Получение концентрированной лактулозосодержащей пищевой добавки из творожной сыворотки с применением мембранной электрофлотации

Чрезвычайно перспективно получения производных лактозы, обладающих биологической активностью, в первую очередь лактулозы. Изомер лактозы лактулоза признана во всем мире как классический пребиотик, способствующий развитию бифидобактерий и молочнокислых бактерий в кишечнике человека и животных. Схема ее влияния на организм человека представлена на рис. 8.9.

Рис. 8.9. Схема влияния лактулозы на организм человека

Такие нежелательные микроорганизмы, как Salmonella, Shigella sonnei, Proteus, Bacteroides, не способны использовать лактулозу.

Применение лактулозы многообразно: и чисто медицинское — для лечения и профилактики различных болезней, особенно связанных с дисбактериозом, и пищевое — она используется как добавка в продукты питания для увеличения их биологической ценности, и кормовое — для улучшения состояния здоровья крупного рогатого скота, свиней, птицы. В первом случае в основном используются очищенные растворы или порошки лактулозы, во втором и третьем наряду с чистой лактулозой могут применяться и лактулозосодержащие растворы, содержащие кроме лактулозы и ряд других веществ. Часто такие растворы действуют эффективнее, чем чистая лактулоза. Например, присутствие гидролизованных белков является дополнительным фактором, стимулирующим развитие бифидофлоры.

По данным из различных источников, большая часть населения России страдает дисбактериозом различной степени выраженности, что говорит о высокой социальной значимости этой проблемы. При всем многообразии клинических последствий дисбактериоза главная их причина — хроническая интоксикация организма продуктами жизнедеятельности патогенной микрофлоры. Выпуск лактулозосодержащих пищевых добавок на основе сыворотки может способствовать решению сразу двух острейших проблем современности — нерационального расходования ценнейшего вторичного молочного сырья и чрезвычайно высокой распространенности заболеваний дисбактериозом.

Плодотворным является следующий подход — частичная трансформация лактозы в лактулозу в молочной сыворотке, минуя стадию производства молочного сахара.

Для получения лактулозосодержащей пищевой добавки возможно применение мембранной электрофлотации, позволяющей извлечь часть белков из молочной сыворотки в нативном виде, а также повысить содержание гидроксид-ионов, которые катализируют переход лактозы в лактулозу. Особенно актуальна обработка мембранной электрофлотацией творожной сыворотки, водородный показатель которой близок к изоэлектрической точке сывороточных белков, что затрудняет ультрафильтрацию.

Однако процессы модификации сыворотки при использовании мембранной электрофлотации с последующей изомеризацией лактозы в лактулозу мало изучены.

Переработка молочной сыворотки относится к наилучшим доступным технологиям (НДТ), переход на которые закреплен в федеральном законодательстве. Реализация таких технологий приведет к снижению негативного воздействия на окружающую среду. Одним из критериев для определения НДТ является применение энергосберегающих методов обработки сырья. Однако практикующаяся на предприятиях распылительная сушка сыворотки с предварительным вакуумным выпариванием является энергоемкой процедурой. Поэтому НДТ переработки сыворотки предусматривает мембранные методы концентрирования. Одним из таких методов является нанофильтрация, при которых энергозатраты по сравнению с вакуумным выпариванием снижаются в 5—7 раз, кроме того, производится частичное обессоливание сыворотки. Несмотря на начинающееся применение нанофильтрационных технологий в промышленности, явления, протекающие при нанофильтрацион-ной модификации сыворотки исследованы недостаточно.

Так, известно, что в отличие от микро- и ультрафильтрации осмотические явления, которые определяются гидратацией компонентов сырья, играют важнейшую роль в процессах обратноосмотического концентрирования. При этом остается неясным влияние гидратации компонентов сыворотки на ее нанофильтрационное концентрирование и характеристики концентратов, получаемых при заданных условиях.

