Влияние термической и механической обработки на свойства белковых структур молочных систем с программируемым составом

Целью исследования являлось изучение воздействия различных режимов термической и механической обработки на состояние и свойства частиц коллоидной фазы в концентратах обезжиренного молока с различной массовой долей сухих веществ (15% и 20%), полученных методами мембранного и вакуумного концентрирования. Установлено, что при увеличении интенсивности температурного воздействия свыше 85 °С наблюдается укрупнение частиц коллоидной фазы вследствие денатурации сывороточного белка и их агрегации с мицеллами казеина, что приводит к изменению реологических, структурно-механических и технологических свойств молочных систем на основе концентратов обезжиренного молока и полученных из них ферментированных продуктов. Экспериментально установлено, что давление гомогенизации в 20 МПа не оказывает существенного влияния на денатурацию сывороточных белков, однако наблюдается уменьшение размера белковых частиц и, как следствие, снижение вязкости концентратов обезжиренного молока после гомогенизации, и этот эффект сохраняется при последующей пастеризации. Это объясняется сжатием мицелл казеина в концентратах при гомогенизации, вследствие чего происходит их частичная диссоциация и переход ряда фракций из коллоидной фазы в сыворотку. В результате проведенного исследования подтверждено, что оптимальные режимы обработки концентратов молока (95 °С в течение 5 минут с предварительной гомогенизацией при 20 МПа) позволяют добиться требуемых структурно-механических характеристик систем, полученных на основе исследуемых концентратов, обеспечивая при этом высокие технологические характеристики и стабильность конечного продукта.

1. Федоренко И.Я., Землянухина Т.Н., Шилов С.В., Орлова Н.А. Обоснование параметров сушки растительного сырья по критериям качества конечного продукта // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2020.Т. 10. С. 105–111. EDN: DQUNSN.

2. Xiao F., Shi J., Zou Y. Effects of different heat treatment processes on the physicochemical properties and structural changes of casein and whey protein from bovine milk // Journal of Dairy Science. 2025. Vol. 108. no. 11. P. 12108–12122. EDN: GYHAAU. DOI: 10.3168/jds.2025-27358.

3. Rafiee T.N., Gaygadzhiev Z., Guri A., Wright A. Effect of pH and heat treatment conditions on physicochemical and acid gelation properties of liquid milk protein concentrate // Journal of Dairy Science. 2021. Vol. 104. no. 6. P. 6609–6619. EDN: MMERZN. DOI: 10.3168/jds.2020-19355.

4. Coşkun Ö., Raak N., Corredig M. Heat induced interactions in whey protein depleted milk concentrates: Comparison of ultrafiltration and microfiltration // Food Hydrocolloids. 2023. Vol. 137. p. 108354. EDN: NRVVTI. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2022.108354.

5. Bogahawaththa D., Trajkovska B., Markoska T., Vasiljevic T. Effects of pressurized thermal processing on native proteins of raw skim milk and its concentrate // Journal of Dairy Science. 2021. Vol. 104. no. 3. P. 2834–2842. EDN: OBHWIJ. DOI: 10.3168/jds.2020-19542.

6. Zhou X., Zhang X., Liu Z. Preheat-induced modulation of milk protein concentrate gelation: From molecular interactions to rheology // Food Hydrocolloids. 2026. Vol. 172. Part 3. P. 112161. EDN: TXFFYH. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2025.112161.

7. de Groot A., Bijl E., Sagis L.M.C. Casein network formation at oil-water interfaces is reduced by β-casein and increased by Ca2+ // Food Hydrocolloids. 2025. Vol. 160. P. 110741. EDN: ZJTSZL. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2024.110741.

8. de Groot A., Bijl E., Sagis L.M.C. Interfacial network formation by casein blends in the presence of Ca2+ is dominated by β– and κ-casein // Food Hydrocolloids. 2024. Vol. 154. P. 110085. EDN: CAQQOC. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2024.110085.

9. Dumpler J. Heat Stability of Concentrated Milk Systems. Kinetics of the Dissociation and Aggregation in High Heated Concentrated Milk Systems. Wiesbaden: Springer Spektrum Wiesbaden, 2017. 201 р. DOI: 10.1007/978-3-658-19696-7.

10. Zhang T., Liu Y., Cao J., Jiang L., Wang P., Ren F., Yi H. Exploration of dynamic interaction between β-lactoglobulin and casein micelles during UHT milk process // International Journal of Biological Macromolecules. 2024. Vol. 277. Part 2. P. 134367. EDN: NZPMOH. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2024.134367.

11. Martin F., Lee J.H., Azevedo-Scudeller L., Paul A., Delaplace G., Burgain J., Rousseau F., Tanguy G., Famelart M.N., Jeantet R., Le Floch Fouéré C. Heat treatment of milk protein concentrates affects enzymatic coagulation properties // Food Research International. 2022. Vol. 162. Part A. P. 112030. EDN: NMYZNV. DOI: 10.1016/j.foodres.2022.112030.

