Применение микропартикулятов сывороточных белков в производстве мороженого и других молочных продуктов

Целью настоящей статьи является систематизация данных о применении микропартикулятов сывороточных белков (МПСБ) в производстве мороженого и других молочных продуктов. Приведена информация о сущности процесса микропартикуляции и о способах производства МПСБ, а также данные о составе и физико-химических свойствах жидких и сухих МПСБ. Описано влияние размеров частиц МПСБ на качественные показатели продуктов с их использованием. В большинстве проанализированных работ указано, что диаметр частиц составляет 1,0–2,5 мкм. Однако по этому показателю получены противоречивые данные — если учесть результаты всех работ, то размер конгломератов может быть от 0,5 до 12 мкм. Такие размеры сопоставимы с параметрами жировых шариков, что позволяет рецепторам ротовой полости человека воспринимать их идентично. Благодаря этому, МПСБ можно использовать в качестве имитатора молочного жира. Отмечено, что процесс микропартикуляции позволяет создавать МПСБ с заданными функциональными свойствами, а именно с определенными характеристиками по показателям «растворимость», «влагоудерживающая способность», «гелеобразование», «эмульгирующие и пенообразующие свойства». Отражены сведения об особенностях применения и дозировках МПСБ в таких кисломолочных продуктах, как йогурт, кефир, творог и сыр. Особое внимание уделено результатам исследований применения МПСБ в мороженом. Отмечено, что чаще всего ученые использовали МПСБ с целью восполнения ощущения жирности в обезжиренных и нежирных молочных продуктах. Выделена способность МПСБ повышать биологическую ценность пищевых продуктов. Сделан вывод о том, что МПСБ позволяет сформировать в маложирных молочных продуктах мягкую и эластичную структуру, интенсифицировать молочный цвет и ограничить рост кристаллов льда в  замороженных десертах посредством связывания и  равномерного распределения влаги. Получены данные о клиническом исследовании влияния мороженого, содержащего МПСБ, на здоровье детей и взрослых. Отрицательного влияния МПСБ на показатели клинических анализов людей и на их здоровье не выявлено.

1. Ситникова, П. Б., Казакова, Н. В. (2023). Обоснование, направления и результаты использования продуктов переработки молочной сыворотки в производстве мороженого. Пищевые системы, 6(4), 531–538. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2023-6-4-531-538

2. Смирнова, И. А., Лобачева, Е. М., Гулбани, А. Д. (2014). Использование микропартикулированных сывороточных белков в молочных продуктах Молочная промышленность, 6, 28–30.

3. Singer, N. S., Moser, R. H. (1993). Microparticulated proteins as fat substitutes. Chapter in a book: Low Calorie Foods Handbook. New York, 1993.

4. Civille, G. V. (1990). The sensory properties of products made with microparticulated protein. Journal of the American College of Nutrition, 9(4), 427–430. https://doi.org/10.1080/07315724.1990.10720401

5. Ohmes, R. L., Marshall, R. T., Heymann, H. (1998). Sensory and physical properties of ice creams containing milk fat or fat replacers. Journal of Dairy Science, 81(5), 1222–1228. https://doi.org/10.3168/jds.s0022-0302(98)75682-6

6. Попова, Е. Е. (2013). Получение микропартикулята сывороточных белков и его применение в технологии низкокалорийного мороженого. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Воронеж: ВГУИТ, 2013.

7. Румянцева, Е. Е. (2009). Разработка и товароведная оценка молока нежирного сгущенного с сахаром и микропартикулятом сывороточных белков. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Кемерово, 2009.

8. Станиславская, Е. Б. (2018). Научное и практическое обоснование модификации белкового кластера молочной сыворотки для реализации в технологии продуктов питания. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Ставрополь, СКФУ, 2018.

9. Подгорный, Н. А. (2013). Получение новой пищевой композиции и ее применение в технологии синбиотического напитка. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Ставрополь, СКФУ, 2013.

10. Баранов, С. А. (2023). Разработка технологии кисломолочного продукта с микропартикулятом из творожной сыворотки. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Ставрополь, СКФУ, 2023.

11. Дымар, О. В. (2016). Научное обоснование и разработка технологий комплексного использования продуктов переработки молока. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Ставрополь, СКФУ, 2016.