Внедрение молочной сыворотки как компонента пищевых систем сдерживается ее широкой вариабельностью по составам и свойствам. Поэтому важно определить подходы к конструированию на основе молочной сыворотки пищевой добавки с заданными качественными характеристиками.

Для получения лактулозосодержащей добавки на основе сыворотки можно использовать тот факт, что в процессе электрофлота-ционной обработки величина pH сыворотки растет со временем. Как представлено на рис. 7.9, pH сыворотки через 40—50 мин после начала электрофлотации устанавливается на уровне 11—11,5, вполне приемлемом для последующей тепловой изомеризации.

Концентрация белка в сыворотке по истечении времени флотации составляет 38 % исходного содержания белков сыворотки. Соответственно, после осаждения пены получаем около 60 % белков, содержащихся в сыворотке.

Методом рентгеновского электронно-зондового анализа установлено, что содержания кальция и фосфора в концентрованной методом вакуумного выпаривания сыворотке, прошедшей предварительную электрофлотационную обработку, составляет соответственно 0,52 % и 0,43 %, а в нефлотированной сыворотке 1,02 % и 0,8 % (т. е. во флотированной сывортке содержание этих элементов примерно в 2 раза ниже, чем в исходной творожной сыворотке).

Фосфат кальция является основным компонентом ультрафильтрата обезжиренного молока, осаждающимся на нанофильтраци-онной мембране, что вызывает снижение потока пермеата на 40 % уже в течение 1-го часа фильтрации. Поэтому снижение содержания Са и Р в сыворотке приводит к улучшению условий ее нанофильтра-ционного концентрирования.

Прозрачность сыворотки после флотации и выдерживания и стабильность полученной коллоидно-химической системы максимальны при содержании соли в электролите около 45 г/л.

Эксперименты по определению зависимости водородного показателя сыворотки от времени ?, высоты слоя сыворотки над катодом /1, плотности тока; показали, что водородный показатель определяется только величиной 1 ~ — некоторой зарядовой плотностью в данной системе.

Изомеризацию лактозы в сыворотке проводили при Т — 70 °С.

Установлено, что степень изомеризации растет со временем (рис. 8.10), что связано с буферными свойствами минеральных веществ сыворотки, а также, возможно, с замедлением теплового распада лактулозы неравновесными продуктами электрохимических реакций, образующимися в ходе электрофлотации сыворотки.

Рис. 8.10. Зависимость степени изомеризации и водородного показателя сыворотки от времени изомеризации: —•— — б, %; - • - — pH

Достигаемая величина степени изомеризации равна 25 %, что выше, чем при изомеризации творожной сыворотки с использованием щелочных катализаторов. Повышение температуры изомеризации свыше 70 °С приводит к резкому усилению образования окрашенных соединений в растворе.

На рис. 8.11 представлена зависимость скорости фильтрации лактулозосодержащей флотированной сыворотки от содержания сухих веществ.

Видно, что данная зависимость претерпевает скачок при содержании сухих веществ 8—10 %. Характерный вид этой зависимости, по-видимому, также связан с осмотическими явлениями.

Так как при фильтрации имеет место концентрационная поляризация, наибольшая концентрация сухих веществ будет в пограничном с мембраной слое жидкости. Именно эта концентрация и определяет осмотические эффекты при фильтрации.

Рис. 8.11. Зависимость скорости фильтрации от концентрации сухих веществ

При небольших концентрациях сыворотки концентрация сухих веществ в приграничном слое невелика, соответственно, мало осмотическое давление. Как только концентрация возрастает до такой величины, что осмотическое давление в приграничном слое становится выше давления фильтрата, скорость фильтрации снижается и в дальнейшем остается на низком уровне.

Осмотическое давление раствора определяется гидратацией растворенного вещества. Молекулы лактозы окружены гидратной оболочкой. Соответственно, пограничные слои с высокой концентрацией лактозы содержат в основном связанную в гидратных оболочках воду. Градиент концентрации свободной воды, возникающий между границами мембраны, вызывает диффузионный поток воды через мембрану, который эквивалентен осмотическому потоку. Другими словами, если вода в растворе связана, то вода извне стремится разбавить раствор.

