CC BY
3
HayKOBHH BicHHK .HbBiBCbKoro Ha^OHaibHoro ymBepcurery BeTepHHapHOi MegnuUHH Ta 6i0TexH0iroriH iMeHi C.3. f^H^Koro Scientific Messenger of Lviv National University of Veterinary Medicine and Biotechnologies named after S.Z. Gzhytskyj
doi: 10.15421/nvlvet7523
ISSN 2519-268X print ISSN 2518-1327 online
http://nvlvet.com.ua/
XOK 637.143.2:544.77.051.1:577.118
Електрофiзичний cnoci6 збагачення cyxoi' молочноУ сироватки мiнеральними елементами
О.В. Кочубей-Литвиненко, О.А. Чернюшок [email protected]
Нацюналъний утверситет харчових технологш, вул. Володимирська, 68, Кшв, 01601, Украша
Стаття присвячена проблемг збагачення мтералъними елементами сироватки молочноi внаслгдок ii оброблення елект-рофгзичним способом. Об'ект дослгдження: електрофгзичний споаб збагачення молочноi сироватки Магтем та Манганом. Предмет дослгдження: знесолена молочна сироватка до та тсля електрогскрового оброблення, суха демтералгзована сироватка (СДМ) та СДМ, збагачена Магтем та Манганом. Збагачення сироватки Mg та Mn здшснювали на експеримен-талъному технологгчному комплексг, що складаетъся з генератора розрядних мпулъсгв, блоку управлтня, розрядноi камери, вимгрювалъних i допомгжних приладгв. Експерименталъно доведено, що оброблення молочноi сироватки в розрядтй камерг зг струмопровгдним прошарком гранул Магнгю i вгдповгдними електродами i/або зг струмопровгдним прошарком гранул мангану й вгдповгдними електродами сприяе тдвищенню вмкту Магтю у 1,8...3,2 раза й Мангану у 1,9...5,6раза залежно вгд тривалостг оброблення. Розглянуто доцыътстъ залучення електрофгзичного способу оброблення сировини у технологи сухоi молочноi сироватки з метою ii збагачення. Експерименталъним шляхом доведено тдвищення вмгсту Mg i Mn, полт-шення розчинностi, вiдсутнiстъ ознак неферментативного потемтння протягом збер^ання i зниження схилъностi до злежування в зразках сухог молочноi сироватки тсля оброблення електрофiзичним способом. Запропоновано запроваджу-вати електроккрове оброблення в технологи сухих концентратiв iз молочноi сироватки на етат тдготовки сировини до суштня та визначено ращоналъну тривалктъ електроккрового оброблення сироватки, а саме: 30 с - для мангановоi елек-тродног системи i 60 с - для магнiевоi.
Knmnoei слова: електрофiзичний споаб, електрогскрове диспергування, суха молочна сироватка, збагачення, мжроеле-менти, магшй, манган.
Статъя посвящена проблеме обогащения минералънъми элементами сыворотки молочной вследствие ее обработки электрофизическим способом. Объект исследования: электрофизический способ обогащения молочной сыворотки Магнием и Марганцем. Предмет исследования: обессоленная молочная сыворотка до и после электроискровой обработки, сухая деминерализованная сыворотка (СДМ) и СДМ, обогащенная Магнием и Марганцем. Обогащение сыворотки Mg и Mn осуществляли на эксперименталъном технологическом комплексе, состоящем из генератора разрядных импулъсов, блока управления, разрядной камеры, измерителъных и вспомогателъных приборов. Эксперименталъно доказано, что обработка молочной сыворотки в разрядной камере с токопроводящим слоем гранул Магния и соответствующими электродами и/или с токопроводящим слоем гранул Марганца и соответствующими электродами, способствует повышению содержания Магния в 1,8 ... 3,2 раза и
Citation:
Kochubey-Lytvynenko, O.V., Chernyushok, O.A. (2017). Electrophysical method of dray milk whey enrichment with mineral elements. Scientific Messenger LNUVMBT named after S.Z. Gzhytskyj, 19(75), 115-119.
