foodsystFood systemsПищевые системы2618-97712618-7272Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН10.21323/2618-9771-2020-4-2-134-143foodsyst-114Research ArticleСтатьиUse of nanofiltration concentrates of buttermilk and whey for fermented dairy products with increased mass content of proteinИспользование нанофильтрационных концентратов пахты и сыворотки для кисломолочных продуктов с повышенной массовой долей белкаhttps://orcid.org/0000-0001-5073-756XОстрецоваН. Г.OstreczovaN. G.

Острецова Надежда Геннадьевна — кандидат технических наук, доцент, кафедра технологии молока и молочных продуктов

160555, Вологда, Молочное, ул. Шмидта, 2

Nadezhda G. Ostreczova — candidate of technical sciences, docent, Department of Milk and Dairy Products Technology

2, Shmidta str.,160555, Vologda, Molochnoe

lugovaya22@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0335-8820БоброваА. В.BobrovaA. V.

Боброва Анна — кандидат технических наук, кафедра технологии молока и молочных продуктов

160555, Вологда, Молочное, ул. Шмидта, 2

Anna V. Bobrova — candidate of technical sciences, Department of Milk and Dairy Products Technology

2, Shmidta str.,160555, Vologda, Molochnoe

anna.chekaleva@mail.ruВологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н. В. ВерещагинаРоссияVologda State Dairy Farming Academy named after N. V. VereshchaginRussian Federation20212207202142134143Copyright © Ostreczova N.G., Bobrova A.V., 20212021Острецова Н.Г., Боброва А.В.Ostreczova N.G., Bobrova A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.fsjour.com/jour/article/view/114

Baromembrane methods, in particular, nanofiltration, open up broad opportunities in the field of obtaining dairy products with a high protein content in terms of quality and energy saving. This paper describes the feasibility of using buttermilk and cheese whey concentrates obtained by nanofiltration in the production of fermented milk products. The physicochemical, rheological and organoleptic studies of nanofiltration concentrates of buttermilk and cheese whey made it possible to select concentrates with a mass fraction of dry substances of 20% for further research. Electron microscopic studies of the microstructure of buttermilk, whey and their concentrates with a mass fraction of dry substances of 20% showed that when buttermilk was concentrated by nanofiltration, the average diameter of dispersed particles did not increase and amounted to (130 ± 30) nm. The grid cells size decreased by 3.2 times; in serum concentration, the particle size increased by 1.7 times with a decrease in the grid cells size by 1.3 times. The obtained data make it possible to predict the positive effect of this concentration method on the consistency of fermented milk products. The use of the combined milk base with a ratio of buttermilk concentrate (20% dry matter) to whey concentrate (20% dry matter) of 50:50 and 75:25 is substantiated, providing a complete protein content of 4.4–5.6% in fermented milk products. A high rate of acid formation and a good water-holding capacity of acid clots were established when fermenting with a starter culture containing thermophilic streptococcus and acidophilic bacillus in a ratio of 4:1. The obtained results make it possible to expand the range of fermented milk products with an increased mass fraction of protein for good nutrition of the population.

Широкие возможности в  области получения молочных продуктов с  повышенным содержанием белка с точки зрения качества и энергосбережения открывают баромембранные методы, в частности, нанофильтрация. В данной работе описывается целесообразность использования концентратов пахты и подсырной сыворотки, полученных нанофильтрацией, в производстве кисломолочных продуктов. Комплекс физико-химических, реологических и органолептических исследований нанофильтрационных концентратов пахты и  подсырной сыворотки позволил выбрать для дальнейших исследований концентраты с  массовой долей сухих веществ 20%. Электронно-микроскопические исследования микроструктуры пахты, сыворотки и их концентратов с массовой долей сухих веществ 20% показали, что при концентрировании пахты нанофильтрацией средний диаметр дисперсных частиц не увеличился и  составил (130 ± 30) нм. При этом размер ячеек пространственной сетки уменьшился в 3,2 раза, а при концентрировании сыворотки размер частиц увеличился в 1,7 раза при уменьшении размера ячеек пространственной сетки в 1,3 раза. Полученные данные позволяют прогнозировать положительное влияние данного способа концентрирования на консистенцию кисломолочных продуктов. Обосновано использование комбинированной молочной основы с соотношением концентрата пахты (20% сухих веществ) к концентрату сыворотки (20% сухих веществ) 50:50 и 75:25, что обеспечивает содержание полноценного белка 4,4–5,6% в  кисломолочных продуктах. Установлена высокая скорость кислотообразования и  хорошая влагоудерживающая способность кислотных сгустков при сквашивании закваской, содержащей термофильный стрептококк и ацидофильную палочку в соотношении 4:1. Полученные результаты позволяют расширить ассортимент кисломолочных продуктов с повышенной массовой долей белка для полноценного питания населения.

