежом рынок подобных белковых продуктовразвит и востребован. Например, компания Arla FoodsIngredients выделяет белки из молочного сырья ииспользует их для производства продуктов детского,клинического, спортивного и здорового питания.Сырьем является молочная сыворотка, обезжирен-ное молоко и пахта. Это обеспечивает высокуюдоходность предприятия, т. к., помимо возможностипроизводства ингредиентов с высокой пищевой ибиологической ценностью и маржинальностью,отсутствует необходимость в решении вопросаутилизации вторичных отходов отрасли.Набирает популярность производство такихмолочных ингредиентов, как концентрат и изолят ми-целлярного казеина. Их получают с использованиеммикро- и ультрафильтрации, которые обеспечиваютмаксимальное сохранение нативной структуры белкови изменение соотношения казеин:сывороточные белкив сторону снижения содержания последних [7, 11]. Взависимости от размера пор мембран соотношениеказеин:сывороточные белки в этом продукте можетнаходится в пределах от 85:15 до 95:5. Наиболеераспространенной формой мицеллярного казеинаРисунок 1. Рост производства молочных ингредиентов за период 20 18–2021 гг. [7]Figure 1. Dairy ingredients: production growth in 2018–2021 [7]0 2 4 6 8 10 12 14Сухая сывороткаСухая деминерализованная сывороткаКонцентраты сывороточного белка 35 %Концентраты сывороточного белка 50–89 %Изоляты сывороточного белкаКазеин, казеинатыКонцентраты молочного белка 42–85 %Концентраты молочного белка 85 %Нативная сыворотка% прироста595Мельникова Е. И. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 592–601является продукт с соотношением 92:8. Реализациятехнологий фракционирования в этом направлениипозволяет получать концентрат мицеллярногоказеина и нативную сыворотку, характеризующуюсяотсутствием гликомакропептида [12].Концентрат мицеллярного казеина содержитказеин в нативной (мицеллярной) форме, а такжечасть нативных сывороточных белков, поэтому имеетаминокислотный профиль, отличающийся от тради-ционных казеинов, казеинатов и копреципитатов.Он характеризуется самой высокой биологическойценностью и высоким коэффициентом эффектив-ности белка среди молочных продуктов [13]. Болеемедленный метаболизм казеина, по сравнениюс сывороточными белками, позволяет отнестимицеллярный казеин к идеальной смеси белков дляобеспечения положительного азотистого баланса втечение длительного периода времени.Сохранение нативных свойств белков моло-ка обеспечивает уникальные функционально-технологические характеристики этого ингреди-ента. Он обладает высокой термостабильностью(устойчив к температурам выше 80 °С при нейтраль-ном рН) [14]. Низкое содержание лактозы в немобуславливает снижение скорости протекания реакциимеланоидинообразования при тепловой обработке иуменьшение вероятности покоричневения пищевыхпродуктов по сравнению с другими белковымиингредиентами. В отличие от классических казеиновконцентрат мицеллярного казеина характеризуетсяпрактически полным отсутствием посторонних вкусови запахов, а также лучшей растворимостью в воде.Концентрат мицеллярного казеина способен связывать5–8 г воды и 2–3 г жира на 1 г. Это позволяетувеличить выход молокоемкой белковой продукции(сыр и творог) и улучшить ее консистенцию [14, 15].Растворы концентрата мицеллярного казеинахарактеризуются высокой стабильностью пены – онапрактически не разрушается.Мировые объемы производства концентратамицеллярного казеина небольшие. В нашейстране подобные продукты не выпускаются.Поэтому организация производства концентратовмицеллярного казеина на отечественных предприятияхявляется актуальной задачей молочной отрасли,решение которой позволит обеспечить пищевуюпромышленность и население страны полноценнымибелками животного происхождения.