Електрофизический способ обогащения сухой молочной сыворотки
минеральными елементами
А.В. Кочубей-Литвиненко, О.А. Чернюшок [email protected]
Националъный университет пищевых технологий, ул. Владимирская, 68, Киев, 01601, Украина
Марганца в 1,9 ... 5,6раза в зависимости от продолжительности обработки. Исследована целесообразность использования электрофизического способа обработки сырья в технологии сухой молочной сыворотки с целью ее обогащения. Экспериментальным путем доказано повышение содержания Mg и Mn, улучшение растворимости, отсутствие признаков неферментативного потемнения при хранении и снижение склонности к слеживанию в образцах сухой молочной сыворотки после обработки электрофизическим способом. Предложено внедрение электроискровой обработки в технологии сухих концентратов из молочной сыворотки на этапе подготовки сырья к сушке и определена рациональная продолжительность электроискровой обработки сыворотки, а именно: 30 с - для марганцевой электродной системы и 60 с - для магниевой.
Ключевые слова: электрофизический способ, электроискровое диспергирование, сухая молочная сыворотка, обогащение, минеральные элементы, магний, марганец.
Electrophysical method of dray milk whey enrichment with mineral elements
O.V. Kochubey-Lytvynenko, О.А. Chernyushok [email protected]
National University of Food Technology, Volodymyrska Str., 68, Kyiv, 01601, Ukraine
The article is dedicated to the issue of milk whey enrichment with mineral elements as a result of it processing by elecrtophysical method. Subject of research: electrophysical method of milk whey enrichment with Magnesium and Manganese. Scope of research: desalted milk whey before and after electrosparkling discharge, dry demineralized whey (DDW) and DDW enriched with magnesium and manganese. Milk whey enrichment with Magnesium and Manganese was carried out at experimental technological equipment consisting of discharge impulse oscillator, control unit, discharge chamber, measuring and auxiliary instruments. It has been experimentally proved that processing of milk whey in discharge chamber with conductive layer of Magnesium granules and respective electrode and/or with conductive layer of manganese granules and respective electrode increase Magnesium content by 1.8...3.2 times and Manganese content by 1.9.5.6 times subject to processing duration. It is also considered an applicability of electrophysical method of raw material processing in dry whey technology aimed at its enrichment. It has been experimentally proved an increase of Mg and Mn content, improvement in solubility, absence of features of nonenzymic browening during storage and decrease in propensity to alkalization in the samples of dry milk whey after processing with electrophysical method. It is suggested to introduce electrosparkling processing in technology of dry concentrate from dry whey at the phase of raw material preparation for drying and determined reasonable duration of electrosparkling processing of whey, notably 30 seconds for manganese electrode system and 60 seconds -for magnesium one.
Key words: electrophysical method, electric sparkling dispersion, dry milk whey, enrichment, microelements, magnesium and manganese.
Вступ
Зростання цш на незбиране молоко, нестача сиро-винних ресурав, еколопчш питання спонукають виро-бнишв молочно! продукци в усьому свт до рацюналь-ного використання вторинно! молочно! сировини. Заць кавленють щдприемств молочно! промисловосп до переробки молочно! сироватки мае стшку позитивну динамшу. За даними аналогично! агенци 1НФАГРО, виробництво молочно! сироватки в Укра!ш у 2017 рощ зростае активними темпами. Так, в ачш 2017 року цього продукту випущено на 10% бшьше порiвняно з ачнем 2016 року. На световому ринку зростае попит на укра!нську суху демiнералiзовану сироватку. Обсяги и виробництва i споживання в останш роки залишають-ся незмшно високими. Вона знаходить попит на тдп-риемствах, що виробляють морозиво, молочш, м'ясш, хлiбобулочнi, кондитерсьш та iншi види харчових продукпв, в тому чи^ спещального призначення (De Wit, 2001).