Степень связывания воды в растворе отражает такой показатель, как активность воды. На рис. 8.12 показана зависимость активности воды от концентрации сухих веществ в лактулозосодержащей флотированной сыворотке.

Рис. 8.12. Зависимость активности воды от концентрации сухих веществ

В случае если концентрация в пограничном слое невелика, активность воды там близка к единице и, соответственно, осмотические эффекты минимальны, скорость фильтрации высока. При концентрациях выше 18 % активность воды падает, увеличивается вклад осмотических явлений, скорость фильтрации становится небольшой.

Исходя из графиков Д/С) и <2 (С) можно приблизительно оценить увеличение концентрации сыворотки в пограничном слое по сравнению с объемом. Для этого берем концентрации сыворотки, при которой идет наибольшее снижение скорости фильтрации, и концентрацию, при которой наиболее сильно падает активность воды. Это отношение оказывается равным 3, что близко к литературным данным.

Таким образом, осмотические эффекты становятся существенными при концентрировании сыворотки примерно в 2—3 раза, когда происходит заметное снижение скорости фильтрации.

Полученные экспериментальные результаты свидетельствуют о том, что скорость фильтрации довольно сильно зависит от тангенциальной скорости потока сыворотки (рис. 8.13). Это происходит потому, что молекулы движущейся вдоль мембраны жидкости выбивают из поляризационного слоя молекулы сахаров или белков.

Рис. 8.13. Зависимость скорости фильтрации сыворотки от тангенциальной скорости

Кроме осмотических явлений в поляризационном слое, существенную важность представляет собой необходимость учитывать большое количество других механизмов задержки вещества нано-фильтрационной мембраной, например эффекты, связанные с размером молекулы вещества. Кроме того, было показано, что существенную роль в задержке ионов нанофильтрационной мембраной играет так называемая диэлектрическая задержка ионов мембраной, при которой ионы взаимодействуют с зарядами на границе сред с различной диэлектрической проницаемостью, в результате чего их «эффективный размер» существенно увеличивается.

Для интерпретации переноса вещества через нанофильтрацион-ную мембрану часто используют подход, в рамках которого поляризационный слой представляется как мембрана с бесконечной пористостью, а поток через него моделируется с помощью расширенного уравнения Нернста — Планка.

Процессы структурообразования в поляризационном слое можно смоделировать, концентрируя и исследуя структурно-механические свойства раствора, подлежащего фильтрации. Однако при этом нельзя пользоваться ротационными или капиллярными вискозиметрами, так как при их применении разрушается структура исследуемой системы. В данном случае незаменимым будет использование неразрушающих методов контроля структурно-механических свойств, таких как измерение внутреннего трения. Кроме того, при ультра- или нанофильтрации практически отсутствует течение поляризационного слоя в направлении, нормальном к поверхности мембран, поэтому в этом случае больше подходит параметр внутреннего трения, чем вязкости.

Внутреннее трение в материалах, как правило, изучают, создавая в исследуемом теле некий колебательный процесс. Колебания, искусственно созданные в теле, с течением времени затухают, упругая энергия колебания рассеивается в тепловую энергию. Различные механизмы превращения упругой энергии в тепловую объединены общим названием — внутреннее трение. Характеристикой внутреннего трения является величина

где А1? — энергия, рассеянная за один период колебаний по всему объему образца; IV — энергия колебания всего образца, отвечающая амплитудным значениям напряжения и деформации.

Можно показать, что величина внутреннего трения Т связана с логарифмическим коэффициентом затухания (3 формулой

где Р = 1п(Е_п/Е_п+1); Е_п — максимальное смещение материала от положения равновесия в ходе колебаний с номером п, а Е_п+1 — то же для следующего (и + 1)-го колебания.

Таким образом, внутреннее трение в материале можно однозначно характеризовать с помощью величины Р — логарифмического декремента затухания колебаний, созданных в этом материале.

