Низколактозные и безлактозные молочные продукты становятся всё более востребованными на рынке специализированных продуктов питания, предназначенных для людей с недостаточной активностью лактозы или её полного отстутствия в организме. Для производства таких продуктов используются различные технологии, наиболее распространённая из которых – ферментативное расщепление лактозы. Ферментативный гидролиз лактозы применяется при производстве широкого ассортимента безлактозных и низколактозных молочных продуктов: молока, йогуртов, сыров, мороженого [1, 2]. В том числе во ВНИМИ разработана и широко внедряется нормативная документация на производство низко- и безлактозного молока ферментным способом (ТУ 10.51.11-042-00419785-2018 «Молоко питьевое низко- и безлактозное»).

Фирма «Валио» применяет комбинированный метод, используя ферментирование и ультрафильтрацию. Преимуществом такого метода является определённое понижение содержания лактозы в молоке в процессе ультрафильтрации и, соответственно, снижение общего содержания углеводов (глюкозы и галактозы) в готовом продукте после ферментации, что особенно важно для стабильности сахара в крови больных диабетом. Однако следует учитывать, что в процессе ультрафильтрациионного концентрирования молока происходит потеря части минеральных веществ и других растворимых низкомолекулярных элементов молока с отделяемой сывороткой (пермеатом).

Оригинальный способ получения безлактозных молочных продуктов запатентован китайскими учёными. Суть предложенного метода состоит в том, что «в обезжиренное молоко при перемешивании добавляется молочный коагулянт… и кальциевая соль для получения молочного сгустка. Молочный сгусток нагревается, разрезается с перемешиванием до отделения сыворотки. Молочный коагулянт включает химозин (химозин телят или ягнят, растительный химозин или микробиальный химозин) и кислотные добавки. Кислотные добавки включают соляную кислоту, молочную кислоту, лимонную кислоту или двуокись углерода. Сгусток, отделённый от сыворотки, растворяют молочным растворителем для получения повторно растворённого молока… Сыворотку подвергают мембранной обработке для отделения лактозы – ультрафильтрации и нанофильтрации. Безлактозную сыворотку смешивают с повторно растворенным молоком для получения безлактозного молока» [3]. Такой способ, как считают его авторы, приводит к снижению содержания лактозы в молоке на 50 %, и её остаётся менее 2,5 %. Национальный стандарт Китайской Народной Республики GB 13432-2004 предусматривает для маркировки расфасованных специализированных диетических продуктов содержание сахара (включая моно- и дисахариды) менее 0,5 % как отсутствие сахара. Считается, что при уменьшении содержания лактозы в молочных продуктах на 20 – 50 % непереносимость лактозы маловероятна [3].

Технология комбинированного метода получения безлактозного молока с применением ферментативного гидролиза лактозы, ультрафильтрации ферментированного молока и нанофильтрации полученного пермеата предлагается отечественными разработчиками [4]. В предлагаемом методе обезжиренное молоко подвергается ферментации бета-галактозидазой и далее – ультрафильтрации с получением УФ-концентрата с содержанием 3 % углеводов в исходном объёме раствора. Пермеат направляют на нанофильтрацию, в результате чего пермеат разделяют на углеводный концентрат, содержащий продукты гидролиза (лактоза, глюкоза, галактоза), и пермеат, очищенный от углеводов. Последний смешивают с УФ-концентратом и направляют на дальнейшую технологическую обработку. На основании этой технологии разработаны ТУ 9222-047-7148164 «Молоко безлактозное стерилизованное».

Такой метод позволяет в значительной степени сохранить исходный солевой баланс молока, однако является достаточно затратным.

Оптимальным с точки зрения организации технологического процесса и сохранения пищевой ценности исходного молока представляется сочетание ультрафильтрационного удаления части лактозы, ферментация оставшегося количества лактозы и дополнительное внесение минеральных веществ для восстановления солевого баланса молока.

Как известно, в процессе ферментного гидролиза лактозы образуются молекула глюкозы и молекула галактозы, при этом осмоляльность молока меняется, так как каждый из этих углеводов создаёт в растворах разные уровни осмоляльности. Осмоляльность молока составляет 270 – 290 мОсм/кг. Осмоляльность растворов глюкозы и галактозы превышает осмоляльность лактозы. Поэтому при снижении количества лактозы до уровня, соответствующего безлактозному молоку (менее 0,01 %), и замещении её на глюкозу и галактозу осмоляльность молока увеличивается до 402 – 408 мОсм/кг [5].

В требованиях к качеству молочных напитков для питания детей первого года жизни введено ограничение показателя осмоляльности [6]. Техническими регламентами Таможенного союза ТР ТС 033/13 и ТР ТС 021/2011 установлен допустимый показатель осмоляльности для молочных продуктов для детей раннего возраста не более 320 мОсм/кг [7, 8].

Материал, методы и результаты исследования. Задачей наших исследований было определение достаточного уровня снижения показателя лактозы методом ультрафильтрации молока для получения безлактозного молока ферментным методом, исходя из критерия уровня осмоляльности, допустимого для продуктов детского питания, а также выявление критериев корректировки минерального состава молока с целью разработки технологии безлактозного молока для детей раннего возраста.

