Обоснование, направления и результаты использования продуктов переработки молочной сыворотки в производстве мороженого

Дефицит белка является важной мировой проблемой. Дополнительным источником белка может стать побочный продукт производства сыра и творога — сыворотка. В обзоре обоснована целесообразность использования молочной сыворотки в пищевых целях, обусловленная ее составом и биологической ценностью. Кроме того, применение сыворотки в качестве продукта питания снижает угрозу загрязнения окружающей среды, возникающую при утилизации ее в канализацию. Целью данной статьи является сбор, анализ и обобщение данных о применении сыворотки и продуктов ее переработки в технологии мороженого и взбитых замороженных десертов. Приведен анализ данных Международной молочной федерации (ММФ) о мировых объемах производства молочной сыворотки, а также о количестве высокоценного белка, которому они эквивалентны. Проанализирован современный мировой опыт технологий переработки молочной сыворотки и ассортимента продуктов, получаемых в результате их использования. Акцентировано внимание на характеристике и свойствах продуктов переработки молочной сыворотки (концентраты, изоляты, гидролизаты молочных, в первую очередь, сывороточных белков) и мицеллярного казеина. Оценен и обобщен опыт исследований возможности их использования в производстве мороженого и в других пищевых продуктах. Рассмотрено влияние указанных продуктов на технологические, структурно-механические, микроструктурные, органолептические показатели мороженого и его биологическую ценность. Отмечено наличие как положительного, так и отрицательного опыта применения молочных, включая сывороточные, белков на потребительские характеристики замороженных продуктов. Обоснована необходимость более детального изучения результатов использования каждого определенного источника молочного белка применительно к конкретным видам мороженого и взбитых замороженных десертов.

1. Шаззо, Р. И., Ершова, Л. Д., Павлова, Г. Н., Ермоленко, Р. С., Алехина, Л. А., Варивода, А. А. (2007). Компьютерное моделирование белково-витаминных композитов, сбалансированных по содержанию незаменимых аминокислот. Хранение и переработка сельхозсырья, 6, 62–64.

2. Genovese, A., Balivo, A., Salvati, A, Sacchi, R. (2022). Functional ice cream health benefits and sensory implications. Food Research International, 161, Article 111858. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2022.111858

3. Keogh, C., Li, C., Gao, Z. (2019) Evolving consumer trends for whey protein sports supplements: The Heckman ordered probit estimation. Agricultural and Food Economics, 7(1), Article 6. https://doi.org/10.1186/s40100-019-0125-9

4. Ландиховская, А. В., Закирова, Р. Р. (29–30 октября, 2019). Замороженные десерты повышенной пищевой ценности для посетителей фитнес клубов. Сборник научных трудов XIII международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов организаций в сфере сельскохозяйственных наук «Перспективные исследования и новые подходы к производству и переработке сельскохозяйственного сырья и продуктов питания», Углич, Россия, 2019.

5. Мельникова, Е. И., Станиславская, Е. Б. (2019). Применение микропартикулята сывороточных белков в технологии полутвердых сыров. Хранение и переработка сельхозсырья, 4, 129–140. https://doi.org/10.36107/spfp.2019.199

6. Ahmad, T., Aadil R. M., Ahmed, H., ur Rahman, U., Soares, B. C. V., Souza, S. L. Q. et al. (2019). Treatment and utilization of dairy industrial waste: A review. Trends in Food Science and technology, 88, 361–372. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2019.04.003

7. Магомедов, Г. О., Магомедов, М. Г., Рыбина, А. В., Полянский, К. К., Пронина, О. В. (2017). Белковый снек с концентратом сывороточного белка для питания спортсменов. Сыроделие и маслоделие, 5, 32–33.

8. Лосев, А. Н., Мельникова, Е. И., Станиславская, Е. Б., Коротков, Е. Г. (2016). Творог с микропартикулятом сывороточных белков. Молочная промышленность, 1, 31–33.

9. Храмцов, А. Г. (2011). Феномен молочной сыворотки. СПб: Профессия, 2011.

10. Токаев, Э. С., Баженова, Е. Н., Мироедов, Р. Ю. (2007). Сывороточные белки для функциональных напитков. Молочная промышленность, 10, 55–56.

