ВведениеВажной задачей агропромышленного комплек-са является полное и рациональное использованиепродовольственного сырья, а также разработкаассортимента продукции, максимально удовлетво-ряющего требованиям потребителей. В молочнойпромышленности для повышения эффективностииспользования сырьевых ресурсов используютполную комплексную переработку молочного сырьяи увеличение производства продукции на основесухого молока. Преимуществом данного вида сырьяперед цельным молоком является концентрированиеполезных веществ. Кроме того, сухое молокохранится значительно дольше, чем цельное, безпотери своих пищевых и технологических свойств.Актуальным остается разработка технологиивзбитых дисперсных молочных продуктов, которыеиспользуются как в качестве самостоятельныхпродуктов в виде молочных десертов или холодныхнапитков, например молочных коктейлей, так и вкачестве отделочных полуфабрикатов в производствекондитерских изделий. Широкий диапазондобавок, стабилизаторов и структурообразователейпозволяет получить продукцию с заданнымиорганолептическими и структурно-механическимисвойствами.В качестве пищевого пенообразователя,в том числе и в молочной промышленности,используются эмульгаторы, которые позволяютсоздать равномерную диффузию газообразнойсреды в жидкости (молоке). Ассортимент такихповерхностно-активных веществ довольно широк –полиоксиэтилены, сорбитаны, лактилаты кальция илинатрия и др. Современным направлением повышениякачественных характеристик молочной основы безиспользования искусственных компонентов являетсяферментативная обработка. Проведенные ранееисследования показали, что биологическая обработкамолочных продуктов (молоко, сыворотка) позволяетповысить способность молока к пенообразованию.Это является одним из основных показателейкачества при производстве взбитых продуктов [1–3].Данные работы отражали повышение пено-образующей способности молочной основы,подвергнутой ферментации.© T.V. Podlegaeva, N.G. Kostina, 2020Abstract.Introduction. Whipped dairy products can be used both as finished and semi-finished products in confectionery industry. Therefore,this sphere constantly requires new technologies. A wide range of additives, stabilizers, and structure-forming agents make it possibleto get products with programmed sensory, structural, and mechanical properties. Enzymatic processing of milk base is one of themodern directions in the development of whipping process, as it requires no artificial components. Enzyme preparations of plant andmicrobial origin were developed to satisfy the needs of the increasing production demand and to compensate for the acute shortageof animal rennet. These enzymes have a high proteolytic activity and exhibit good technological properties in dairy industry. Theresearch objective was to study the fermentation process with preparations of different origin and optimize the proteolysis process toobtain a milk base with a high foaming capacity and maximal stability.Study objects and methods. The research featured samples of fermented reduced skim milk. The following enzymes were selected forenzymatic hydrolysis: animal origin – rennet-beef enzyme SG-50 (Russia), chicken-beef enzyme KG-50 (Russia), pepsin (Russia);microbial nature – Fromase 750 (France), Pronase E (Russia); recombinant chymosin-preparation CHY-MAX M (Denmark). Thefermented systems were tested for foaming ability, foam stability, relative content of free amino acids, and the diameter of caseinmicelles during hydrolysis by the ratio of the height of the foam column to the initial volume. The relative content of free amino acidswas determined using the method of formal titration. The diameter of casein micelles during hydrolysis was determined by dynamiclight scattering using a particle size analyzer in low-volume plastic cuvettes. These indicators were determined after inactivation ofenzymes by pasteurization at 90–92°С for 3–5 sec.Results and discussion. Enzyme preparations of various natures were added to milk. The temperature and duration were measured asrational parameters of fermentation. After inactivation of the enzymes by pasteurization method, the foaming capacity, foam stability,and the relative content of free amino acids were determined every 30 minutes after application of the preparation. The greatestfoaming properties (800%) were observed in the milk base fermented with the recombinant enzyme CHY-MAX M. However, theuse of this preparation in commercial production was found undesirable due to the