На рис. 8.14, а представлена зависимость внутреннего трения в растворах сахарозы от их вязкости. Вязкость растворов изменяли путем изменения их концентраций. Видно, что зависимость внутреннего трения ЧИ от вязкости г] в широком диапазоне концентрации сахарозы близка к линейной.

Однако характеристика Т(г|) для водных растворов глицерина с различными концентрациями является нелинейной (рис. 8.14, б). Можно предположить, что слабо гидратированные молекулы глицерина при высоких концентрациях раствора сильно взаимодействуют между собой, так как этому практически не препятствует гидратная оболочка. Поэтому для разрыва этих контактов при вязкомтечении жидкости необходима значительная энергия, что и приводит к очень большим величинам вязкости при малых концентрациях. В то же время при очень малых относительных смещениях слабо гидратированных молекул глицерина, происходящих при изменении внутреннего трения, не все молекулы разрывают взаимные связи, что и приводит к более плавному росту внутреннего трения с увеличением концентрации глицерина в области высоких концентраций. Соответственно, при высоких концентрациях вязкость глицерина оказывается значительной при невысоком затухании, что и обусловливает подъем графика.

Рис. 8.14. Зависимость вязкости от коэффициента затухания колебаний маятника при исследовании водных растворов:

а — сахарозы (концентрация 0—60 %);

б — глицерина (концентрация 0—95 %)

Таким образом, метод внутреннего трения совместно с измерениями вязкости может быть применен при оценке характера межмолекулярных взаимодействий в гидратированных системах.

При мембранном разделении пищевых сред вблизи поверхности мембраны имеется слой с повышенной концентрацией ретентата. Он также может быть отнесен к гидратированным системам, поэтому имеется возможность исследовать процессы мембранного концентрирования методом внутреннего трения.

Процессы мембранного разделения часто анализируют с использованием расширенного уравнения Нернста — Планка или уравнения Кедем — Качальского.

Система уравнений Кедем — Качальского в общем виде записывается следующим образом:

где 7_У — поток фильтрата; 7, — поток ионов; Ар — разность гидростатических давлений по обе стороны мембраны; п — осмотическое давление, связанное с градиентом концентраций; Р — диффузионная проницаемость мембраны; с₍ — концентрация ионов; К_т — гидравлическое сопротивление мембраны; Р_ро1 = /(у_х, р, С_1(/) — гидравлическое сопротивление поляризационного слоя (у_т — тангенциальная скорость потока; С_11;(С_Г, С_р) — концентрация сухого вещества в поляризационном слое; С_р — концентрация сухого вещества в пермеате; С_г — концентрация сухого вещества в сыворотке).

Величину осмотического давления можно оценить, зная активность воды которая в свою очередь зависит от С/,:

где Я — универсальная газовая постоянная; Т — температура; — парциальный мольный объем воды.

Если через мембрану фильтруется вода, то ее гидравлическое сопротивление Р_т характеризует в основном проницаемость самой мембраны для воды. Однако если происходит микро-, ультра-или нанофильтрация раствора, коллоидной системы или суспензии, то на поверхности мембраны образуется поляризационный слой. В этом случае фильтрация идет через систему двух проницаемых сред, одной из которых является мембрана, а другой — поляризационный слой, проницаемость которого для воды характеризуется величиной Р_ро1.

Часто скорость фильтрации водного раствора ниже скорости фильтрации воды в несколько раз, из чего можно сделать вывод, что поток фильтрата зависит в основном от свойств поляризационного слоя, в первую очередь от его структуры.

Чем больший вклад вносит поляризационный слой в величину внутреннего трения системы «мембрана — поляризационный слой», тем с большей вероятностью прохождение фильтрата через мембрану определяется не свойствами мембраны, а свойствами поляризационного слоя.

В процессах нанофильтрационного сгущения растворов сахаров на поверхности мембраны может образовываться не гелеобразный слой, как при ультра- или микрофильтрации, а некоторый вязкий слой, концентрация которого значительно выше концентрации рабочего раствора. Здесь важную роль играет осмотическая состав

ляющая потока растворителя, выраженная слагаемым-------Ал

В-т + В-ро!