пахтаподсырная сывороткананофильтрацияконцентраткисломолочный продуктацидофильная палочкатермофильный стрептококкbuttermilkcheese wheynanofiltrationconcentratefermented milk productacidophilus bacillusthermophilic streptococcusReferencesБанникова, А.В, Евдокимов, И.А. (2012). Инновационный подход к созданию обогащенных молочных продуктов с повышенным содержанием белка. — М.: ДеЛи плюс, 2015. —136 с.Bannikova, A.V., Evdokimov, I.A. (2012). An innovative approach to the creation of fortified dairy products with a high protein content. Moscow: DeLi plus, 2015, 136 p. (In Russian)Банникова, А.В., Евдокимов, И.А. (2015). Молочные продукты, обогащенные сывороточными белками: технологические аспекты создания. Молочная промышленность, 1, 64–66.Bannikova, A.V., Evdokimov, I.A. (2015). Milk products enriched with whey proteins. Technological aspects of developing. Dairy Industry, 1, 64–66. (In Russian)Володин, Д.Н., Золотарев, М.С, Топалов, В.К., Евдокимов, И.А., Храмцов, А.Г., Чаблин, Б.В. и др. (2015). Сывороточные ингредиенты: анализ рынка и перспективы производства. Молочная промышленность, 3, 60–62.Volodin, D.N., Zolotarev, M.S., Topalov, V.K., Evdokimov, I.A., Khramtsov, A.G., Chablin, B.V. et al. (2015). Analysis of the market and production of the whey ingredients. Dairy Industry, 3, 60–62. (In Russian)Тутельян, В.А., Никитюк, Д.Б., Батурин, А.К., Васильев, А.В., Гаппаров, М.Г., Жилинская, Н.В. и др. (2020). Нутриом как направление «главного удара»: определение физиологических потребностей в макро — и микронутриентах, минорных биологически активных веществах пищи. Вопросы питания, 89(4), 24–34. https://doi.org/10.24411/0042–8833–2020–10039.Tutelyan, V.A., Nikityuk, D.B., Baturin, A.K., Vasiliev, A.V., Gapparov, M.G, Zhilinskaya, N.V. et al. (2020). Nutriome as the direction of the “main blow”: determination of physiological needs in macroand micronutrients, minor biologically active substances. Problems of Nutrition, 89(4), 24–34. https://doi.org/10.24411/0042–8833–2020–10039 (In Russian)Гришин, Д.В., Подобед, О.В., Гладилина, Ю.А., Покровская, М.В., Александрова, С.С., Покровский, В.С. и др. (2017). Биоактивные белки и пептиды: современное состояние и новые тенденции практического применения в пищевой промышленности и кормопроизводстве. Вопросы питания, 86(3), 19–31.Grishin, D.V., Podobed, O.V., Gladilina, Yu.A., Pokrovskaya, M.V., Aleksandrova S. S., Pokrovsky V. S. et al. (2017). Bioactive proteins and peptides: current state and new trends of practical application in the food industry and feed production. Problems of Nutrition, 86(3), 19–31. (In Russian)Топникова, Е.В., Иванова, Н.В., Оносовская, Н.Н. (9–18 июня 2017). Новый стандарт на пахту и продукты ее переработки. Сборник материалов Международной молочной недели. Углич, Россия.Topnikova, E.V., Ivanova, N.V., Onosovskaya, N.N. (2017, June 9–18). New Standard for Buttermilk and Its Processed Products. International Dairy Week Proceedings. Uglich, Russia. (In Russian)Ahmed, J.A.O., Razig, K.A.A. (2017). Effect of levels of buttermilk on quality of set yoghurt. Journal of Nutrition & Food Sciences, 7, 634. https://doi.org/10.4172/21559600.1000634Ahmed, J.A.O., Razig, K.A.A. (2017). Effect of levels of buttermilk on quality of set yoghurt. Journal of Nutrition & Food Sciences, 7, 634. https://doi.org/10.4172/21559600.1000634Вышемирский, Ф.А., Ожгихина, Н.Н. (2011). Пахта: минимум калорий — максимум биологической ценности, Молочная промышленность, 9, 54–56.Vyshemirskii, F.A., Ozhgihina, N.N. (2011). Buttermilk: minimum of calories-maximum of biological value. Dairy Industry, 9, 54–56. (In Russian)Новокшанова, А.Л., Топникова, Е.В., Абабкова, А.