Завдяки запровадженню мембранних методiв i електродiалiзу суха демiнералiзована сироватка на ввдмшу ввд звичайно! сухо! сироватки характеризу-еться низьким вмютом золи, низькою титрованою кислотшстю та приемним солодкуватим присмаком. Залежно ввд способу виробництва стутнь демшераль заци сироватки становить ввд 25 до 90%. Вщомо, що пвд час знесолення штенсивно видаляються одновале-нтш юни (К+, Na+, Cl ), що зумовлюють смаковi влас-
тивосл сироватки. З тдвищенням р1вня знесолення видаляються анюни фосфорно! i лимонно! кислот, що своею чергою призводить до дисощацп комплекав i видалення двовалентних катюшв Ca i Mg (De Wit, 2001; Evdokymov et al., 2012; Hondar and Romanchuk, 2015). При електродiалiзi дещо знижуеться вмют Mn (Khramtsov, 2011; Hondar and Romanchuk, 2015). От-же, на рiвнi з бажаним з технолопчно! точки зору видаленням одновалентних юшв пiсля мембранного оброблення спостерiгаеться зниження вмiсту бюлоп-чно цiнних двовалентних юшв.
Ведомо, що Mg i Mn необхiднi для нормального функцюнування органiзму людини, вони входять до складу багатьох ферментiв, як1 залучаються до обмш-них процесiв (Spyrychev et al., 2005). Крiм того, щ елементи не тiльки надають харчовим продуктам функцiональних властивостей, а й вщграють iстотну технологiчну роль. Наприклад, здатнi активiзувати i стабшзувати дш ферментiв дрiжджово! клiтини (Churylyna et al., 2004; Stehlik-Tomas et al., 2004), сприяють зростанню молочнокисло! мжрофлори (Kantere, 1990) тощо.
В рацюнах харчування переважно! бiльшостi населенна спостертаеться дефiцит цих мiкронутрiентiв (Spyrychev et al., 2005). Зпдно з критерiями та принципами збагачення, запропонованими ВООЗ (Katserykova, 2004), насамперед належить збагачувати продукти масового споживання тими мiкронутрiента-
ми, дефщит яких реально icHye i достатньо широко розповсюджений.
Виходячи i3 поcтiйно зростаючого попиту на суху демiнералiзованy сироватку, в тому чи^ в продуктах cпецiального призначення, доцiльним e 11 цiльове збагачення Mg та Mn.
Найбiльш поширеним способом поповнення дефiцитy мiнеральних речовин в харчових продуктах e внесення солей неорганiчних кислот. Однак бшь-шicть вiдомих препаратiв погано розчиняються у водi, мають неприемний пркий смак, це може негативно вплинути на органолептичнi влаcтивоcтi харчових продукпв, що е неприпустимим згiдно з вимогами збагачення харчових продукпв (Kukyn, 2013), до того ж мшерали в такш формi мають низьку бiологiчнy доcтyпнicть. Тому пошук нових cпоcобiв збагачення харчових продyктiв, зокрема молочно! сироватки, цiнними мiнеральними речовинами е актуальним. Перспективним в даному напрямi е використання об'емного електроюкрового диспергування струмоп-роввдних гранул металiв у водному cередовищi (Lopatko, 2015). Метою роботи було обгрунтування доцшьносп використання даного електрофiзичного методу для збагачення молочно! сироватки частинка-ми елеменпв Mg i Mn.
MaTepia™ i методи досл1джень
Об'ект дослвдження: електрофiзичний cпоciб збагачення молочно! сироватки Магшем та Манганом. Предмет дослвдження: знесолена молочна сироватка до та тсля електроicкрового оброблення, суха демь нералiзована сироватка (СДМ) та СДМ, збагачена Mагнieм i Манганом.
