Использование турбидиметрии для оценки тепловой нагрузки при пастеризации молока

Методы быстрой оценки интенсивности тепловой обработки молока необходимы как в промышленности, так и в исследовательской работе. В связи с этим существует множество способов измерений данного показателя, основанных на различных физических принципах, в том числе турбодиметрические методы. Однако данный метод имеет недостаток: для выполнения анализа требуется длительное время. В связи с этим в работе поставлена цель разработать на базе этого принципа измерений экспресс-метод определения растворимых сывороточных белков, характеризующих тепловой класс молока. Результат достигается за счет применения турбидиметрического метода определения с оптимизированными параметрами подготовки пробы и измерения оптической плотности суспензии белковых агрегатов. Метод реализуется следующим образом. Образец молока смешивается с 0,1 N ацетатным буфером (рН 4,6) в соотношении, позволяющем получить концентрацию растворимых сывороточных белков молока от 0,05% до 0,1%. Рекомендованные коэффициенты разведения: 1:3 для образцов ультрапастеризованного молока и пастеризованного молока с высокой интенсивностью термообработки; 1:7 для образцов пастеризованного молока с низкой интенсивностью термообработки и 1:14 для образцов сырого молока. Раствор фильтруют на мембранном фильтре с размером пор 0,45 мкм. Полученный фильтрат смешивают с 24% ТХУ в соотношении 1:1 для коагуляции растворимых сывороточных белков и формирования белковых агрегатов. После выдерживания в течение 5–10 мин оптическую плотность суспензии белковых агрегатов измеряют при длине волны 650 нм. Содержание водорастворимых сывороточных белков в образце может быть рассчитано по калибровочной зависимости. Разработанный метод позволяет получить результат измерений за меньшее время, чем турбидиметрический метод Harland & Ashworth.

1. Mandal, R., Bag, S. K., Singh, A. P. (2019). Thermal Processing of Milk. Chapter in a book: Recent Technologies in Dairy Science. Today and Tomorrow’s Printers and Publishers, New Delhi, India, 2019.

2. Akkerman, M. (2014). The effect of heating processes on milk whey protein denaturation and rennet coagulation properties. Master Thesis. Department of Food Science, Aarhus University. Retrieved from http://www.library.au.dk/fil-eadmin/www.bibliotek.au.dk/fagsider/jordbrug/Specialer/Marije_-master_the-sis.pdf Accessed December 11, 2023.

3. Mahomud, S., Katsuno, N., Nishizu, T. (2017). Role of whey protein-casein complexes on yoghurt texture. Reviews in Agricultural Science, 5, 1–12. https://doi.org/10.7831/ras.5.1

4. Guinee, T. P. (2021). Effect of high-temperature treatment of milk and whey protein denaturation on the properties of rennet–curd cheese: A review. International Dairy Journal, 121, Article 105095. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2021.105095

5. Barraquio, V. L. (2014). Which milk is fresh? International Journal of Dairy Processing and Research, 1(2), 1–6. https://doi.org/10.19070/2379-1578-140002

6. Cattaneo, S., Masotti, F., Pellegrino, L. (2008). Effects of overprocessing on heat damage of UHT milk. European Food Research and Technology, 226, 1099–1106. https://doi.org/10.1007/s00217-007-0637-5

7. International Dairy Federation. (2022). Heat treatment of milk (Bulletin of the IDF n° 516/2022). https://doi.org/10.56169/XMDR7579

8. U. S. Dairy Export Council. (2018). Reference Manual for U. S. Milk Powders and Microfiltered Ingredients. Retrieved from https://www.thinkusadairy.org/assets/documents/Customer%20Site/C3-Using%20Dairy/C3.7-Resources%20and%20Insights/02-Product%20Resources/USD5163-US-Milk-Powders_LIVE_Web.pdf Accessed December 20, 2023.

9. van den Oever, S. P., Mayer, H. K. (2021). Analytical assessment of the intensity of heat treatment of milk and dairy products. International Dairy Journal, 121, Article 105097. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2021.105097

10. Chang, S., Zhang, Y. (2017) Protein Analysis. Chapter in book: Food Analysis. Springer International Publishing. 2017. https://doi.org/10.1007/978-3-319-45776-5_18

11. Miralles, B., Bartolomé, B., Amigo, L., Ramos, M. (2000). Comparison of three methods to determine the whey protein to total protein ratio in milk. Journal of Dairy Science, 83, 2759–2765. https://doi.org/10.3168/jds.S0022-0302(00)75171-X

12. Melfsen, A., Hartung, E., Haeussermann, A. (2012). Accuracy of milk composition analysis with near infrared spectroscopy in diffuse reflection mode. Biosystems Engineering, 112(3), 210–217. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2012.04.003

13. Etzion, Y., Linker, R., Cogan, U., Shmulevich, I. (2004). Determination of protein concentration in raw milk by mid-infrared fourier transform infrared/attenuated total reflectance spectroscopy. Journal of Dairy Science, 87(9), 2779–2788. https://doi.org/10.3168/jds.S0022-0302(04)73405-0

14. Filgueiras, M. F., Borges, E. M. (2022). Quick and cheap colorimetric quantification of proteins using 96-well-plate images. Journal of Chemical Education, 99(4), 1778–1787. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.1c00756

15. Assink Junior, E. J., de Jesus, P. C., Borges, E. M. (2023). Ehey protein analysis using the lowry assay and 96-well-plate digital images acquired using smartphones. Journal of Chemical Education, 100(6), 2329–2338. https://doi.org/10.1021/acs. jchemed.2c00830