Цель работы – сформулировать технологичес-кие рекомендации по производству концентратамицеллярного казеина из обезжиренного молокав условиях филиала «Калачеевский сырзавод»ПАО Молочный Комбинат «Воронежский». Для еедостижения сформулированы следующие задачи:– исследовать состав и свойства образцов концентратамицеллярного казеина различных производителей;– определить требования к качеству и безопасностимолока-сырья для производства концентратамицеллярного казеина;– обосновать режимы отдельных технологическихопераций получения концентрата мицеллярногоказеина с учетом необходимых функционально-технологических характеристик готового продуктадля организации его производства в условиях филиала«Калачеевский сырзавод» ПАО Молочный Комбинат«Воронежский».Объекты и методы исследованияВ качестве объектов исследований выбраныобезжиренное молоко, выработанное на ПАО МК «Во-ронежский», концентраты мицеллярного казеинаразличных зарубежных производителей (ZUK«Pienas LT» (Литва), Ingredia (Франция), MurrayGoulburn (Австралия)), а также образцы творога смассовой долей жира 9,0 % и сыра «Российский»,выработанные с применением концентрата мицел-лярного казеина по традиционной технологии.Отбор проб объектов исследования и подготовкуих к анализу проводили в соответствии с ГОСТ26809.1-2014. Для изучения физико-химическихпоказателей, а также установления химическогосостава сырья и опытных образцов использовалистандартные арбитражные и общепринятые висследовательской практике методики, описанныев различных нормативных документах РФ, а такжемодифицированные, усовершенствованные и спе-циальные, выполненные с применением совре-менных приборов и информационных технологий.Исследования проводили в лабораториях кафедрытехнологии продуктов животного происхожденияФГБОУ ВО «Воронежский государственный универ-ситет инженерных технологий», ПАО МК «Во-ронежский», научно-испытательной лаборатории«Молоко» ФГАНУ «Всероссийский научно-иссле-довательский институт молочной промышленности»(ВНИМИ, г. Москва).Фракционный состав белков обезжиренногомолока. Анализ осуществляли посредствоммодульной системы для высокоэффективнойжидкостной хроматографии с диодноматричным,рефрактометрическим, флуориметрическим и низко-температурным по светорассеянию «МаэстроВЭЖХ» (ООО «ИНТЕРЛАБ», Москва) детекторамив сочетании с тандемной масс-спектрометрией. Дляобработки результатов было использовано специ-альное программное обеспечение для сервисногообслуживания прибора.Анализ гранулометрического состава. Размерычастиц коммерческих образцов концентратовмицеллярного казеина различных зарубежныхпроизводителей определяли с применением лазер-ного дифракционного анализатора размера частицLS 13 320 XR («Beckman Coulter», США). Анализосуществляли методом динамического светорассеяния596Melnikova E.I. et al. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):592–601с обработкой результатов с помощью программногообеспечения ADAPT Software. Преимуществомэтого прибора является возможность установленияразмера частиц в наноэмульсиях и наносуспен-зиях. Эксперименты проводили с использованиемсухого модуля и модуля с непрерывной многократ-ной рециркуляцией анализируемого образца. Этопозволило изучить кинетику его восстановления [16].Аминокислотный состав. Определяли с при-менением системы капиллярного электрофо-реза P/ACA MDQ («SCIEX LLC», США). Сущностьметода заключается в разложении пробы дляанализа кислотным гидролизом с переводомаминокислот в свободные формы, получениифенилизотиокарбамильных производных амино-кислот, дальнейшем их разделении и количественномопределении методом капиллярного электрофореза.Для количественного определения результатованализа было использовано встроенное программноеобеспечение 32 Karat Software.Каждый показатель был измерен от 5 до 10 разв трехкратной последовательности. Расчеты, постро-ение графиков и их описание проводили методамиматематической статистики с помощью приложенийMicrosoft Office 16 для Windows 10. Графическиеинтерпретации и обработку данных осущест-вляли посредством пакета прикладных программMathCad 16.0.