high activity of the enzyme and the resultingcomplexity of the control process. The lowest foaming ability was observed in the milk sample fermented with preparations ofanimal origin – SG-50, KG-50, and pepsin. The optimal foaming capacity and stable whipped mass were registered in the sampleshydrolyzed with microbial preparations Fromase and Pronase. Under certain rational parameters, the foaming capacity of milk was740% and 700%, respectively, while the stability was 80%.Conclusion. The research featured a comparative analysis of the foaming capacity and stability of reduced skim milk foam obtainedusing preparations of animal and microbial origin. The enzymes of the microbial group showed the best results for the enzymatichydrolysis of proteins in reduced milk.Keywords. Enzymatic hydrolysis, reduced milk, foaming capacity, microbial enzymes, animal enzymes, foam stabilityFor citation: Podlegaeva TV, Kostina NG. Structural and Mechanical Characteristics of Fermented Whipped Dairy Products. FoodProcessing: Techniques and Technology. 2020;50(1):149–158. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.21603/2074-9414-2020-1-149-158.151Подлегаева Т. В. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2020. Т. 50. № 1 С. 149–158Протеолитические ферменты, используемыев молочной промышленности для производстваи моделирования качества продукции, делятся наферменты животного, растительного и микробногопроисхождения. Традиционно для концентрированияказеиновой и жировой части молочной основы припроизводстве продукции применяются ферментыживотного происхождения, в частности сычужныйфермент (химозин).Однако нарастающие объемы производства,дорогостоящее сырье для производства натуральныхферментов и острая нехватка животных сычуговпривели к выработки новых ферментных препаратов.В настоящее время все большей популярностьюпользуются ферменты, которые вырабатывают впроцессе своей жизнедеятельности некоторые видыплесневых грибов – микробиальные ферменты [4–8].В современных условиях микроорганизмыявляются перспективным источником полученияферментов. Эти ферменты имеют высокуюпротеолитическую активность и проявляют хорошиетехнологические свойства при производствемногих молочных продуктов. В качествепродуцентов ферментных препаратов исполь-зуются культуры представителей различныхтаксономических групп – бактерий, актиномицетов,микроскопических и высших базидиальных грибов,участвующих в круговороте органических веществ.Промышленностью налажено применение какприродных штаммов микроорганизмов, выделенныхиз естественных объектов, так и полученныхискусственной селекцией с применением мутагенов.В настоящее время промышленное производствоферментов данной группы является важным секторомбиотехнологии. Широкое распространение получилиферментные препараты на основе рекомбинатногохимозина.Для исследований были выбраны ферментныепрепараты различного происхождения. Характе-ристика препаратов представлена в таблице 1.Цель работы – изучение пенообразующейспособности и устойчивости пены восстановленногообезжиренного молока, подвергнутого фермента-тивному гидролизу препаратами животного имикробного происхождения, в качестве основы дляпроизводства десертных молочных продуктов.Объекты и методы исследованияДля исследования использовали образцы восста-новленного обезжиренного молока (ГОСТ 10970-87),подвергнутые ферментативному гидролизу, а такжеполученную из них пену.Для проведения ферментативного гидролизаиспользовали ферменты животного происхождения:сычужный фермент ВНИИМС-СГ-50 «НТ» (Россия),курино-говяжий фермент КГ-50 (Россия), пепсинговяжий (Россия); микробиальной природы: Fromase750 (Франция), Pronase E (Россия); рекомбинатныйхимозин – препарат CHY-MAX М (Chr. Hansen,Дания).Органолептические и физико-химические пока-затели для сухого и восстановленного молокаопределяли по общепринятым стандартным мето-дикам. Органолептические – по ГОСТ 29245-91,массовую долю жира – по ГОСТ 29247-91, массовуюдолю белка – по ГОСТ 23621-79.