Збагачення сироватки Mg та Mn здшснювали на розробленому науковцями Нацюнального ушверсите-ту бiореcyрciв i природокористування Укра!ни експе-риментальному технологiчномy комплекс^ що скла-даеться з генератора розрядних iмпyльciв, блоку
yправлiння, розрядно! камери, вимiрювальних i допо-мiжних приладiв (Lopatko, 2015). Параметри оброблення: напруга зарядки конденсатора - 75 ± 5 В; емшсть конденсатора - 100 мкФ; промiжок м1ж гранулами металiв - до 0,1 мм; частота iмпyльciв -0,2...2,0 кГц; експозищя - вiд 30 до 180 с.
Суху демiнералiзованy сироватку отримували шляхом знесолення пвдсирно! сироватки на нанофшь-трацiйнiй («GEA», Дашя) або електродiалiзнiй («MEGA», Чехiя) установках, з подальшим розпилю-вальним сушшням.
Оcобливicтю отримання сухо! молочно! сироватки, збагачено! мiнеральними елементами, було проведен-ня об'емного електроicкрового диспергування стру-мопроввдних гранул Магнш i Мангану в cередовищi сироватки, знесолено! нанофшьтращею.
В роботi використовували cтандартнi i cпецiальнi методи оцiнювання органолептичних, фiзико-хiмiчних та фyнкцiонально-технологiчних властивос-тей молочно! сироватки. Вмют металiчних елеменпв визначали методом атомно-абcорбцiйно! спектромет-ри за допомогою спектрометра AAS1N (Carl-Zeiss Jena, Нiмеччина).
Результата та ix обговорення
Встановлено, що електроicкрове диспергування гранул металiв в молочнiй сироватщ сприяе збагачен-ню !! частинками Mg i Mn, як1 здатш утворювати ор-ганiчнi сполуки з компонентами сироватки. Останш мають вищу бiологiчнy доcтyпнicть, оcкiльки саме в такш хiмiчнiй формi фyнкцiонyють в оргашзмг
Експериментально доведено, що оброблення молочно! сироватки в розряднш камерi зi струмопров1д-ним прошарком гранул Магн1ю i вiдповiдними елект-родами i/або зi струмопров1дним прошарком гранул Мангану й ввдповвдними електродами сприяе пiдви-щенню вмicтy Магнио у 1,8.^3,2 раза й Мангану у 1,9...5,6 раза залежно вщ тривалоcтi оброблення.
a б
Рис.1. Зaлeжнiсть вмкту Мангану (а) та Maгнiю (б) в знесоленш молочнiй сирова'щ1 вщ тpивaлостi
eлeктpоiскpового оброблення
Проте органолептична оцшка оброблених зразкiв заcвiдчила наявшсть вираженого cпецифiчного смаку i запаху, не властивого натуральнш cироватцi, та не-
бажанi змiни кольору пвд час збiльшення експозиц^ понад 120 с при залученш магнieвих та понад 90 с -
манганових електродiв. За оброблення протягом 30 ... 90 с збер^алися належнi органолептичнi показники.
Виявлено зниження окисно-вiдновного потенцiалу (зростання антиоксидантних властивостей) в оброб-ленiй сироватцi з -10 мВ до -70...-290 мВ залежно вiд тривалостi оброблення. Зроблено припущення, що це свiдчить як про можливе проходження в системi про-цесу Ме^Ме"+ +ne, так i ймовiрне комплексоутво-рення м1ж iонами Магнш i бiолiгандами, як мютять-ся в сироватцi.
Повнофакторним експериментом встановлено ра-цiональну тривалють електроiскрового оброблення сироватки, а саме: 30 с - для манганово! електродно! системи i 60 с - для магшево!.