16. Jeanson, S., Dupont, D., Grattard, N., Rolet-Répécaud, O. (1999). Characterization of the heat treatment undergone by milk using two inhibition ELISAs for quantification of native and heat denatured α-lactalbumin. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 47(6), 2249–2254. https://doi.org/10.1021/jf9809232

17. Lu, Y., Fu, T.-J. (2020). Performance of commercial colorimetric assays for quantitation of total soluble protein in thermally treated milk samples. Food Analytical Methods, 13, 1337–1345. https://doi.org/10.1007/s12161-020-01748-w

18. Harland, H. A., Ashworth, U. S. (1947). A rapid method for estimation of whey proteins as an indication of baking quality of nonfat dry-milk solids. Food Research, 12(3), 247–251. https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.1947.tb16416.x

19. Patel, H. A., Anema, S. G., Holroyd, S. E., Singh, H., Creamer, L. K. (2007). Methods to determine denaturation and aggregation of proteins in low-, mediumand high-heat skim milk powders. Le Lait, 87(4–5), 251–268. http://doi.org/10.1051/lait:2007027

20. Zhao, Z., Corredig, M., Gaygadzhiev, Z. (2019). Short communication: Determination of the whey protein index in milk protein concentrates. Journal of Dairy Science, 102(9), 7760–7764. https://doi.org/10.3168/jds.2019-16547

21. GEA Niro analytical methods. (2009). Whey Protein Nitrogen Index. GEA Niro Method No. A 21 a. Retrieved from https://www.yumpu.com/en/document/read/6894617/whey-protein-nitrogen-index-wpn-gea-niro Accessed December 20, 2023.

22. Visser, S., Slangen, C. J., Robben, A. J. P. M. (1992). Determination of molecular mass distributions of whey protein hydrolysates by high-pergomance sizeexclusion chromatography. Journal of Chromatography A, 599(1–2), 205–209. https://doi.org/10.1016/0021-9673(92)85474-8

23. Montgomery, D. C. (2013). Design and analysis of experiments. John Wiley & Sons, Inc. Hoboken, NJ, United States, 2013.

24. Mahmoud, R., Brown, R. J., Ernstrom, C. A. (1990). Factors affecting measurement of undenatured whey protein nitrogen in dried whey by a modified Harland-Ashworth test. Journal of Dairy Science, 73(7), 1694–1699. https://doi.org/10.3168/jds.S0022-0302(90)78845-5

25. Guan, R.-F., Liu, D.-H., Ye, X.-Q., Yang, K. (2005). Use of fluorometry for determination of skim milk powder adulteration in fresh milk. Journal of Zhejiang University-SCIENCE B, 6(11), 1101–1106. https://doi.org/10.1631/jzus.2005.B1101

26. Rajalingam, D., Loftis, C., Xu, J. J., Kumar, T. K. S. (2009). Trichloroacetic acid-induced protein precipitation involves the reversible association of a stable partially structured intermediate. Protein Science, 18(5), 980–993. https://doi.org/10.1002/pro.108

27. Sivaraman, T., Kumar, T. K. S., Jayaraman, G., Yu, C. (1997). The Mechanism of 2,2,2-trichloroacetic acid-induced protein precipitation. Journal of Protein Chemistry, 16(4), 291–297. https://doi.org/10.1023/A:1026357009886

28. Lynch, J. M., Barbano D. M., Fleming J. R. (1998). Indirect and direct determination of the casein content of milk by kjeldahl nitrogen analysis: Collaborative study. Journal of AOAC INTERNATIONAL, 81(4), 763–774. https://doi.org/10.1093/jaoac/81.4.763

29. Kuramoto, S., Jenness, R., Coulter, S. T., Choi, R. P. (1959). Standardization of the Harland-Ashworth test for whey protein nitrogen. Journal of Dairy Science, 42(1), 28–38. https://doi.org/10.3168/jds.S0022-0302(59)90520-X

30. Silver, F. H., Birk, D. E. (1983). Kinetic analysis of collagen fibrillogenesis: I. Use of turbidity-time data. Collagen and Related Research, 3, 393–405. https://doi. org/10.1016/S0174-173X(83)80020-X

31. Mehalebi, S., Nicolai, T., Durand, D. (2008). Light scattering study of heat-denatured globular protein aggregates. International Journal of Biological Macromolecules, 43(2), 129–135. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2008.04.002

32. Xiao, F., Huang, J.-C. H., Zhang, B.-J., Cui, C-w. (2009). Effects of low temperature on coagulation kinetics and floc surface morphology using alum. Desalination, 237(1–3), 201–213. https://doi.org/10.1016/j.desal.2007.12.033 33. Pearce, K. N., Kinsella, J. E. (1978). Emulsifying properties of proteins: evaluation of a turbidimetric technique. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 26(3), 716–723. https://doi.org/10.1021/jf60217a041

33. Berlin, A. A., Kislenko, V. N., Moldovanov, M. A. (1992). Mathematical model of suspension flocculation kinetics. Colloid and Polymer Science, 270, 1042–1045. https://doi.org/10.1007/BF00655974

34. Stoscheck, C. M. (1990). Quantitation of protein. Chapter in a book: Methods in Enzymology. V. 182. Guide to Protein Purification. Academic Press, Inc. 1990. https://doi.org/10.1016/0076-6879(90)82008-P