Таблица 1. Характеристика протеолитических ферментовTable 1. Profiles of proteolytic enzymesНаименованиеферментаСостав/продуцент АктивностьпрепаратаОптимальныйдиапазон рНТемпера-тура, 0СДействиеФерменты животного происхожденияКурино-говяжийфермент (КГ-50)Пепсин говяжий 50 %,пепсин куриный 50 %100 000 ± 20 000 ед. 4,0–6,0 28–40 гидролиз χ-казеиновнаправлен на связи,включающие фенилаланинили лейцин, гидролиз α-и β-казеиновСычужно-говяжийфермент СГ-50Химозин 50 %,пепсин говяжий 50 %150000 ± 1000 ед. 4,0–6,0 28–40Пепсин 100 % пепсин 100000 ± 5000 ед. 4,0–6,0 28–40Ферменты микробного происхожденияFromase750(Фромаза)Mucor miehei 2200 IMCU/г 5,5–7,0 20–40 расщепление определенныхпептидных связей: фен-вал,лей-тир, фен-фен илифен-тирPronase E Streptomyces griseusК-15,0 DMC-U / мг 7–8,2 35–40 расщепление пептидныхсвязей на карбоксильнойстороне глутаминовой илиаспарагиновой кислотыФерменты рекомбинатныеCHY-MAX М Химозин 100 %,Aspergillus nigervar. Awamori2500 UMCU/г 5,5–6,3 36–40 расщепление полипептидныхцепей κ-казеина по связи105–106 (фен-мет)152Podlegaeva T.V. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2020, vol. 50, no. 1, pp. 149–158Образцы сухого обезжиренного коровьегомолока (м.д.ж. 1,5 %, м.д.б. – 32 %) восстанавливалидистиллированной водой в соотношении 1:6,оставляли для созревания в течение 3 ч притемпературе 6–8 °С (данные параметры былиопределены как рациональные) [9].Ферменты в различных концентрациях вносилив подготовленное молоко, термостатировали, испо-льзуя вариабельные температурные и временныережимы. Инактивацию ферментов проводилипастеризацией при температуре 90–92 °С в течение3–5 сек. Эксперименты проводили на восстановлен-ной молочной основе без добавления хлорида каль-ция. Кислотность молока составила не более 20 °Т.Для эксперимента были выбраны температурныережимы 33 ± 1 °С, 37 ± 1 °С, 41 ± 1 °С, 45 ± 1 °С.Проведенные исследования показали, чтонаиболее рациональными концентрациями всех вно-симых ферментных препаратов являлась 0,001 % кмассе молока [2]. Именно с такой концентрациейпроводили дальнейшие эксперименты.Пенообразующую способность полученнойосновы после пастеризации определяли каждые30 мин после внесения фермента, охладив ихдо температуры 0 ± 1 °С. Пену получали послевзбивания ферментированной молочной основына роторно-пульсационной установке ГИД-100/1(Россия) в течение 5 мин при скорости вращенияротора 2250 об/мин. Коэффициенте заполнениярабочей камеры – 0,3.Пенообразующую способность (%) определялиметодом кратности пен – путем деления высотыстолба пены после взбивания к начальному объему:П = (V0/Vp)100 (1)где Vp – объем образовавшейся пены, см;V0 – исходный объем жидкости, см.Устойчивость взбитой массы (У, %) определялипо отношению высоты столба пены после заданногопериода времени (30 мин) к начальному:У = (V30/V0)100 (2)где V30 – объем пены после 30 мин, см; V0 – исходныйобъем пены, см.С целью разработки объективных характеристикстепени ферментативного гидролиза считали целесо-образным установить возможность количественнойоценки продуктов распада белков. Было определеноотносительное содержание свободных аминогрупп,а также изменение диаметра мицелл казеина.Результат определяли как среднеарифметическоепо результатам трех экспериментов. Исследованияпроводили для всех образцов при различныхтемпературных режимах и продолжительностиреакции.Содержание аминных групп определяли методомформольного титрования по ГОСТ 25179-90.Метод основан на высвобождении карбоксильныхгрупп моноаминодикарбоновых кислот белков,доступных для титрования щелочью, при добавлениив молоко формальдегида (формалина). Формалин,взаимодействуя с аминогруппами белков, блокируетих. Карбоксильные группы освобождаются истановятся доступными для титрования NaOH.Данный показатель определяли в ферментированноммолоке до пастеризации, т. к. под воздействиемвысокой температуры происходят сложныеконформационные изменения белковых молекул ирезультаты искажаются.Измерения диаметра мицелл казеина производилиметодом динамического светорассеяния на ана-лизаторе размеров частиц в низкообъемныхпластиковых кюветах по ГОСТ Р 8.774–2011.Результаты и их обсуждениеВ ходе эксперимента были полученыобразцы ферментированной молочной основы.Определяющими показателями при оценке и выборепрепаратов для получения ферментированнойосновы стали пенообразующая способность молокаи устойчивость пены после обработки. Основнымикритериями выбора послужили быстрота иотносительная дешевизна метода при использованиив производственных условиях. Также учитываласьи высокая воспроизводимость результатов иразрешающая способность. Полученные результатыпредставлены на рисунке 1.