в уравнении Кедем — Качальского (здесь л — осмотическое давление раствора).

На рис. 8.15 представлена зависимость внутреннего трения в творожной сыворотке, прошедшей электрофлотационную обработку, а также тепловую изомеризацию лактозы.

Рис 5.15. Зависимость коэффициента внутреннего трения в концентрированной после нанофильтрации сыворотке от концентрации сухих веществ

Сопоставляя данные по внутреннему трению в сыворотке и растворах сахарозы, можно заметить, что кривая зависимости внутреннего трения от концентрации для сахарозы в области высоких концентраций растет значительно быстрее, чем для сыворотки. Это позволяет понять причину относительно высокой производительности нанофильтрации лактулозосодержащей флотированной сыворотки: явления, обусловливающие диссипативные эффекты фильтрации, например задержку потока фильтрата из-за внутреннего трения между водой и гидратированными частицами, в концентрированных растворах смеси лактозы с лактулозой с примесью минеральных солей выражены слабее, чем в растворах других сахаров.

Кроме того, можно сделать и чисто практический вывод — концентрировать нанофильтрацией напитки на основе флотированной сыворотки, подслащенной сахарозой, нецелесообразно из-за малой производительности процесса. Эмпирически найденные коэффициенты внутреннего трения, а также величины активности воды в сыворотке в зависимости от концентрации позволили на основе уравнений Кедем — Канальского провести расчет зависимости потока пермеата от давления и скорости тангенциального потока. Расчетные зависимости хорошо согласуются с экспериментальными.

Можно заключить, что изучение внутреннего трения мембран с поляризационным слоем или модельных концентрированных растворов или гелей дает возможность оценить степень уменьшения скорости фильтрации из-за отложения высокомолекулярных веществ на мембране. Это в перспективе позволяет строить зависимости гидравлического сопротивления К_ро1 в уравнении

Кедем — Канальского от параметров процесса фильтрации заданных пищевых систем.

В отличие от вискозиметров, обычно применяющихся для измерения вязкости — параметра, наиболее близкого к внутреннему трению, приборы для измерения внутреннего трения способны измерять характеристики как жидкости, так и твердых тел, что делает их удобными для изучения фазовых переходов воды пищевых продуктов. Примерами могут быть кристаллизация влаги в процессе замораживания пищевых продуктов и ее испарение в процессах их сушки.

Лактулоза и лактозо-лактулозные сиропы используются в различных областях пищевой промышленности — хлебопечении, молочной индустрии, кондитерской промышленности, производстве детского питания и т. д. для придания продуктам пребиотических свойств.

Примером применения лактулозы в хлебопечении является изготовление хлебо-булочных изделий для лиц, страдающих дисбактериозом кишечника. В рецептуре этого хлеба имеется ячменная мука из зерна, подвергнутого баротермической обработке, и сироп лактулозы.

Ячмень имеет достаточно сбалансированный химический состав, богатый минеральными веществами и витаминами. Эта культура отличается высоким содержанием пищевых волокон и слизей, улучшающих моторику кишечника, оказывающих обволакивающее действие на стенки слизистой оболочки кишечника, адсорбируя токсичные продукты расщепления пищи, и являющихся прекрасным питанием для микрофлоры кишечника, способствуя увеличению количества полезных бактерий.

Поскольку ячменная мука обладает низкими хлебопекарными свойствами, с целью улучшения технологических свойств ячменя и повышения биологической ценности полученной из него муки с помощью экспериментальной установки проводили баротермическую обработку (БТО) зерна и определяли химический состав полученной ячменной муки. Баротермическая обработка зерна делает эластичными цветковые пленки плодовых и семенных оболочек, зародыша, алейронового слоя, в которых локализуется основное количество биологически активных веществ: витаминов, жиров, минеральных веществ и пищевых волокон, обогащая при размоле ячменную муку.