На пiдставi проведених дослщжень обгрунтовано доцiльнiсть залучення електрофiзичного способу
оброблення сировини у технолопю сухо! молочно! сироватки з метою !! збагачення. Особливiстю запро-поновано! технологi! сухо! молочно! сироватки е про-ведення об'емного електроюкрового диспергування струмопровiдних гранул Mg i Mn в середовищi знесо-лено! молочно! сироватки. Тривалiсть електроюкрово-го оброблення ввдповщала визначеному ращонально-му режиму.
Перспективи використання сухо! молочно! сирова-тки визначаються !! складом, властивостями та здатш-стю до збертання, тому важливим етапом наукових дослщжень е визначення функщонально-технолопчних властивостей та стабiльностi якостi продукту при збертанш. Результати дослiджень пока-зник1в якостi та стабiльностi до збер^ання подано в таблицi 1.
Таблица 1
Показники якосп сухоТ молочно!' сироватки, отримаиоТ з використанням рпних cnoco6iB оброблення
Найменування показника Суха молочна сироватка, вироблена з використанням:
електродiалiзу нано-фшьтрацп нанофшьтрацй та електро-¡скрового оброблення
Масова частка вологи, % 3,6 3,0 2,2
Вмiст Mg, г/кг 0,90 0,93 2,9
Вмют Mn, мг/кг 0,91 1,1 12,9
Титрована кислоттсть, °Т 11,0 12,0 10,0
1ндекс розчинностi, см3 сирого осаду 0,2 0,3 0,1
Показник активностi води (Aw), ум. од. 0,245 0,196 0,130
Насипна густина, г/см3 0,611 ± 0,01 0,429 ± 0,02 0,376 ± 0,01
Середнш розмiр частинок, мкм 79,7 60,3 63,6
Ступшь злежування, % 17,3 16,4 2,2
Б1лизна, ум. од. 87,8 90,6 97,4
Дослiдження органолептичних, фiзико-хiмiчних та функцiонально-технологiчних властивостей сухо! молочно! сироватки, збагачено! Mg i Mn, засввдчили вiдсутнiсть негативного впливу електрофiзичного оброблення сировини на яшсш показники продукту. Навпаки, поряд зi збiльшенням вмiсту Mg i Mn досль днi зразки збагачено! сухо! сироватки мали найкращу розчиннiсть, низьку схильнiсть до утворення грудо-чок (стушнь злежування не перевищував 3,0%) та найкращу бшизну, при цьому ознаки неферментативного потемнiння були вiдсутнiми протягом 12 мiсяцiв збер^ання.
Висновки
Електроiскрове диспергування гранул магнш i мангану в середовищi молочно! сироватки сприяе Г! збагаченню в бюлопчно доступнiй формi частинками магнiю в 1,8.3,2 раза й мангану у 1,95.5,6 раза залежно вщ тривалосп оброблення.
Виявлено зниження окисно-вщновного потенщалу (зростання антиоксидантних властивостей) в оброб-ленiй сироватцi з -10 мВ до -70.-290 мВ залежно ввд тривалосп оброблення.
Доведено збiльшення вмюту Mg i Mn в зразках збагачено! сироватки, полшшення розчинностi, вщсу-тнiсть ознак неферментативного потемнiння протягом збер^ання i зниження схильностi до злежування в сухш молочнiй сироватщ, виробленiй ¡з залученням електрофiзичного способу оброблення.
Отримаш результати засввдчили, що використання електроiскрового оброблення в технологи концентра-тiв ¡з молочно! сироватки дозволить отримати продукт з покращеними функцiонально-технологiчними показниками, стабiльний до збери-ання, збагачений цiнними мiнеральними елементами, що сприятиме розширенню асортименту продуклв спецiального призначення.
Запропоновано запроваджувати електроiскрове оброблення в технологи сухих концентрапв ¡з молочно! сироватки на етат подготовки сировини до сушiн-ня.
Визначено рацiональну тривалiсть електроiскрово-го оброблення сироватки, а саме: 30 с - для манганово! електродно! системи i 60 с - для магшево!.