При ферментации происходят биохимическиеизменения казеина и физико-химические процессыкоагуляции и структурообразования. Анализ дан-ных показал, что наибольшей пенообразующейспособностью обладает молоко, ферментированноерекомбинатным ферментом CHY-MAX М. Спо-собность к пенообразованию у гидролизованныхбелков выросла в 1,6 раза по сравнению сконтрольным образцом восстановленного молока(800 %). Данный показатель характерен длямолочной смеси, ферментированной в течение 30 минпри рекомендованной для действия ферментатемпературе 33–37 °С. После указанного временимолочные белки начинают агрегировать, чтопротиворечит начальным условиям настоящегоэксперимента. По этой причине невозможноиспользовать фермент данной группы в подготовкемолока как основы для десертов или коктейлей,т. к. сложно контролировать ход технологическогопроцесса. Кроме того, изменение качества исходногосырья, например, повышение кислотности, спрово-цирует ускорение процесса. Дальнейшие исследо-вания по уменьшению концентрации данногофермента до 0,0005 % незначительно сократиливремя ферментации до появления сгустка. Но приэтом снизилась пенообразующая способность, еемаксимум составил 680 %.Использование ферментов микробиальной группыобозначило высокий показатель пенообразующей153Подлегаева Т. В. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2020. Т. 50. № 1 С. 149–158способности восстановленного молока, гидролизован-ного ими. Максимальные значения выявлены притемпературе 37 °С. По сравнению с контрольнымобразцом увеличение при ферментации Pronase Eсоставило 780 %, Fromase 750 – около 740 %. Приуказанной температуре происходит более активноевоздействие фермента на мицеллы казеина. Такиепоказатели наблюдались после 60 мин послевнесения препарата, продолжение ферментации до90 мин привело к белковой коагуляции. Увеличениетемпературы обработки до 41–45 °С исключилообразование сгустка вплоть до 120 мин. Однако этонегативно сказалось на качестве молочной пены.При таких повышенных температурах наблюдаетсяослабление специфической коллоидно-химическойструктуры. В результате снижается каталитическаяРисунок 1. Влияние на пенообразующую способность выдержки восстановленного молока с ферментами:(а) сычужно-говяжий фермент СГ-50; (б) курино-говяжий фермент КГ-50; (в) пепсин; (г) Fromase 750; (д) Pronase E;(е) CHY-MAXFigure 1. Effect of enzymes on foaming ability: (a) rennet-beef enzyme SG-50; (б) chicken and beef enzyme KG-50;(в) pepsin; (г) Fromase 750; (д) Pronase E; (е) CHY-MAX4004605205800 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С4004605205806400 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С4004505005506000 Пенообразующая способность, %33 °С 5005606206807400 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С5005706407107800 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С5005756507258000 Пенообразующая способность, %33 °С 859299106113СГ-50 КГ-50 Пепсин Fromase 750 Pronase E CHY-MAX МОтносительное содержаниеаминных групп, %Продолжительность ферментолиза, мин30 мин 60 мин 90 мин 120 мин60 65 70 75 80306090120Диаметр мицелл, нмПродолжительность ферментации, минКонтроль CHY-MAX М Fromase 750 КГ-50Pronase E Пепсин СГ-50(а) (б)(в) (г)(д) (е)4004605205800 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С4004605205806400 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С4004505005506000 Пенообразующая способность, %33 5005606206807400 30 120Пенообразующая способность, %Продолжительность 33 °С 37 °С 41 °С 45 °С5005706407107800 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 41 °С 45 °С5005756507258000 Пенообразующая способность, %859299106113СГ-50 КГ-50 Пепсин Fromase 750 Pronase E CHY-MAX МОтносительное содержаниеаминных групп, %Продолжительность ферментолиза, мин30 мин 60 мин 90 мин 120 мин60 65 70 75 306090120Диаметр мицелл, нмПродолжительность ферментации, минКонтроль CHY-MAX М Fromase 750 КГ-50Pronase E Пепсин СГ-504004605205800 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С4004605205806400 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С4004505005506000 Пенообразующая способность, %33 °С 5005606206807400 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 45 5005706407107800 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 45 °С5005756507258000 Пенообразующая способность, %33 °859299106113СГ-50 КГ-50 Пепсин Fromase 750 Pronase E CHY-MAX МОтносительное содержаниеаминных групп, %Продолжительность ферментолиза, мин30 мин 60 мин 90 мин 120 мин60 65 70 75 80306090120Диаметр мицелл, нмПродолжительность ферментации, минКонтроль CHY-MAX М Fromase 750 КГ-50Pronase E Пепсин СГ-504004605205800 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С4004605205806400 Пенообразующая способность, %33 5005606206807400 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С5005706407107800 Пенообразующая способность, %859299106113СГ-50 КГ-50 Пепсин Fromase 750 Pronase