Результаты и их обсуждениеТехнологический процесс получения концен-трата мицеллярного казеина включает следующиеоперации: пастеризацию обезжиренного молока,его микро-, ультра- и диафильтрацию, а такжераспылительную сушку. С целью выявлениявозможных особенностей технологических ре-жимов обработки обезжиренного молока дляполучения высококачественного концентратамицеллярного казеина проведен сравнительныйанализ химического состава и свойств несколь-ких коммерческих образцов готового продуктаразличных зарубежных производителей (табл. 1 и 2,рис. 2 и 3). В Российской Федерации безопасностьподобных продуктов определяется ТР ТС 033/2013и ТР ТС 021/2011. Конкретные стандарты, регла-ментирующие качество и безопасность концентратамицеллярного казеина, отсутствуют.Об избыточном температурном воздействии припроизводстве продукта свидетельствуют результатыанализа на наличие пригорелых частиц. ОбразецZUK «Pienas LT» (Литва) содержит минимальновозможное их количество.Тепловое число сухих продуктов характеризуетстепень воздействия высокой температуры набелковые компоненты, приводящую к их воз-можной последующей денатурации. В основепринятой международной классификации сухихпродуктов по этому показателю лежит зависимостьувеличения доли связанного с казеином сывороточ-ного белка β-лактоглобулина в результате егоденатурации по мере повышения температуры илипродолжительности тепловой обработки сырья ипромежуточных продуктов. Это нежелательноеявление для технологического процесса, посколькуТаблица 1. Химический состав концентратов мицеллярного казеина различных производителейTable 1. Chemical composition of micellar casein concentrates from various manufacturersНаименование показателя ОбразцыZUK «Pienas LT» (Литва) Ingredia (Франция) Murray Goulburn (Австралия)Массовая доля влаги, % 6,18 ± 0,20 6,02 ± 0,20 6,06 ± 0,20Массовая доля общего белка, % 78,60 ± 0,22 77,79 ± 0,22 79,85 ± 0,22Массовая доля белка в СОМО, % 84,68 82,86 85,92Соотношение казеин:сывороточные белки87:13 90:10 85:15Массовая доля жира, % 1,00 ± 0,15 0,10 ± 0,05 1,00 ± 0,15Массовая доля лактозы, % 4,80 ± 0,50 4,51 ± 0,50 3,56 ± 0,50Кислотность, °Т 15,70 ± 1,00 14,50 ± 1,00 15,40 ± 1,00Активная кислотность, ед. рН 7,01 ± 0,02 7,05 ± 0,02 6,93 ± 0,02Массовая доля золы, % 8,55 ± 0,06 7,59 ± 0,06 7,00 ± 0,06Пригорелые частицы, диск А А/В А/ВСодержание кальция, мг% 2506,40 ± 375,96 2460,40 ± 369,06 2180,47 ± 327,07Содержание фосфора, мг% 690,60 ± 0,30 669,90 ± 0,30 640,90 ± 0,30Содержание натрия, мг/кг 808,16 ± 121,22 277,90 ± 41,69 359,46 ± 53,92Содержание калия, мг/кг 4312,31 ± 517,48 1406,11 ± 168,73 1696,97 ± 203,64Содержание магния, мг/кг 498,53 ± 64,81 365,86 ± 47,56 486,89 ± 63,30597Мельникова Е. И. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 592–601денатурированные белки теряют способность к полнойрегидратации, эмульгированию, пенообразованию,а также снижают их водосвязывающие и влаго-удерживающие свойства. Тепловое число являетсязначимым показателем для регулирования темпе-ратуры пастеризации и распылительной сушки втехнологии концентрата мицеллярного казеина.Важная характеристика сухих продуктов – размерчастиц, влияющий на физические свойства: насыпнуюплотность, плотность частиц, межклеточный воздухи сыпучесть [17]. Размер частиц и их распределение всухом концентрате мицеллярного казеина определяютспособность к восстановлению сухого продукта, егосмачиваемость, диспергируемость и возможностьприменения в рецептурах других продуктов [18–21].В связи с этим был изучен гранулометрический составкоммерческих образцов концентрата мицеллярногоказеина (рис. 3).Небольшой размер частиц (до 90 мкм) иправильная форма позволяют получить плотнуюупаковку с незначительным содержанием абсорбиро-ванного воздуха, а также способствуют полнойТаблица 2. Сравнительный анализ функционально-технологических с войств концентратов мицеллярного казеинаразличных коммерческих образцовTable 2. Functional and technological properties of various commercial micellar casein concentratesНаименование показателя ОбразцыZUK «Pienas LT»(Литва)Ingredia(Франция)Murray Goulburn(Австралия)Показатель термообработки,тепловое число86,4 88,6 83,6Класс термообработки УмеренновысокотемпературнаяВысокотемпературная УмеренновысокотемпературнаяUMSPN (мг/г