12. Nassar K.S., Bayomy H.M., Alamri E.S., Ozaybi N.A., Korma S.A., Lv J., Ragab E.S. Impact of high-pressure treatments on physicochemical and structural changes of reconstituted micellar casein concentrates from bovine and caprine milk: A comparative study // Journal of Dairy Science. 2025. Vol. 108. no. 1. P. 206–217. EDN: QJJWTL. DOI: 10.3168/jds.2024-25602.

13. Anema S.G. Heat-induced changes in caseins and casein micelles, including interactions with denatured whey proteins // International Dairy Journal. 2021. Vol. 122. P. 105136. EDN: VHFCSJ. DOI: 10.1016/j.idairyj.2021.105136.

14. Wijayanti H.B., Bansal N., Deeth H.C. Stability of Whey Proteins during Thermal Processing: A Review // Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 2014. Vol. 13. no. 6. P. 1235–1251. DOI: 10.1111/1541-4337.12105.

15. Bogahawaththa D., Chandrapala J., Vasiljevic T. Thermal denaturation of bovine β-lactoglobulin in different protein mixtures in relation to antigenicity // International Dairy Journal. 2018. no. 91. P. 89–97. DOI:10.1016/j.idairyj.2018.10.004.

16. Anema S.G., Li Y. Further Studies on the Heat-induced, pH-dependent dissociation of casein from the micelles in reconstituted skim milk // LWT – Food Science and Technology. 2000. Vol. 33. no. 5. P. 335–343. DOI: 10.1006/fstl.2000.0665.

17. Sauer A., Moraru C.I. Heat stability of micellar casein concentrates as affected by temperature and pH // Journal of Dairy Science. 2012. Vol. 95 no. 11. P. 6339–6350 DOI: 10.3168/jds.2012-5706.

18. Gharbi N., Marciniak A., Doyen A. Factors affecting the modification of bovine milk proteins in high hydrostatic pressure processing: An updated review // Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 2022. Vol. 21. no. 5. P. 4274–4293. EDN: QEOYJZ. DOI: 10.1111/1541-4337.13012.

19. Huppertz T. Dairy Science and Technology. 3rd Edition. Boca Raton: CRC Press, 2025. 702 р. DOI: 10.1201/9781003271765.

20. He J., Azuma N., Yang H. Effects of pH and ionic strength on the rheology and microstructure of a pressure-induced whey protein gel // International Dairy Journal. 2010. Vol. 20. no. 2. P. 89–95. DOI: 10.1016/j.idairyj.2009.08.006.

21. Liu Y., Shuang J., Hettinga K., Liu X., Zhou P. Effects of Industrial Shear Homogenization on the Bioactive Components in Milk: A Comprehensive Study // Journal of Food Composition and Analysis. 2025. Vol. 146. P. 107919. EDN: YVKGLY. DOI: 10.1016/j.jfca.2025.107919.

22. Wang L., Moraru C. I. High-pressure structuring of milk protein concentrate: Effect of pH and calcium // Journal of Dairy Science. 2021. Vol. 104. no. 4. P. 4074–4083. DOI: 10.3168/jds.2020-19483

23. Famelart M.-H., Chapron L., Piot M., Brule G., Durier C. High pressure-induced gel formation of milk and whey concentrates // Journal of Food Engineering. 1998. Vol. 36. no. 2. P. 149–164. DOI: 10.1016/S0260-8774(98)00048-X.

24. Markoska T., Huppertz T., Grewal M.K., Vasiljevic T. FTIR analysis of physiochemical changes in raw skim milk upon concentration // LWT. 2019. Vol. 102. P. 64–70. DOI: 10.1016/j.lwt.2018.12.011.

25. Золоторева М.С., Володин Д.Н., Топалов В.К., Чаблин Б.В. Мембранное оборудование для переработки различных видов молочных ресурсов // Молочная промышленность. 2016. N 9. С. 60–61. EDN: UCMHJW.

26. Володин Д.Н., Золоторева М.С., Топалов В.К., Евдокимов И.А., Чаблин Б.В., Гридин А.С. Технологии белковых концентратов из молочной сыворотки // Переработка молока. 2017. N 8. С. 10–11. EDN: ZENJDF.

27. Золоторева М.С., Володин Д.Н., Топалов В.К., Иванченко Е.Ю. Мембранные процессы в технологии молочных консервов // Молочная промышленность. 2015. N 8. С. 49–51. EDN: UBRQOB.

28. Snoeren T.H.M., Damman A.J., Klok H.J. The viscosity of skim milk concentrates // Netherlands milk and dairy journal. 1982. Vol. 36. no. 4. P. 305–316.