12. Шерстнева, Н. Е. (2022). Разработка технологии кисломолочного продукта с использованием модифицированного концентрата сывороточных белков. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва, Федеральный научный центр пищевых систем им. В. М. Горбатова, 2022.

13. 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

14. Shi, D., Li, C., Stone, A. K., Guldiken, B., Nickerson, M. T. (2021). Recent developments in processing, functionality, and food applications of microparticulated proteins. Food Reviews International, 39(3), 1309–1332. https://doi.org/10.1080/87559129.2021.1933515

15. de Paula, I. L., Mesa, N. C., Contim, L. T., Ferreira, R. G., Pombo, A. F. W. et al. (2024). The applicability of microparticulated whey protein as an ingredient in different types of foods and its functionalities: A current patent review. European Food Research and Technology, 250(2), 633–647. https://doi.org/10.1007/s00217-023-04402-x

16. Подгорный, Н. А., Станиславская, Е. Б. (8–12 апреля 2013 г). Заменитель жира белковой природы для синбиотических молочных продуктов. Сборник статей международного научного форума «Пищевые инновации и биотехнологии». Кемерово, Россия, 2013.

17. Каширин, Д. Н., Будрик, В. Г. (8–9 октября 2013 г). Аспекты использования микропартикулята сывороточного белка в производстве продуктов питания функционального назначения. Сборник материалов VII Конференции молодых ученых и специалистов Россельхозакадемии, Москва, Россия, 2013.

18. Мельникова, Е. И., Станиславская, Е. Б., Подгорный, Н. А., Чуносова, Е. В. (2010). Синбиотический продукт на основе микропартикулята сывороточных белков. Сыроделие и маслоделие, 6, 26–27.

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

20. Пономарев, А. Н., Мельникова, Е. И., Станиславская, Е. Б., Коротков, Е. Г. (2016). Влияние микропартикулята на кислотную коагуляцию белков молока при производстве творога. Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий, 3(69), 164–169. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2016-3-164-169

21. Баранов, С. А., Евдокимов, И. А., Гордиенко, Л. А., Шрамко, М. И. (2020). Влияние микропартикулята сывороточных белков на показатели кисломолочных напитков. Молочная промышленность, 9, 59–61. https://doi.org/10.31515/1019-8946-2020-09-59-61

22. Liu, K., Tian, Y., Stieger, M., van der Linden, E., van de Velde, F. (2016). Evidence for ball-bearing mechanism of microparticulated whey protein as fat replacer in liquid and semi-solid multi-component model foods. Food Hydrocolloids, 52, 403–414. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2015.07.016

23. Смольников, Н. (2014). Исключительное индустриальное решение для микропартикуляции сыворотки. Молочная промышленность, 6, 24–25.

24. Kelly, Ph. (2019). Manufacture of whey protein products: Concentrates, isolate, whey protein fractions and microparticulated. Chapter in a book: Whey Proteins. London: Academic Press, 2019. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-812124-5.00003-5

25. 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

26. 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

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

28. Патент № 2011130529. Способ и устройство для производства продукта путем микрожелатинизации и/или микропартикуляции исходной смеси / Бургер М. Опубл. 27.01.2013, Бюл. № 3.

29. Патент 2487550С2. Способ и устройство для производства продукта путем микропартикуляции исходной смеси / Бургер М. Опубл. 20.07.2013, Бюл. № 20.

30. Tobin J., Kennedy D., Omarov M., McDonagh D. A microparticulated whey protein concentrate. Patent IE no. WO2020115324. 2020.

31. Kruesemann D., Nordanger J. A method of treating a whey protein concentrate by microparticulation. Patent DE no. WO2008063115A1. 2008.

32. Патент 2422030C1. Способ приготовления продукта, имитирующего сливки / Мельникова Е. И., Станиславская Е. Б., Подгорный Н. А. Опубл. 27.06.2011, Бюл. № 18.

33. Мельникова, Е. И., Смирных, А. А., Станиславская, Е. Б., Ходасевич, Е. Е. (2011). Исследование реологических характеристик белково-углеводной композиции для мороженого. Хранение и переработка сельхозсырья, 10, 27–29.