сухого продукта) 2,2 1,2 3,4Диспергируемость, % 55,94 ± 2,24 55,84 ± 2,22 59,53 ± 2,38Смачиваемость, % Менее 1,0 Менее 1,0 Менее 1,0Объемная насыпная плотность, г/см3 0,357 ± 0,028 0,390 ± 0,030 0,364 ± 0,030Рыхлая насыпная плотность, г/см3 0,458 ± 0,036 0,448 ± 0,035 0,461 ± 0,036Насыпная плотность, г/см3 0,503 ± 0,039 0,479 ± 0,037 0,497 ± 0,039Индекс растворимости, см3 сырого осадка 0,20 ± 0,01 0,15 ± 0,01 0,10 ± 0,01Рисунок 2. Аминокислотный состав изученных коммерческих образцо вFigure 2. Amino acid composition of commercial samples02468101214г/100 г продуктаZUK «Pienas LT» (Литва) Ingredia (Франция) Murray Goulburn (Австралия)598Melnikova E.I. et al. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):592–601регидратации с более высокой скоростью в срав-нении с крупными сухими частицами (табл. 2,рис. 3) [22]. Крупные частицы концентрата ми-целлярного казеина характеризуются большейсмачиваемостью и диспергируемостью. Этому спо-собствует низкое содержание молочного жира висходной смеси. Регулирование условий сушкиотдельной партии концентрата мицеллярного казеинапозволит обеспечить варьирование функционально-технологических свойств готового продукта взависимости от конкретной сферы его применения.Коммерческие образцы концентрата мицеллярногоказеина были применены для выработки несколькихпартий творога с массовой долей жира 9,0 % напоточно-механизированной линии Tewes-Bis и сыра«Российский» в условиях ПАО МК «Воронежский».Установлено, что концентрат мицеллярного казеинас высоким соотношением казеин:сывороточныеРисунок 3. Распределение сухих частиц концентрата мицеллярного казеина различных коммерческих образцов поразмерамFigure 3. Dry particle garin-size distribution of various comme rcial micellar casein concentrates0102030405060до 50 мкм 50–63 мкм 64–80 мкм 81–90 мкм 91–140 мкм 141–160 мкм 161–180 мкм 181–250 мкм%ZUK «Pienas LT» (Литва) Ingredia (Франция) Murray Goulburn (Австралия)0102030405060до 50 мкм 50–63 мкм 64–80 мкм 81–90 мкм 91–140 мкм 141–160 мкм 161–180 мкм 181–250 мкм%ZUK «Pienas LT» (Литва) Ingredia (Франция) Murray Goulburn (Австралия)Таблица 3. Химический состав и свойства средней пробы обезжирен ного молокаTable 3. Chemical composition and properties of average skim milk sampleПоказатель Нормативная документация на метод анализа ЗначениеМассовая доля сухих веществ, % ГОСТ Р 54668-2011 10,3 ± 0,4Массовая доля СОМО, % ГОСТ Р 54668-2011 9,8 ± 0,4Массовая доля общего белка, %,в т. ч. казеинасывороточных белков,в т. ч. α-лактоальбумина, мг/см3β-лактоглобулина, мг/см3альбумина сыворотки крови, мг/см3лактоферрина, мг/см3небелкового азота, %неказеинового азота, %ГОСТ Р 53951-2010ISO/CD 17997-1/IDF 29-1ГОСТ 34536-2019Метод ВЭЖХГОСТ 55246-2012СТБ ISO 17997-1-20123,35 ± 0,052,460 ± 0,0330,62 ± 18,00 % относ.1,54 ± 0,50 % относ.3,69 ± 0,50 % относ.0,491 ± 0,50 % относ.0,025 ± 0,500 % относ.0,0313 ± 0,00300,061 ± 0,004Массовая доля жира, % ГОСТ 5867-90 0,05 ± 0,03Массовая доля лактозы, % ГОСТ Р 54667-2011 4,95 ± 0,70Содержание кальция, мг% ГОСТ Р 55331-2012 118,37 ± 0,50Содержание общего фосфора, мг% ГОСТ 31980-2012 69,08 ± 0,12Титруемая кислотность, °Т ГОСТ 3624-92 18 ± 2Активная кислотность, рН ГОСТ 32892-2014 6,74 ± 0,04Плотность, кг/м3 ГОСТ Р 54758-2011 1034,0 ± 1,0Группа термоустойчивостипо алкогольной пробеГОСТ 25228-82 IКМАФАнМ, КОЕ/см3 ГОСТ 32901-2014 6×104Патогенные микроорганизмы, в т. ч.сальмонеллы в 25 см3 продуктаГОСТ 31659-2012(ISO 6579:2002)Отсутствуют599Мельникова Е. И. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 592–601белки и умеренно высокой тепловой обработ-кой (ZUK «Pienas LT» (Литва) и Murray Goulburn(Австралия)) увеличивают выход готового продуктана 10–12 % в сравнении с традиционной рецептурой.Концентрат мицеллярного казеина производстваMurray Goulburn (Австралия) характеризуетсямаксимальной концентрацией неденатурирован-ного сывороточного белкового азота (табл. 2).