11. Зайцев, К. А., Новокшанова, А. Л. (2021). Изучение влияния углеводного компонента на потребительские свойства мороженого. Ползуновский вестник, 4, 47–51. https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2021.04.007

12. Patel, S. (2015). Functional food relevance of whey protein: A review of recent findings and scopes ahead. Journal of Functional Foods, 19(A), 308–319. https://doi.org/10.1016/j.jff.2015.09.040

13. Solak, B. B., Akin, N. (2012). Health benefits of whey protein: A review. Journal of Food Science and Engineering, 2(3), 129–137. https://doi.org/10.17265/2159–5828/2012.03.001

14. Просеков, А. Ю., Ульрих, Е. В., Носкова, С. Ю., Будрик, В. Г., Ботина, С. Г., Агаркова, Е. Ю. и др. (2013). Получение ферментативных гидролизатов белков молочной сыворотки с использованием протеолитических ферментов. Фундаментальные исследования, 6–5, 108–91093.

15. Kew, B., Holmes, M., Stieger, M., Sarkar, A. (2020). Review on fat replacement using protein-based microparticulated powders or microgels: A textural perspective. Trends in Food Science and Technology, 106, 457–468. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2020.10.032

16. Гурова, Н.В. (2003) Физико-химические принципы технологий жидких белоксодержащих эмульсионных продуктов для специализированного питания. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Москва: МГУПБ, 2003.

17. Loffredi, E., Moriano, M. E., Masseroni, L., Alamprese, C. (2020). Effects of different emulsifier substitutes on artisanal ice cream quality. LWT, 137, Article 110499. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2020.110499

18. Awad, R. A., Hassan, Z. M. R., Salama, W. M. (2014). Surface tension and foaming properties as a simple index in relation to buffalo milk adulteration. International Journal of Dairy Science, 9(4), 106–115. https://doi.org/10.3923/ijds.2014.106.115

19. Гурский, И. А., Творогова, А. А. (2023). Влияние технологических факторов на воздушную фазу взбитых кисломолочных десертов. Техника и технология пищевых производств, 53(1), 1–12. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2023-1-2410

20. Творогова, А. А., Шобанова, Т. В., Казакова, Н. В., Канина, К. А. (2022). Влияние частичной замены СОМО концентратами и гидролизатами сывороточных белков на показатели качества мороженого пломбир. Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии, 3, 138–147. https://doi.org/10.26897/0021-342X-2022-3-138-147

21. Творогова, А. А. (2021). Мороженое в России и СССР: теория, практика. Развитие технологий. Спб: Профессия, 2021.

22. Moschopoulou, E., Dernikos, D., Zoidou, E. (2021). Ovine ice cream made with addition of whey protein concentrates of ovine-caprine origin. International Dairy Journal, 122, Article 105146. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2021.105146

23. Горбатова, К. К. (1993). Химия и физика белков молока. М.: Колос, 1993.

24. Творогова, А. А., Шобанова, Т. В, Цеменовский, М. А. (2020). Исследование влияния источников белка на показатели качества мороженого. Холодильная техника, 4, 36–39.

25. Володин, Д. Н., Золоторева, М. С., Топалов, В. К., Евдокимов, И. А., Храмцов А. Г., Мертин П. (2015). Переработка молочной сыворотки: понятная стратегия, реальные технологии, адекватные инвестиции, востребованные продукты. Молочная промышленность, 5, 36–41.

26. Гурский, И. А. (2023). Текстура обезжиренного йогурта с изолятами и концентратами белков. Пищевые системы, 6(1), 29–35. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2023-6-1-29-35

27. Shinya, I. (2015). Functional and hydration properties of milk protein concentrate (MPC). Milk Science, 64(2), 127–137. https://doi.org/10.11465/milk.64.127 (In Chinese)

28. Tunick, M. H. (2008). Whey protein production and utilization: A brief history. Chapter in a book: Whey processing, functionality and health benefits. Hoboken: Wiley-Blackwell (US), 2008. https://doi.org/10.1002/9780813803845.ch1

29. Надточий, Л. А., Яковченко, Н. В., Абдуллаева, М. С., Лепешкин, А. И., Кузнецова, Е. Д., Предеина, А. Л. (2016). Разработка технологии и состава высокобелковой смеси мороженого. Научный журнал НИУ ИТМО. Серия: Процессы и аппараты пищевых производств, 4, 50–57.

30. Варивода, А. А. (2020). Использование концентрата сывороточных белков в качестве стабилизатора структуры при производстве продуктов питания. Ползуновский вестник, 2, 58–62. https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2020.02.011

31. Банникова, А. В., Евдокимов, И. А. (2015). Молочные продукты, обогащенные сывороточными белками. Технологические аспекты создания. Молочная промышленность, 1, 64–66.