Для определения закономерности изменения осмоляльности готовили модельные образцы молока, в которых содержание лактозы снижали разбавлением водой на 20, 30 и 40 %. При массовой доле исходного молока 4,7 % содержание лактозы в образцах составляло 2,8; 3,3 и 3,7 %, что соответствует углеводному составу молока, подвергнутого ультрафильтрации для выведения соответствующего количества лактозы и восстановленного водой до исходного объёма. Исходное молоко и приготовленные образцы пастеризовали при температуре 90 ± 2 °С с выдержкой 3 мин., охлаждали до температуры 22 ± 1 °С, вносили препарат бета-галактозидазы «Maxilact-2000» (DSMFoodS) и оставляли на 24 часа, что соответствует периоду полной ферментации лактозы. В ферментированных образцах молока определяли осмоляльность криоскопическим методом. Затем методом интерполяции определяли уровень содержания лактозы, при котором осмоляльность ферментированного молока не превышает 300 мОсм/кг. Установлено, что осмоляльность ферментированных образцов молока отличалась – от 402 мОсм/кг для исходного молока до 260 мОсм / кг для молока, в котором массовая доля лактозы была снижена от 40 до 2,8 %. В соответствии с результатами интерполяции требуемому показателю осмоляльности 300 мОсм / кг безлактозного молока соответствовал уровень лактозы в молоке 3,0 – 3,2 %.

Таким образом, для производства безлактозного молока с показателем осмоляльности не более 320 мОсм/кг содержание лактозы в молоке должно быть снижено до 3,0 – 3,2 %, что соответствует коэффициенту концентрирования молока при ультрафильтрации 0,68 – 0,70 в зависимости от исходного нутриентного состава молока.

Как было показано ранее [6], в процессе ультрафильтрации низкомолекулярные вещества молока (витамины, минеральные вещества и пр.) переходят в концентрат или перемеат неодинаково, в зависимости от их состояния в молоке. Так, в соответствии с базовыми знаниями биохимии молока 22 % кальция находится в связанной форме с казеином молока, остальное количество присутствует в растворимой и коллоидной формах, магний на 80% связан с казеином и т.д. Связанные формы остаются в концентрате, растворимые перераспределяются между концентратом и пермеатом.

УФ-концентрат восстанавливают водой до первоначального объёма и получения требуемых массовых долей жира и белка, в процессе чего происходит дальнейшее снижение массовой доли витаминов, минералов и других водорастворимых нутриентов.

На рисунке 1 графически представлен прогнозируемый минеральный состав молока до и после ультрафильтрации.

Рис. 1 – Сравнительный минеральный состав молока (лактоза 4,7 %) и молока, восстановленного после ультрафильтрации (лактоза 3,2 %)

Фактически в молоке после ультрафильтрационного концентрирования в указанных пределах и после восстановления массы молока до первоначального объёма потери кальция и фосфора могут составлять до 26 %, калия и натрия – до 32 %. Менее всего возможны потери магния – не более 8 %.

Таким образом, для восстановления минерального баланса и пищевой ценности молочного сырья при производстве безлактозного молока необходимо дополнительное внесение в рецептуру продукта минеральных и витаминных добавок. Принципиальная схема производства безлактозного молока с применением ультрафильтрации и ферментирования лактозы, предусматривающая восстановление микронутриентного состава исходного молока, представлена на рисункке 2.

Рис. 2 – Принципиальная технологическая схема производства безлактозного молока

Выводы

1. Установлено, что для производства безлактозного молока с заданным уровнем осмоляльности (менее 320 мОсм/кг) массовая доля лактозы в исходном молоке должна быть снижена до 3,0 – 3,2 %. Для достижения указанного уровня содержания лактозы коэффициент концентрирования молока при ультрафильтрации должен быть установлен в пределах 0,68 – 0,70 в зависимости от исходного нутриентного состава молока.

2. При производстве безлактозного молока с применением комбинированного мембранно-ферментного метода для восстановления минерального баланса и пищевой ценности молочного сырья необходимо дополнительное внесение в рецептуру продукта минеральных и витаминных добавок, в том числе для кальция и фосфора – на 25 – 26%, калия и натрия – до 32 %.

Литература

1. Добриян Е.И. Биотехнологии в производстве молочных консервов // Молочная промышленность. 2005. № 12. С. 39 – 41.

2. Добриян Е.И., Ильина А.М., Горлова А.Г. Производство низколактозных продуктов // Пищевая промышленность. 2019. № 4. С. 40 – 42.

3. Пат. А23С9/142. Способ производства безлактозного молока / Я. Инквиань, В. Гаисиа, К. Мейин, К. Имоу; патентооблад.Шанхай Шанлон Дэйри Ко., Лтд. (CN); 2012.

4. Гаврилов В.Г. Разработка и исследование производства безлактозного молока: дис. ... канд. техн. наук. Кемерово, 2014. 116 с.

5. Чумакова И.В. Низколактозное молоко для детского питания // Переработка молока. 2019. № 11. С. 41 – 43.

6. Воробьева И.С., Кочеткова А.А, Воробьева В.М. Осмоляльность – критерии оценки качества и эффективности специализированных пищевых продуктов для питания детей раннего возраста // Пищевая промышленность. 2013. № 12. С. 8 – 1.

7. ТР ТС 033/2013 Технический регламент Таможенного союза «О безопасности молока и молочной продукции».

8. ТР ТС 021/2011 Технический регламент Таможенного союза «О безопасности пищевой продукции».