Ячменная мука из зерна, подвергнутого БТО, вводилась в рецептуру в количестве 5, 10 или 15 % (от общей массы муки). Количество вносимого сиропа лактулозы составляло 0,7 г на 100 г готового изделия.

О влиянии сиропа пищевой лактулозы на свойства теста судили по титруемой кислотности, влажности (с помощью прибора ПИВИ-1).

По результатам исследований установлено, что с внесением сиропа пищевой лактулозы кислотность и влажность теста не изменялись по сравнению с контрольным образцом.

Качество готовых изделий оценивали по титруемой кислотности, влажности и пористости мякиша. В ходе исследований установлено, что кислотность и влажность готовых изделий не изменялась по сравнению с контрольным образцом. Выявлено снижение пористости в образце с внесением сиропа пищевой лактулозы на 7,2 %. Однако некоторое снижение пористости при внесении лактулозы компенсируется баротермической обработкой, в результате которой происходит вспучивание теста.

На сегодня в хлебопечении в качестве сахарозаменителей и ингредиентов с пребиотическими свойствами используют сорбит и ксилит. Лактулоза имеет сладость, идентичную сладости сорбита, но по сравнению с этим полиолом является более эффективным пребиотиком, поэтому ее использование открывает возможности расширения ассортимента функциональных продуктов с сахароза-менителями, имеющими пребиотические свойства.

Исследования показали, что лактулоза может быть использована вместо сахарозы в рецептуре булочных изделий. Качество изделий с лактулозой несколько ниже, чем с сахарозой (удельный объем ниже на 4,8—11,1 %, формоустойчивость — на 5—8 %), но эти характеристики для булок с лактулозой лучше, чем у изделий из теста без добавления сахаров. Это можно обьяснить улучшением газоудерживающей способности теста с лактулозой вследствие повышения эластичности клейковины, обусловленной востанавливающей способностью лактулозы. Окраска корки изделий с лактулозой была более выраженной. При этом структура пористости и эластичность мякиша в образцах с сахарозой и лактулозой были близки. Удлинение продолжительности расстойки, уменьшение объема хлеба с лактулозой, очевидно, связаны со снижением интенсивности брожения этого теста, так как лактулоза не сбраживается дрожжами. Упомянутые показатели теста и готовых изделий при совместном внесении лактулозы и фруктозы значительно улучшались. Таким образом, лактулоза может быть использована как замена сахарозы при производстве булок, однако ее необходимо вносить совместно с фруктозой.

Для применения в хлебопечении была модифицирована подсырная сыворотка, обработанная для частичной изомеризации лактозы в лактулозу с помощью процесса электрохимической активации. Молочная сыворотка подвергалась процессу электрохимической активации одновременно в катодной и анодной камерах аппарата, после чего обе фракции смешивались и подвергались концентрированию, причем в катодную камеру электроактиватора вносился карбамид в количестве 1—5 %, что позволило повысить степень изомеризациилактозы в лактулозу и улучшить хлебопекарные свойства получаемого концентрата.

В результате получился концентрат, обладающий свойствами комплексного хлебопекарного улучшителя-обогатителя, положительно влияющий на процесс хлебопечения.

Кроме того, проводились исследования возможности использования лактулозосодержащей творожной сыворотки в рецептуре хлеба из пшеничной муки первого сорта путем исследования органолептических и физико-химических показателей полуфабриката и готового изделия. Творожная сыворотка была модифицирована путем обработки методом мембранной электрофлотации с последующей термической изомеризацией части лактолозы в лактулозу. После изомеризации снижали водородный показатель сыворотки до pH — 7,5 добавлением концентрированной соляной кислоты. Вносили ее в дозировке 15 %. Тесто готовили по рецептуре хлеба из пшеничной муки первого сорта (в соответствии с ГОСТ 27842—88, эксперимент соответствует также и новому ГОСТ Р 58233—2018) безопарным способом по трем вариантам: 1 — без внесения сыворотки (контроль); 2 — с сухой подсырной молочной сывороткой; 3 — с лактулозосодержащей творожной сывороткой.