Это обеспечивает повышение выхода белковыхмолочных продуктов на 2–3 % в сравнении сдругими образцами концентрата мицеллярногоказеина. Таким образом, перспективным являетсяпроизводство концентрата мицеллярного казе-ина с максимально возможным изменением соот-ношения казеин:сывороточные белки (92:8), нос тепловым числом, соответствующим умеренновысокотемпературной обработке.Определены требования к качеству обезжиренногомолока-сырья и обоснованы технологические режи-мы его обработки для максимального сохранениянативных свойств в процессе получения концент-рата мицеллярного казеина. Наиболее важнымихарактеристиками являются массовая доля белкаи микробиологические показатели (в соответствии сТР ТС 033/2013 КМАФАнМ не более 5×105 КОЕ/см3,сальмонеллы не допускаются в 25 см3). Это обу-словлено щадящими режимами тепловой обра-ботки в технологическом процессе. Усредненныезначения показателей качества обезжиренногомолока, полученного в условиях ПАО МК «Воро-нежский», представлены в таблице 3.Установлено, что соотношение казеин: сыворо-точные белки в исследованном обезжиренноммолоке составляет 80:20. Поскольку среднийдиаметр казеиновых мицелл в коровьем молокенаходится в диапазоне 30–400 нм, субмицелл –10–30 нм, а сывороточных белков – 4–15 нм, то дляповышения содержания массовой доли казеина целе-сообразно подвергать его микро- и диафильтрациис применением мембран с диаметром пор не менее5 нм [23]. Различные типы микрофильтрацион-ных мембран (полимерные или керамические) харак-теризуются разной селективностью по белку. Всочетании со строго установленным факторомконцентрирования этот вид обработки обезжиренногомолока будет определять состав конечного продуктаи выход концентрата мицеллярного казеина.Микробиологические показатели обезжиренногомолока (КМАФАнМ и отсутствие патоген-ных микроорганизмов), полученного в условияхПАО МК «Воронежский», позволяют применятьнизкотемпературную пастеризацию в процессевыработки концентрата мицеллярного казеина длямаксимально возможного сохранения нативныхсвойств используемого сырья.ВыводыПо результатам проведенных исследованийобразцов концентрата мицеллярного казеинаразличных производителей установлено, что наповышение выхода белковых молочных продуктов,выработанных с применением концентрата мицел-лярного казеина, влияние оказывают соотношениев них казеин:сывороточные белки и степеньденатурации белков в процессе производства.Поэтому технология получения концентратамицеллярного казеина из обезжиренного молокав условиях филиала «Калачеевский сырзавод»ПАО Молочный Комбинат «Воронежский» должнавключать применение мембранных методов дляизменения соотношения казеин: сывороточныебелки до 92:8, а также пастеризацию молока-сырья при температуре не выше 76 ± 2 °С свыдержкой 10–15 с и щадящие режимы сушкиконцентрированной смеси для максимальногосохранения нативных свойств молочных белков. Вэтой связи для обеспечения безопасности концентратамицеллярного казеина по микробиологическимпоказателям общая бактериальная обсемененностьобезжиренного молока-сырья не должна превышать5×105 КОЕ/см3.Критерии авторстваЕ. И. Мельникова руководила проектом, пред-ложила методику проведения экспериментаи организовала производственные испытания,проводила консультации в ходе исследования.Е. Б. Станиславская проводила поиск литератур-ных источников и патентный поиск по исследуемойпроблеме. Е. В. Богданова написала рукопись икорректировала ее до подачи в редакцию, несет ответ-ственность за плагиат. Е. Д. Шабалова проводилаэкспериментальные исследования.Конфликт интересовАвторы заявляют об отсутствии конфликтаинтересов.ContributionE.I. Melnikova managed the project, proposeda scheme of the experiment and organized productiontrials, conducted consultation during the study.E.B. Stanislavskaya reviewed of the literature andconducted the patent search on an investigated problem.E.V. Bogdanova wrote the manuscript, corrected itbefore filing in editing and is responsible for plagiarism.E.D. Shabalova conducted an experiment.Conflict of interestThe authors declare that there is no conflict of interestregarding the publication of this article.