32. Svanborg, S., Johansen, A., Abrahamsen, R. K., Skeie, S. B. (2015). The composition and functional properties of whey protein concentrates produced from buttermilk are comparable with those of whey protein concentrates produced from skimmed milk. Journal of Dairy Science, 98(9), 5829–5840. http://doi.org/10.3168/jds.2014-9039

33. Uliko, H., Lui, L., Lv, J.-P., Zhang, S.-W (2016). Functional characteristics of milk protein concentrates and their modification. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 56(7), 1193–1208. https://doi.org/10.1080/10408398.2012.758625

34. Смирнова, И. А., Гутов, Н. Ю., Юрташкина, А. В. (2017). Изучение фракционного состава молочно-белковых концентратов с целью их применения в производстве молочных продуктов. Техника и технология пищевых производств, 2(45), 69–74.

35. Неповинных, Н. В., Птичкина, Н. М. (2015). Исследование физико-химических свойств замороженных десертов специального назначения. Вестник международной академии холода, 2, 28–31.

36. Смирнова, И. А., Гутов, Н. Ю., Лукин, А. А. (2018). Изучение состава молочно-белковых концентратов. Техника и технология пищевых производств, 48(1), 85–90. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2018-1-85-90

37. Мельникова, Е. И., Пономарев, А. Н., Попова, Е. Е. (2012). Молочные белки в технологии мороженого. Молочная промышленность, 12, 64–65.

38. Ландиховская, А. В. (2021). Разработка композиционного состава и исследование показателей качества низкокалорийного мороженого без сахарозы. Пищевые системы, 4(3S), 179–183. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2021-4-3S-179-183

39. Ландиховская, А. В., Творогова, А. А., Казакова, Н. В. (2021). Применение глюкозно-фруктозных сиропов в мороженом без сахарозы с низким содержанием жира. Пищевая промышленность, 5, 71–74. https://doi.org/10.52653/PPI.2021.5.5.017

40. Творогова, А. А., Гурский, И. А, Шобанова, Т. В. (2022). Биологические показатели качества белков обогащенного сливочного мороженого. Молочная промышленность, 3, 39–41. https://doi.org/10.31515/1019-8946-2022-03-39-41

41. Патент 2661396. Способ производства и состав белкового (протеинового) мороженого / Танерова Л. Н. Опубл. 21.06.2017. Бюлл. № 20.

42. Danesh, E., Goudarzi, M., Jooyandeh, H. (2017). Short communication: Effect of whey protein addition and transglutaminase treatment on the physical and sensory properties of reduced-fat ice cream. Journal of Dairy Science, 100(7), 5206–5211. https://doi.org/10.3168/jds.2016-12537

43. Гурский, И. А., Творогова. А. А. (2022). Влияние концентратов сывороточных белков на технологические и органолептические показатели качества мороженого. Техника и технология пищевых производств, 52(3), 439–448. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-3-2376

44. El-Zeini, H. M., Moneir, El-Abd M, Mostafa, A, Z., Yasser, El-Gh. F. H. (2016). Effect of incorporating whey protein concentrate on chemical, rheological and textural properties of ice cream. Journal of Food Processing and Technology, 07(2), Article 1000546. https://doi.org/10.4172/2157-7110.1000546

45. Творогова, А. А., Казакова, Н. В. (21–23 июня, 2022). Особенности применения продуктов переработки сыворотки в производстве мороженого. Сборник материалов международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы производства сыра, масла и другой молочной продукции», Углич, ВНИИМС — филиал ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им В. М. Горбатова» РАН, 2022.

46. Шохалова, В. Н., Кузин, А. А., Шохалов, В. А., Костюков, Е. М. (2017). Исследование воздушной фазы мороженого, содержащего НФ-концентрат творожной сыворотки. Молочнохозяйственный вестник, 2(26), 130–137.

47. Демина, Е. Н., Березина, Н. А., Казаков, А. В. (2021). Оптимизация рецептуры мороженого методом симплекс-решетчатого планирования. Хранение и переработка сельскохозяйственного сырья, 1, 104–116. https://doi.org/10.36107/spfp.2021.192

48. Poursani, P., Razavi, S. M. A., Tehrani, M. M., Javidi, F. (2020). Rheological, physical and sensory properties of non-fat ice creams as affected by selected fat replacers. Journal of Food Processing and Preservation, 45(1), Article e15010. https://doi.org/10.1111/jfpp.15010

49. Alvarez, V. B., Wolters, C. L., Vodovotz, Y., Ji, T. (2005). Physical properties of ice cream containing milk protein concentrates. Journal of Dairy Science, 88(3), 862–871. https://doi.org/10.3168/jds.s0022-0302(05)72752-1

50. Баранов, С. (2014). Новое поколение установок микропартикуляции. Молочная промышленность, 6, 22–23.