Реалiзацiя електроюкрового диспергування стру-мопровщних гранул Магнш i Мангану в середовищi молочно! сироватки не потребуе складного технолоп-чного забезпечення, при цьому споаб характеризу-еться достатньою ефективнiстю збагачення продукту мжроелементами.
Отже, використання електроюкрового оброблення в технологi! концентратiв ¡з молочно! сироватки дозволить отримати продукт з покращеними функщона-льно-технолопчними показниками, стабiльний до зберiгання, збагачений щнними мiнеральними елеме-нтами, що сприятиме розширенню асортименту про-дуктiв спещального призначення.
Перспективи подальших дослгджень. Враховуючи сприятливу дiю магнiю i мангану на зростання моло-
HHOKHC^OI MiKpo^^opH, nogaibmoro gocmg^eHHH noT-pe6ye Bn^HB 36araHeHoi cupoBaTKH Ha npo^c CKBamy-BaHHH 3 Meroro iffreHCH^iKauii bhpo6HHHHX пpoцесiв.
Ei6.iorpa$iHm iIOCII. lanim
De Wit, J.N. (2001). Lecturer's handbook on whey and
whey products. Eindhoven: Huntrskil Howard. Evdokymov, Y.A., Volodyn, D.N., Holovkyna, M.V., Zolotareva, M.S., Topalov, V.K. (2012). Obrabotka molochnoho syria membrannymi metodami. Molochnaia promyshlennost. 2, 34-37 (in Russian). Hondar, O.P., Romanchuk, I.O. (2015). Zmina mineralnoho skladu sukhoi molochnoi syrovatky za riznykh metodiv obroblennia. Zbirnyk naukovykh prats Vinnytskoho natsionalnoho ahrarnoho universytetu. 1(89), 94-99 (in Ukrainian). Khramtsov, A.H. (2011). Fenomen molochnoi suvorotky.
Spb.: Professyia (in Russian). Spyrychev, V.B., Shatniuk, L.N., Pozniakovskyi, V.M. (2005). Obohashchenye pyshchevukh produktov vytamynamy y myneralnumy veshchestvamy. Nauka y tekhnolohyia. 2-e yzd. Novosybyrsk: Syb. unyver. yzd-vo (in Russian). Churylyna, N.V., Matveeva, Y.V., Yudyna, T.A. (2004). O vlyianyy dobavok myneralnukh solei y fosfolypazu
na kachestvo khleba. Khlebopechenye Rossyy. 3, 2426 (in Russian).
Stehlik-Tomas,V., Zetic, V.G., Stanzer, D., Grba. S., Vahcic, N. (2004). Zinc, Copper and Manganese enrichment in yeast Saccharomyces cerevisiae. Food Technology and Biotechnology. 42(2), 115-120.
Kantere, V.M. (1990). Teoretycheskye osnovu tekhnolohyy mykrobyolohycheskykh proyzvodstv: uch. posobye. M.: Ahropromyzdat (in Russian).
Katserykova, N.V. (2004). Tekhnolohyia produktov funktsyonalnoho pytanyia: Uchebnoe posobye. Kemerovskyi tekhnolohycheskyi ynstytut pyshchevoi promushlennosty. Kemerovo (in Russian).
Kukyn, M.Iu. (2013). Razrabotka tekhnolohyi tsytrata ammonyia-zheleza, laktata mahnyia y kompleksnukh pyshchevukh dobavok y ykh prymenenye v pyshchevukh produktakh: avtoref. ... kand. tekhn. nauk. S.-Peterb. nats. yssled. un-t ynformats. tekhnolohyi, mekhanyky y optyky- SPb., 22 (in Russian).
Lopatko, K.H. (2015). Obgruntuvannia fizyko-tekhnolohichnykh osnov biolohichnoi funktsionalnosti nanochastynok metaliv: avtoref. dys. ... d-ra tekhn. nauk; NUBiP. K., 46 (in Ukrainian).
Cmammn nadiümna do peda^ii 20.03.2017