34. Мельникова, Е. И., Станиславская, Е. Б. (2019). Применение микропартикулята сывороточных белков в технологии полутвердых сыров. Хранение и переработка сельхозсырья, 4, 129–138 https://doi.org/10.36107/spfp.2019.199

35. Olivares, M. L., Shahrivar, K., de Vincente, J. (2019). Soft lubrication characteristics of microparticulated whey proteins used as fat replacers in dairy systems. Journal of Food Engineering, 245, 157–165. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2018.10.015

36. Ipsen, R. (2017). Microparticulated whey proteins for improving dairy product texture. International Dairy Journal, 67, 73–79. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2016.08.009

37. Torres Senabre I. System and method for the microparticulation of whey protein Patent Spain, no. WO2017140922. 2018.

38. Смирнова, И. А., Штригуль, В. К., Смирнов, Д. А. (2013). Сычужная коагуляция: формирование микропартикулятов белков молока. Сыроделие и маслоделие, 1, 42–44.

39. Смирнова, И. А., Гралевская, И. В., Штригуль, В. К., Смирнов, Д. А. (2012). Исследование способов коагуляции молока с целью формирования микропартикулятов белков молока. Техника и технология пищевых производств, 3, 112–120.

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

41. Мельникова, Е. И., Подгорный, Н. А., Станиславская, Е. Б. (2010). Имитатор молочного жира для синбиотических продуктов. Молочная промышленность, 7, 55–56.

42. Патент 2616366С1. Способ получения низкожирного мороженого с микропартикулятом сывороточных белков / Евдокимов И. А., Анисимов С. В., Куликова, И. А., Рябцева С. А., Анисимов Г. С., Медведева Г. В. и др. Опубл. 14.04.2017, Бюл. № 11.

43. Патент 2607035С1. Способ получения кисломолочного продукта с микропартикулятом сывороточных белков / Мельникова Е. И., Лосев А. Н., Станиславская Е. И. Опубл. 10.01.2017, Бюл № 1.

44. Евдокимов, И. А., Кравцов, В. А., Федорцов, Н. М., Богоровская, М. А., Бобрышева, Т. Н., Золоторева, М. С. и др. (2021). Состав и свойства микропартикулятов сывороточных белков. Молочная промышленность, 4, 40–44.

45. Hossain, M. K., Petrov, M., Hensel, O., Diakité, M. (2021). Microstructure and physicochemical properties of light ice cream: Effects of extruded microparticulated whey proteins and process design. Foods, 10(6), Article 1433. https://doi.org/10.3390/foods10061433

46. Torres, I. C., Mutaf, G., Larsen, F. H., Ipsen, R. (2016). Effect of hydration of microparticulated whey protein ingredients on their gelling behaviour in a non-fat milk system. Journal of Food Engineering, 184, 31–37. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2016.03.018

47. Дымар, О. В. (2014). Технологические аспекты использования микропартикулятов сывороточных белков при производстве молочных продуктов. Молочная промышленность, 6, 18–21.

48. Мельникова, Е. И., Станиславская, Е. Б., Хабаров, Н. С. (28–29 мая 2015). Применение микропартикулята сывороточных белков в технологии творога. Материалы V Международной научно-практической конференции «Инновационные пищевые технологии в области хранения и переработки сельскохозяйственного сырья: фундаментальные и прикладные аспекты» КНИИХП, Краснодар, Россия. Ассоциация «ТППП АПК», Воронеж, 2015.

49. Пономарев, А. Н., Мельникова, Е. И., Станиславская, Е. Б. (2016). Применение микропартикулята сывороточных белков в технологии плавленых сыров. Сыроделие и маслоделие, 5, 42–43.

50. Станиславская, Е. Б., Подгорный, Н. А., Мельникова, Е. И. (8 октября 2013 г.) Получение микропартикулята сывороточных белков и его реализация в технологии молочных продуктов. Сборник научных трудов VII конференции молодых ученых и специалистов научно-исследовательских институтов Отделения хранения и переработки сельскохозяйственной продукции Россельхозакадемии «Научный вклад молодых ученых в развитие пищевой и перерабатывающей промышленности АПК». Москва, Россия, 2013.

51. Мельникова, Е. И. Попова, Е. Е., Станиславская, Е. Б. (2012). Разработка рецептуры низкокалорийного мороженого с функциональными ингредиентами. Известия высших учебных заведений. Пищевая технология, 5–6, 48–50.

52. Мельникова, Е. И., Станиславская, Е. Б., Подгорный, Н. А. (2011). Плавленый сыр с микропартикулятом сывороточных белков. Сыроделие и маслоделие, 1, 10–11.