А. (2019). Анализ аминокислотного состава обезжиренного молока и пахты для производства кисломолочного напитка при внесении гидролизата сывороточных белков. Вопросы питания, 88(3), 90–96. https://doi.org/10.24411/0042–8833–2019–10034.Novokshanova, A.L., Topnikova, E.V., Ababkova, A.A. (2019). Analysis of amino acid composition of skim milk and buttermilk for the production of dairy drink when introducing whey protein hydrolysate. Problems of Nutrition, 88(3), 90–96. https://doi.org/10.24411/0042–8833–2019–10034 (In Russian)Пономарев, А. Н., Мельникова, Е.И., Богданова, Е.В. (2018). Молочная сыворотка как сырьевой ресурс для производства пищевых ингредиентов. Молочная промышленность, 7, 38–39.Ponomarev, A. N., Melnikova, E. I., Bogdanova, E. V. (2018). Milk whey as a raw material for the production of food ingredients. Dairy Industry, 7, 38–39. (In Russian)Fennema, O.R., Damodaran, S., Parkin, K.L. (2012). Fennema’s Food chemistry. London: CRC Press, 2012.Fennema, O.R., Damodaran, S., Parkin, K.L.(2012). Fennema’s Food chemistry. London: CRC Press,2012.Bannikova, A. V., Evdokimov, I. A. (2015). The scientific and practical principles of creating products with increased protein content. Foods and Raw Materials, 3(2), 3–12.Bannikova, A. V., Evdokimov, I. A. (2015). The scientific and practical principles of creating products with increased protein content. Foods and Raw Materials, 3(2), 3–12.Cao, J., Wang, G., Wu, S., Zhang, W., Liu, C., Li, H. et al. (2016). Comparison of nanofiltration and evaporation technologies on the storage stability of milk protein concentrates. Dairy Science and Technology, 96(1), 107–121. https://doi.org/10.1007/s13594–015–0244–3.Cao, J., Wang, G., Wu, S., Zhang, W., Liu, C., Li, H. et al. (2016). Comparison of nanofiltration and evaporation technologies on the storage stability of milk protein concentrates. Dairy Science and Technology, 96(1), 107–121. https://doi.org/10.1007/s13594–015–0244–3Шохалова, В.Н., Кузин, А.А., Дыкало, Н.Я., Шохалов, В.А. (2014). Состав НФ концентратов творожной сыворотки. Молочная промышленность, 12, 56–57.Shohalova, V.N., Kuzin, A.A., Dykalo, N. Ya., Shokhalov, V.A. (2014). Composition of the NF concentrates of curds whey. Dairy Industry, 12, 56–57. (In Russian)Meyer, P., Hartinger, M., Sigler, S., Kulozik, U. (2017). Concentration of milk and whey by membrane technologies in alternative cascade modes. Food and Bioprocess Technology, 10(4), 674–686. https://doi.org/10.1007/s11947–016–1848–1Meyer, P., Hartinger, M., Sigler, S., Kulozik, U. (2017). Concentration of milk and whey by membrane technologies in alternative cascade modes. Food and Bioprocess Technology, 10(4), 674–686. https://doi.org/10.1007/s11947–016–1848–1Cao, J., Zhang, W., Wu, S., Liu, C., Li, Y., Li, H. et al. (2015). Short communication: Effects of nanofiltration and evaporation on the physiochemical properties of milk protein during processing of milk protein concentrate. Journal of Dairy Science, 98(1), 100–105. https://doi.org/10.3168/jds.2014–8619Cao, J., Zhang, W., Wu, S., Liu, C., Li, Y., Li, H. et al. (2015). Short communication: Effects of nanofiltration and evaporation on the physiochemical properties of milk protein during processing of milk protein concentrate. Journal of Dairy Science, 98(1), 100–105. https://doi.org/10.3168/jds.2014–8619Wang, H., Wang, Y., Cao, J., Yuan, D., Chen, L., Han, J. (2018). Short communication: Effects of nanofiltration and evaporation on the gel properties of milk protein concentrates with different preheat treatments. Journal of Dairy Science, 101(6), 4977–4982. https://doi.org/10.3168/jds.2017–13811Wang, H., Wang, Y., Cao, J., Yuan, D., Chen, L., Han, J. (2018). Short communication: Effects of nanofiltration and evaporation on the gel properties of milk protein concentrates with different preheat treatments. Journal of Dairy Science, 101(6), 4977–4982. https://doi.org/10.3168/jds.2017–13811Смыков, И.