E CHY-MAX Относительное содержаниеаминных групп, %Продолжительность ферментолиза, мин30 мин 60 мин 90 мин 120 мин4004605205800 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С4004605205806400 Пенообразующая способность, %33 5005606206807400 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С5005706407107800 Пенообразующая способность, %33 859299106113СГ-50 КГ-50 Пепсин Fromase 750 Pronase E CHY-MAX Относительное содержаниеаминных групп, %Продолжительность ферментолиза, мин30 мин 60 мин 90 мин 120 мин120мин45 °С4004605205806400 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С4004505005506000 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37°С 41°С 45°С120мин45 °С5005706407107800 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С5005756507258000 30 60 90 Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °СFromase 750 Pronase E CHY-MAX Мферментолиза, минмин 120 мин60 65 70 75 80306090120Диаметр мицелл, нм Продолжительность ферментации, минКонтроль CHY-MAX М Fromase 750 КГ-50Pronase E Пепсин СГ-5090 120мин45 °С4004605205806400 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С4004505005506000 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37°С 41°С 45°С120мин45 °С5005706407107800 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С5005756507258000 30 60 90 Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °СFromase 750 Pronase E CHY-MAX Мферментолиза, минмин 120 мин60 65 70 75 80306090120Диаметр мицелл, нмПродолжительность ферментации, минКонтроль CHY-MAX М Fromase 750 КГ-50Pronase E Пепсин СГ-5090 120мин45 °С4004605205806400 30 60 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С4004505005506000 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37°С 41°С 45°С120мин45 °С5005706407107800 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С5005756507258000 30 60 90 Пенообразующая способность, % Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °СFromase 750 Pronase E CHY-MAX Мферментолиза, мин90 мин 120 мин60 65 70 75 80306090120Диаметр мицелл, нм Продолжительность ферментации, минКонтроль CHY-MAX М Fromase 750 КГ-50Pronase E Пепсин СГ-50120мин45 °С40045050055060030 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37°С 41°С 45°С90 120мин45 °С5005756507258000 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С70 75 80мицелл, нмFromase 750 КГ-50СГ-50120мин45 °С40045050055060060 90 Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37°С 41°С 45°С90 120ферментолиза, мин45 °С5005756507258000 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С70 75 80Диаметр мицелл, нмFromase 750 КГ-50СГ-50120мин45 °С4004605205806400 30 60 90 Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С4004505005506000 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37°С 41°С 45°С120мин45 °С5005706407107800 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С5005756507258000 30 60 90 Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °СFromase 750 Pronase E CHY-MAX Мферментолиза, мин90 мин 120 мин60 65 70 75 80306090120Диаметр мицелл, нмПродолжительность ферментации, минКонтроль CHY-MAX М Fromase 750 КГ-50Pronase E Пепсин СГ-504004605205800 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С4004605205806400 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С4004505005506000 Пенообразующая способность, %Продолжительность 33 °С 5005606206807400 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С5005706407107800 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °5005756507258000 Пенообразующая способность, %33 °С 859299106113СГ-50 КГ-50 Пепсин Fromase 750 Pronase E CHY-MAX МОтносительное содержаниеаминных групп, %Продолжительность ферментолиза, мин30 мин 60 мин 90 мин 120 мин60 65 70 75 80306090120Диаметр мицелл, нмПродолжительность ферментации, минКонтроль CHY-MAX М Fromase 750 КГ-50Pronase E Пепсин СГ-50120мин45 °С4004505005506000 30 60 90 120Продолжительность ферментолиза, мин37°С 41°С 45°С90 120мин45 °С5005756507258000 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин45 °С70 75 80мицелл, нмFromase 750 КГ-50СГ-504004605205800 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С4004605205806400 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С4004505005506000 Пенообразующая способность, %33 °С 5005606206807400 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С5005706407107800 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С5005756507258000 Пенообразующая способность, %33 °С 859299106113СГ-50 КГ-50 Пепсин Fromase 750 Pronase