53. Мельникова, Е. И., Станиславская, Е. Б. (2019). Применение микропартикулята сывороточных белков в технологии полутвердых сыров. Хранение и переработка сельхозсырья, 4, 129–138. https://doi.org/10.36107/spfp.2019.199

54. Torres, I. C., Amigo, J. M., Knudsen, J. C., Tolkach, A., Mikkelsen, B. Ø., Ipsen, R. (2018). Rheology and microstructure of low-fat yoghurt produced with whey protein microparticles as fat replacer. International Dairy Journal, 81, 62–71. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2018.01.004

55. Мельникова, Е. И., Станиславская, Е. Б., Шабалова, Е. Д. (2022). Функционально-технологические свойства термостабильного концентрата сывороточных белков». Вестник воронежского государственного университета инженерных технологий, 84 (2), 52–56. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2022-2-52-56

56. Патент 2676954C1. Способ производства синбиотического продукта, обогащенного витаминно-минеральными комплексами / Донских А. Н., Анисимов С. Г., Артамонов И. Б., Медвецкая А. В. Опубл. 11.01.2019, Бюл. № 2.

57. Патент 2440002C1. Способ приготовления синбиотического продукта / Мельникова Е. И., Шишацкий Ю. И., Енин В. И., Станиславская, Е.Б., Бырбыткин В. А., Бырбыткина Г. В. и др. Опубл. 20.01.2012, Бюл. № 2.

58. Станиславская, Е. Б., Мельникова, Е. И. (2018). Применение микропартикулята сывороточных белков в технологии кефира. Молочная промышленность, 8, 49–51. https://doi.org/10.31515/1019-8946-2018-8-49-51

59. Мельникова, Е. И., Станиславская, Е. Б., Коротков, Е. Г. (10–12 октября 2018 г.) Применение микропартикулятов сывороточных белков в технологии молокоемких молочных продуктов. «Цифровизация агропромышленного комплекса» I Международная научно-практическая конференция. Тамбов, Россия, 2018.

60. Melnikova, E. I., Losev, A. N., Stanislavskaya, E. B. (2017). Microparticulation of caseic whey to use in fermented milk production. Foods and Raw Materials, 5(2), 83–93. http://doi.org/10.21603/2308-4057-2017-2-83-93

61. Варивода, А. А. (2015). Использование микропартикулята сывороточных белков в качестве добавки для маложирных плавленых сыров. Труды Кубанского государственного аграрного университета, 57, 169–175.

62. Патент 2726438C2. Способ получения сухой высокобелковой молочной смеси для профилактики остеопении у детей и подростков с целиакией / Кочнева Л. Д., Климов Л. Я., Стоян М. В., Курьянинова В. А., Донских А. Н. Опубл. 14.05.2020, Бюл. № 14.

63. Патент 2661396С1. Способ производства и состав белкового (протеинового) мороженого / Танерова Л. Н., Сурдина О. В. Опубл. 16.07.2018, Бюл. 20.

64. Патент 2465774C1. Способ получения кисломолочного напитка / Альхамова Г. К., Ребезов М. Б., Наумова Н. Л., Амирханов И. М., Лиходумова М. А. Опубл. 10.11.2012, Бюл. № 31.

65. Мельникова, Е. И., Станиславская, Е. Б. (2009). Микропартикуляты сывороточных белков как имитаторы молочного жира в производстве продуктов питания. Фундаментальные исследования, 7, 23. Электронный ресурс: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=2108 Дата обращения: 09.06.2023.

66. Ефимова, Е. В., Вырина, С. И., Шлемен, М. М., Дмитрук, Е. М. (2018). Технологические особенности использования сухих микропартикулированных белков для производства белковых продуктов из пахты. Актуальные вопросы переработки мясного и молочного сырья, 12, 77–85.

67. Лосев, А. Н., Станиславская, Е. Б., Мельникова, Е. И. (2017). Новые технологические решения в переработке творожной сыворотки. Часть 2. Применение микропартикулятов творожной сыворотки в технологии кисломолочных напитков. Молочная промышленность, 4, 57–58.

68. Töpel, A. (2007). Chemistry and physics of milk. Behr, 2007. (In German)]

69. Патент 2668165C2. Способ получения высокобелкового молочного коктейля / Донских А. Н., Анисимов Г. С., Артамонов Т. Б., Метель В. С., Куликова И. К., Медвецкая А. В. Опубл. 26.09.2018, Бюл. № 27.