51. E, X., Pei, Z. J., Schmidt, K. A. (2010). Ice cream: Foam formation and stabilization — a review. Food Reviews International, 26(2), 122–137. https://doi.org/10.1080/87559120903564472

52. Ходырева, З. Р., Щетинин, М. П., Вайтанис, М. А., Щетинина Е. М., Логинова, А. А. (20–24 октября, 2020). Обоснование разработки обогащенного замороженного десерта с добавлением сывороточного белка. Материалы VII Международной научно-практической конференции «Современные достижения биотехнологии. Техника, технология и упаковка для реализации инновационных проектов на предприятиях пищевой и биотехнологической промышленности, Пятигорск, Издательство ПФ СКФУ II. 2020.

53. Awad, R. A., Metwally, A. I. (2000). Evaluation of total milk proteinate as a milk solids source in ice cream manufacture. Annals of Agricultural Science (Cairo), 45(2), 603–618.

54. Akalın, A. S., Karagözlü, C., Ünal, G. (2008). Rheological properties of reducedfat and low-fat ice cream containing whey protein isolate and inulin. European Food Research and Technology, 227, 889–895. https://doi.org/10.1007/s00217-007-0800-z

55. Puangmanee, S., Hayakawa, S., Sun, Y., Ogawa, M. (2008). Application of whey protein isolate glycated with rare sugars to ice cream. Food Science and Technology Rresearch, 14(5), 457–466. https://doi.org/10.3136/fstr.14.457

56. Seo, C. W., Oh, N. S. (2022). Functional application of Maillard conjugate derived from a κ-carrageenan/milk protein isolate mixture as a stabilizer in ice cream. LWT, 161, Article 113406. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2022.113406

57. Daw, E., Hartel, R. W. (2015). Fat destabilization and melt-down of ice creams with increased protein content. International Dairy Journal, 43, 33–41. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2014.12.001

58. Roy, S, Hussain, S. A., Prasad, W. G., Khetra, Y. (2022). Quality attributes of high protein ice cream prepared by incorporation of whey protein isolate. Applied Food Research, 2(1), Article 100029. https://doi.org/10.1016/j.afres.2021.100029

59. Mann, B., Kumari, A., Kumar, R., Sharma, R., Prajapati, K., Mahboob, S. et al. (2015). Antioxidant activity of whey protein hydrolysates in milk beverage system. Journal of Food Science and Technology, 52(6), 3235–3241. https://doi.org/10.1007/s13197-014-1361-3

60. Gómez-Mascaraque, L. G., Miralles, B., Recio, I., López-Rubio, A. (2016). Microencapsulation of a whey protein hydrolysate within micro-hydrogels: Impact on gastrointestinal stability and potential for functional yoghurt development. Journal of Functional Foods, 26, 290–300. https://doi.org/10.1016/j.jff.2016.08.006

61. Sakkas, L., Tzevdou, M., Zoidou, E., Gkotzia, E., Karvounis, A., Samara, A. et al. (2019). Yoghurt-type gels from skim sheep milk base enriched with whey protein concentrate hydrolysates and processed by heating or high hydrostatic pressure. Foods, 8(8), Article 342. https://doi.org/10.3390/foods8080342

62. Agarkova, E. Yu., Kruchinin, A. G., Glazunova, O. A., Fedorova, T. V. (2019). Whey protein hydrolysate and pumpkin pectin as nutraceutical and prebiotic components in a functional mousse with antihypertensive and bifidogenic properties. Nutrients, 11(12), Article 2930. https://doi.org/10.3390/nu11122930

63. Asaithambi, N. Singha, P., Singh, S. K. (2022). Recent application of protein hydrolysates in food texture modification. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. https://doi.org/10.1080/10408398.2022.2081665

64. Патент 2 708 331. Способ производства десерта функционального назначения / Неповинных Н. В., Семина А. И., Новокшанова А. Л., Птичкина Н. М. Опубл. 05.12.2019. Бюлл. № 34.

65. Ewert, J., Schlierenkamp, F., Fischer, L., Stressler, T. (2019). Application of a technofunctional caseinate hydrolysate to replace surfactants in ice cream. Chemie Ingenieur Technik, 91(7), 1024–1031. https://doi.org/10.1002/cite.201800153

66. Ewert, J., Gluck, C., Zeeb, B., Weiss, J., Stressler, T., Fischer, L. (2018). Modification of the interfacial properties of sodium caseinate using a commercial peptidase preparation from Geobacillus stearothermophilus. Food Hydrocolloids, 81, 60–70. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2018.02.036

67. Vajda, Á., Zeke, I., Juhász, R., Barta, J., Balla, Cs. (2013). Effect of acid whey concentrate on thermophysical properties of milk-based ice-cream. Acta Alimentaria, 42(Suppl), 107–115. https://doi.org/10.1556/AAlim.42.2013.Supp.13