E CHY-MAX МОтносительное содержаниеаминных групп, %Продолжительность ферментолиза, мин30 мин 60 мин 90 мин 120 мин60 65 70 75 80306090120Диаметр мицелл, нмПродолжительность ферментации, минКонтроль CHY-MAX М Fromase 750 КГ-50Pronase E Пепсин СГ-504004605205800 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 37 °С 41 °С 45 °С4004605205806400 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 41 45 Пенообразующая способность, %5005606206807400 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 41 45 5005706407107800 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 37 41 45 °С859299106113СГ-50 КГ-50 Пепсин Fromase 750 Pronase E CHY-MAX МОтносительное содержаниеаминных групп, % Продолжительность ферментолиза, мин30 мин 60 мин 90 мин 120 мин60 65 70 75 306090120Диаметр мицелл, нмПродолжительность ферментации, минКонтроль CHY-MAX М Fromase 750 Pronase E Пепсин СГ-504004605205800 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 37 41 °С 45 °С4004605205806400 30 60 90 Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С5005606206807400 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С45 °С5005706407107800 30 60 90 Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 859299106113СГ-50 КГ-50 Пепсин Fromase 750 Pronase E CHY-MAX МОтносительное содержаниеаминных групп, %Продолжительность ферментолиза, мин30 мин 60 мин 90 мин 120 мин60 65 306090120Диаметр мицелл, Продолжительность ферментации, минКонтроль CHY-MAX М Pronase E Пепсин 4004605205800 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 37 41 45 °С4004605205806400 30 60 Пенообразующая способность, % Продолжительность ферментолиза, 33 °С 37 °С 5005606206807400 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 45 °С5005706407107800 30 60 Пенообразующая способность, %Продолжительность 33 37 859299106113СГ-50 КГ-50 Пепсин Fromase 750 Pronase E CHY-MAX МОтносительное содержаниеаминных групп, %Продолжительность ферментолиза, мин30 мин 60 мин 90 мин 120 мин60 306090120Продолжительность ферментации, минКонтроль Pronase E154Podlegaeva T.V. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2020, vol. 50, no. 1, pp. 149–158активность ферментов, накопление продуктовраспада макромолекул приводят к снижениюпенообразующей способности. Можно считать, чтопродолжительность ферментативного гидролиза впределах 60 мин при температуре 37 ± 2 °С являетсярациональной и приемлемой.Наименьшей пенообразующей способностью обла-дает молоко, обработанное ферментами животногопроисхождения. У СГ-50 пенный столб увеличилсявсего в 1,12 раза, у КГ-50 – в 1,3 раза, у пепсина – в1,16 раза. При этом на протяжении всей обработкиагрегация молекул белка не наблюдалась. Эти факторыговорят о невысокой протеолитической активностиферментов данной группы по сравнению с ферментамимикробиальной и рекомбинатной группы.С целью разработки объективных характеристикстепени ферментативного гидролиза было опреде-лено относительное содержание свободныхаминогрупп и изменение диаметра мицелл казеина.Обобщенные данные эксперимента при оптимальнойтемпературе 37 °С и концентрации фермента 0,001 %представлены на рисунке 2. Содержание свободныхаминокислот в контрольном образце (молочнойсистеме, не подвергнутой ферментативному гидро-лизу), принято за 100 %.Данные, представленные на рисунке 2, позволилиустановить, что в результате ферментативногогидролиза относительное количество аминныхгрупп постепенно увеличивается (в среднем приростсоставил 0,5–12,6 %). В результате действиясычужного фермента, который в большей степениатакует α-казеин и медленно/почти не атакуетβ-казеин, происходит неглубокий распад казеина собразованием высокомолекулярных полипептидови пептидов. Процесс накопления свободныхаминогрупп происходит постепенно. В некоторыхслучаях количество свободных аминогрупп наначальном этапе процесса снижается – это можнонаблюдать у молочной основы, ферментированнойпепсином и Pronase E. Вероятно, в данном случае,кроме специфического гидролиза, имеет местобыть неспецифичная ферментация с блокировкойаминных групп в результате фермент-субстратноговзаимодействия и образования макропептидов.В результате расщепления ферментом пептидныхсвязей казеинаткальцийфосфатного комплекса ата-куется часть молекулы белка κ-казеина по связимежду фрагментами номер 105 и 106, после которойи следует макропептид. Результат – последнийотсоединяется от белковой молекулы.Максимальная пенообразующая способность иустойчивость дисперсной системы наблюдается принезначительном накоплении свободных аминокислот.