70. Sturaro, A., Penasa, M., Cassandro, M., Varotto, A., De Marchi, M. (2014). Effect of microparticulated whey proteins on milk coagulation properties. Journal of Dairy Science, 97(11), 6729–6736. https://doi.org/10.3168/jds.2014-8157

71. Zhang M., Chanchan S., Rui L., Tao W. Composite fat simulant and preparation method thereof. Patent CN no. 104605031A. 2015.

72. Sturaro, A., De Marchi, M., Zorzi, E., Cassandro, M. (2015). Effect of microparticulated whey protein concentration and protein-to-fat ratio on Caciotta cheese yield and composition. International Dairy Journal, 48, 46–52. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2015.02.003

73. Chung, S. J., Heymann, H., Grün, I. U. (2004). Release of artificial cherry flavor from ice creams varying in fat and fat replacers. Journal of Sensory Studies, 19(3), 211–236. https://doi.org/10.1111/j.1745–459x.2004.tb00145.x

74. Hossain, M. K., Keidel, J., Hensel, O., Diakité, M. (2020). The impact of extruded microparticulated whey proteins in reduced-fat, plain-type stirred yogurt: Characterization of physicochemical and sensory properties. LWT, 134, Article 109976. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2020.109976

75. Ohmes, R. L., Marshall, R. T., Heymann, H. (1998). Sensory and physical properties of ice creams containing milk fat or fat replacers. Journal of Dairy Science, 81(5), 1222–1228. https://doi.org/10.3168/jds.s0022-0302(98)75682-6

76. Aykan, V., Sezgin, E., Guzel-Seydim, Z. B. (2008). Use of fat replacers in the production of reduced434 calorie vanilla ice cream. European Journal of Lipid Science and Technology, 110(6), 516–520. https://doi.org/10.1002/ejlt.200700277

77. Ipsen, R. (2017). Microparticulated whey proteins for improving dairy product texture. International Dairy Journal, 67, 73–79. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2016.08.009

78. Fuangpaiboon, N., Kijroongrojana, K. (2017). Sensorial and physical properties of coconut-milk ice cream modified with fat replacers. Maejo International Journal of Science and Technology, 11(02), 133–147.

79. Варивода, А. А., Патаркалашвили, Т. Г. (2015). Разработка мороженого с микропартикулятом сывороточных белков для диабетического и диетического питания. Труды Кубанского государственного аграрного университета, 56, 227–232.

80. Варивода, А. А., Патаркалашвили, Т. Г. (2016). Заменители молочного жира в производстве мороженого. Проблемы развития АПК региона, 1–1(25), 182–184.

81. Мельникова, Е. И., Попова, Е. Е., Станиславская, Е. Б. (2012). Низкокалорийное мороженое с микропартикулятом сывороточных белков. Пищевая промышленность, 10, 60–61.

82. Пономарев, А. Н., Мельникова, Е. И., Попова, Е. Е. (2015). Микропартикулят сывороточных белков в низколактозном мороженом. Молочная промышленность, 4, 46–47.

83. Асланова, М. Н., Куликова, И. К., Евдокимов, И. А., Володин, Д. Н., Золотарева, М. С. (2014). Выживаемость молочнокислых микроорганизмов в низкожирном пробиотическом мороженом. Молочная промышленность, 10, 51–53.

84. Prindiville, E. A., Marshall, R. T., Heymann, H. (2000). Effect of milk fat, cocoa butter, and whey protein fat replacers on the sensory properties of lowfat and nonfat chocolate ice cream. Journal of Dairy Science, 83(10), 2216–2223. https://doi.org/10.3168/jds.s0022-0302(00)75105-8

85. Liou, B. K., Grün, I. U. (2007). Effect of fat level on the perception of five flavor chemicals in ice cream with or without fat mimetics by using a descriptive test. Journal of Food Science, 72(8), S595–S604. https://doi.org/10.1111/j.1750–3841.2007.00494.x

86. Aykan, V., Sezgin, E., Guzel-Seydim, Z. B. (2008). Use of fat replacers in the production of reduced-calorie vanilla ice cream. European Journal of Lipid Science and Technology, 110(6), 516–520. https://doi.org/10.1002/ejlt.200700277