Т. (2012). Исследование кинетики формирования белковой структуры в процессе гелеобразования. Хранение и переработка сельхозсырья, 6, 30–37.Smykov, I.T. (2011). Investigation of kinetics of protein structure formation during gelation. Storage and Processing of Farm Products, 6, 30–37. (In Russian)Tamime, A.Y. (2013). Membrane Processing: Dairy and Beverage Applications.US: Wiley-Blackwell, 2013.Tamime, A.Y. (2013). Membrane Processing: Dairy and Beverage Applications.US: Wiley-Blackwell, 2013. 20. Smykov, I.T. (2019). Study of the enzymatic stage of milk gelation: changes in viscosity and microstructure. Food systems, 2(3), 4–8. https://doi.org/10.21323/2618–9771–2019–2–3–4–8Smykov, I.T. (2019). Study of the enzymatic stage of milk gelation: changes in viscosity and microstructure. Food systems, 2(3), 4–8. https://doi.org/10.21323/2618–9771–2019–2–3–4–8Rjazanceva, K.A., Kruchinin, A.G., Agarkova, E. Yu., Kharitonov, V.D.(2015). Usage of baromembrane processes in the production technology of yoghurt of functional orientation for dietary-prophylactic nutrition. Storage and Processing of Farm Products, 5, 36–41. (In Russian)Рязанцева, К.А., Кручинин, А.Г., Агаркова, Е.Ю., Харитонов, В.Д. (2015). Применение баромембранных процессов в технологии йогурта функциональной направленности. Хранение и переработка сельхозсырья, 5, 36–41.Madhubasani, G. B. L., Prasanna, P. H. P., Chandrasekara, A., Gunasekara, D. C. S., Senadeera, P., Chandramali, D. V. P., Vidanarachchi, J. K. (2020). Exopolysaccharide producing starter cultures positively influence on microbiological, physicochemical, and sensory properties of probiotic goats’ milk set-yoghurt. Journal of Food Processing and Preservation, 44(3), Article e14361. https://doi.org/10.1111/jfpp.14361Madhubasani, G. B. L., Prasanna, P. H. P., Chandrasekara, A., Gunasekara, D. C. S., Senadeera, P., Chandramali, D. V. P., Vidanarachchi, J. K. (2020). Exopolysaccharide producing starter cultures positively influence on microbiological, physicochemical, and sensory properties of probiotic goats’ milk set-yoghurt. Journal of Food Processing and Preservation, 44(3), Article e14361. https://doi.org/10.1111/jfpp.14361Xu, Y., Cui, Y., Yue, F., Liu, L., Shan, Y., Liu, B. et al. (2019). Exopolysaccharides produced by lactic acid bacteria and bifidobacteria: Structures, physiochemical functions and applications in the food industry. Food Hydrocolloids, 94, 475–499. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2019.03.032Xu, Y., Cui, Y., Yue, F., Liu, L., Shan, Y., Liu, B. et al. (2019). Exopolysaccharides produced by lactic acid bacteria and bifidobacteria: Structures, physiochemical functions and applications in the food industry. Food Hydrocolloids, 94, 475–499. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2019.03.032Han, X., Yang, Z., Jing, X., Yu, P., Zhang, Y., Yi, H., Zhang, L. (2016). Improvement of the texture of yogurt by use of exopolysaccharide producing lactic acid bacteria. BioMed Research International, 2016, Article 7945675. https://doi.org/10.1155/2016/7945675Han, X., Yang, Z., Jing, X., Yu, P., Zhang, Y., Yi, H., Zhang, L. (2016). Improvement of the texture of yogurt by use of exopolysaccharide producing lactic acid bacteria. BioMed Research International, 2016, Article 7945675. https://doi.org/10.1155/2016/7945675Han, X., Yang, Z., Jing, X., Yu, P., Zhang, Y., Yi, H., Zhang, L. (2016). Improvement of the texture of yogurt by use of exopolysaccharide producing lactic acid bacteria. BioMed Research International, 2016, Article 7945675. https://doi.org/10.1155/2016/7945675

The authors declare that there are no conflicts of interest present.