Это происходит как при использовании ферментовживотного происхождения, так и микробиальных.Накопление продуктов распада снижает образованиемежфазных пенных структур.Рисунок 2. Влияние ферментов на изменение относительного содержания аминных групп восстановленного молока(содержание в неферментированном образце принято за 100 %)Figure 2. Effect of enzymes on the relative content of amine groups in reduced milk. The content in the unfermented sample is taken for 100%Рисунок 3. Динамика изменения диаметра мицелл казеинапод действием ферментовFigure 3. Effect of enzymes on casein micelle diameter:dynamic patternПродолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С33 °С 37 °С 41 °С 45 859299106113СГ-50 КГ-50 Пепсин Fromase 750 Pronase E CHY-MAX МОтносительное содержаниеаминных групп, %Продолжительность ферментолиза, мин30 мин 60 мин 90 мин 120 мин60 65 70 306090120Диаметр мицелл, Продолжительность ферментации, минКонтроль CHY-MAX М Fromase Pronase E Пепсин СГ-5030 60 90 120Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С4004605205806400 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С4004505005506000 30 Пенообразующая способность, %Продолжительность 33 °С 37°30 60 90 120Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С5005706407107800 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С5005756507258000 Пенообразующая способность, %Продолжительность 33 °С СГ-50 КГ-50 Пепсин Fromase 750 Pronase E CHY-MAX МПродолжительность ферментолиза, мин30 мин 60 мин 90 мин 120 мин60 65 70 75 80306090120Диаметр мицелл, нмПродолжительность ферментации, минКонтроль CHY-MAX М Fromase 750 КГ-50Pronase E Пепсин СГ-500 30 60 90 120Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С4004605205806400 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С4004505005506000 30 Пенообразующая способность, %Продолжительность 33 °С 0 30 60 90 120Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С5005706407107800 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С5005756507258000 Пенообразующая способность, %Продолжительность 33 °С СГ-50 КГ-50 Пепсин Fromase 750 Pronase E CHY-MAX МПродолжительность ферментолиза, мин30 мин 60 мин 90 мин 120 мин60 65 70 75 80306090120Диаметр мицелл, нмПродолжительность ферментации, минКонтроль CHY-MAX М Fromase 750 КГ-50Pronase E Пепсин СГ-500 30 60 90 120Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С4004605205806400 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С4004505005506000 30 Пенообразующая способность, %Продолжительность 33 °С 0 30 60 90 120Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С5005706407107800 30 60 90 120Пенообразующая способность, %Продолжительность ферментолиза, мин33 °С 37 °С 41 °С 45 °С5005756507258000 Пенообразующая способность, %Продолжительность 33 °С 859299106113СГ-50 КГ-50 Пепсин Fromase 750 Pronase E CHY-MAX МПродолжительность ферментолиза, мин30 мин 60 мин 90 мин 120 мин60 65 70 75 80306090120Диаметр мицелл, нмПродолжительность ферментации, минКонтроль CHY-MAX М Fromase 750 КГ-50Pronase E Пепсин СГ-50155Подлегаева Т. В. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2020. Т. 50. № 1 С. 149–158Изменение диаметра мицелл казеина поддействием ферментов представлено на рисунке 3.В результате отщепления гликомакропептида поддействием фермента казеиновые частицы теряютзаряд, а следовательно, и устойчивость, и переходят впараказеиновые, которые за счет сил молекулярногопритяжения образуют агрегаты. Анализ рисунка3 и сравнение с результатами рисунка 1 показали,что увеличение размера частиц дисперсной фазыне всегда приводит к повышению пенообразующихсвойств системы. Возможно, что в данном случаепроисходит изменение адсорбционного поведенияферментированных белков на границе плазма-воздух– увеличивается межфазная поверхность субмицеллказеина и происходит интенсивная флотация вмежфазную поверхность данных субмицелл, котораяи приводит к повышению пенообразования.Одной из основных структурно-механическиххарактеристик, влияющих на качество взбитыхмолочных продуктов, является устойчивостьпены. Пена, полученная из молока, подвергнутогоферментативному гидролизу, обладает отличным,по сравнению с контрольным образцом, значениемустойчивости.На следующем этапе определяли устойчивостьвзбитой массы при рациональных параметрахферментативного процесса, установленного ранеедля каждого вида фермента. Данные экспериментапредставлены в таблице 2.Данные таблицы показали, что наибольшейустойчивостью обладает взбитая масса из молока,ферментированного CHY-MAX М – 86 %. Высокиепоказатели устойчивости имеют образцы молочнойосновы, обработанной микробиальными препара-тами. Устойчивость ферментированных животнымипрепаратами систем снижается по сравнению сконтрольным образцом восстановленного молока.На начальном этапе ферментации в результатеснижения дезагрегации мицелл казеина иуменьшению межмолекулярных сил взаимодействияпроисходит снижение вязкости системы иповерхностного натяжения.В ходе дальнейшей обработки происходитрасщепление стабилизирующего компонентаказеиновой мицеллы – χ-казеина с выделениемпептида (казеиномакропептид). Макропептидыотделяются от белковой молекулы и переходят вокружающую систему. Также начинают образо-вываться агрегированные молекулы (флокулы),приводящие к образованию еще более крупныхбелковых частиц. Система приобретает гелеобразнуюструктуру, приводящую к повышению вязкости.Полученная пена из раствора повышенной вязкостиобладает мелкодисперсной структурой с мелкимразмером частиц, что также повышает устойчивостьполученной пенной массы.В случае высокой активности фермента(Fromase 750, Pronase E, CHY-MAX М) стадиядезагрегации мицелл казеина и агрегация белковойфазы протекают интенсивно и приводят к быстройкоагуляции белка. Повышение вязкости системынаблюдается уже через 30 мин после внесенияпрепарата.ВыводыУстановлено влияние ферментативногогидролиза ферментами различного происхожденияна основные структурно-механическиехарактеристики взбитых молочных продуктов извосстановленного сухого молока – пенообразующуюспособность и устойчивость пены. Наибольшиепенообразующие свойства были отмеченыу молочной системы, ферментированнойрекомбинатным ферментом CHY-MAX М. Макси-мум пенообразующей способности составил 800 %.В результате высокой активности препаратаферментативный гидролиз протекал очень активно ипосле 60 мин обработки белок коагулировал. Такоеявление является нежелательным в технологическомпроцессе, т. к. сложно контролировать ход проте-кающих реакций.Наименьшими значениями пенообразующейспособности обладала молочная основа, ферменти-рованная препаратами животного происхожденияТаблица 2. Влияние ферментов на устойчивость пены из восстановленного молока при оптимальных параметрахTable 2. Effect of enzymes on the stability of the foam in reduced milk at optimal parametersНаименованиеферментаКонцентра-ция, %Рациона-льная темпе-ратура, °СПродолжитель-ность фермента-ции, минПенообра-зующая спо-собность, %Устойчивость пены(х ± m, m ≤ 0,05), %контроль исследуемый образецСычужно-говяжийфермент СГ-500,001 37 60 555 72 67Курино-говяжийфермент (КГ-50)0,001 37 60 650 72 43Пепсин 0,001 37 60 580 72 56Fromase 750 (Фромаза) 0,001 37 60 740 72 79Pronase E 0,001 37 60 780 72 80CHY-MAX М 0,001 37 30 800 72 86156Podlegaeva T.V. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2020, vol. 50, no. 1, pp. 149–158– СГ-50, КГ-50 и пепсином. Это связано спроявлением специфичной ферментации, при кото-рой образуются продукты расщепления белка,обладающие пониженными свойствами к образо-ванию межфазных структур. По этой причинеферменты данной группы нежелательно использоватьв производстве ферментированной молочной основы.Кроме того, производство ферментов животногопроисхождения сократилось, что привело кдефициту препаратов. Использование данной группыпрепаратов не приводит к значительному улучшениюпенообразующих свойств.Высокой пенообразующей способностью иотносительно устойчивой взбитой массой характе-ризовалось молоко, обработанное ферментамимикробиальной природы Fromase 750 и Pronase Е.Пенообразующая способность при определенныхрациональных параметрах процесса составила 740 и780 % соответственно. Устойчивость находилась науровне 80 %. Именно эта группа ферментов имеетвсе преимущества для ферментативного гидролизабелков восстановленного молока.Полученные результаты позволяют рекомендо-вать процесс ферментации восстановленногообезжиренного молока ферментами микробиальногопроисхождения как способ повышения пенообра-зующей способности основы. Данную ферменти-рованную систему можно использовать дляпроизводства взбитых продуктов широкого спектра.Критерий авторстваТ. В. Подлегаева руководила проектом.Н. Г. Костина принимала участие в эксперименталь-ных исследованиях.Конфликт интересовАвторы заявляют, что конфликта интересов нетContributionT.V. Podlegaeva supervised the project. N.G. Kostinaperformed the experimental studies.Conflict of interestThe authors declare that there is no conflict of interestregarding the publication of this article.