Полуфабрикат готовили из пшеничной хлебопекарной муки первого сорта, прессованных хлебопекарных дрожжей, соли пищевой, сыворотки и питьевой воды. Тесто замешивали в тестомесильной машине ЬаЬоппхЮОО. Затем направляли в термостат для брожения, выброженное тесто делили на куски, формовали и направляли на расстойку, после — на выпечку.

В процессе брожения теста исследовали изменение титруемой кислотности (°Т) и газоудерживающей способности (см³). В готовых хлебобулочных изделиях определяли органолептические (поверхность, цвет, форму, пропеченность, пористость, промес, вкус, запах) и физико-химические показатели (влажность, %, кислотность, °Т, пористость, %, удельный объем, см³/100 г).

Выявлено, что в варианте № 3 с лактулозосодержащей творожной сывороткой наблюдалось максимальное значение кислотности (6,0 °Т), минимальное — в контроле (1,8 °Т). Это объясняется тем, что сыворотка содержит свободные аминокислоты, витамины и микроэлементы, которые увеличивают бродильную активность дрожжевых клеток.

Определено, что лактулозосодержащая творожная сыворотка способствует увеличению газоудерживающей способности (66 см³). Минимальное значение наблюдалось в контроле (58 см³).

Анализ качества готовых изделий проводили через 3 ч после выпечки.

Установлено, что образец, приготовленный с использованием лактулозосодержащей творожной сыворотки, характеризовался органолептическими и физико-химическими показателями качества готового изделия, представленными в табл. 8.13.

Таблица 8.13

Влияние различных видов сыворотки на качество хлеба

Результаты измерения характеристик хлебобулочных изделий с лактулозосодержащей добавкой показывают, что существенных изменений параметров качества хлеба из-за внесения добавки не происходит. Несмотря на небольшое снижение удельного объема и пористости, данные параметры укладываются в диапазон допустимых величин для хлебобулочных изделий.

Наблюдаемое нами некоторое снижение удельного объема и пористости соответствует результатам, полученным при добавлении сиропов лактулозы в тесто. Исследование хлеба методом растровой электронной микроскопии позволило сделать предположение, что сироп пищевой лактулозы, взаимодействуя с основными компонентами пшеничной муки, образует на поверхности белковой матрицы полисахаридную пленку, обволакивающую крахмальные зерна. Это приводит к снижению атакуемости крахмала и белков ферментами.

Известные способы придания хлебу пребиотических свойств, заключающиеся в добавке сиропов лактулозы в тесто, имеют существенный недостаток — высокую себестоимость изделия. Это связано со сложностью изготовления сиропов лактулозы и, соответственно, их дороговизной. Предлагаемый вариант получения лактулозосодержащего хлеба лишен этого недостатка. Кроме того, имеющаяся в сыворотке лактоза придает хлебу привлекательный светло-коричневый цвет корки, а также изделие обогащается минеральными веществами молочной сыворотки.

Перспективно применение лактулозы в составе кисломолочных продуктов, сметаны, кефира, йогуртов и т. д. Исследовались кисломолочные продукты, а также закваски для сметаны, творога, йогурта, пробиотических продуктов с добавлением сиропа лактулозы. Показано, что лактулоза, вносимая в концентрациях 1—5 %, не оказывает существенного влияния на закономерности кислотообразо-вания, продолжительность сквашивания и постокисление кисломолочных продуктов, приготовленных с использованием заквасок для сметаны, творога, йогурта, однако снижает скорость кислотообра-зования культуры ЬЬ. гкатпозиз.

Добавление лактулозы в количестве 1—3 % приводит к увеличению значений напряжения сдвига, эффективной вязкости и получению более однородной плотной консистенции кисломолочных продуктов, приготовленных с использованием заквасок для сметаны и йогурта. Выявлена линейная зависимость между содержанием полисахаридов и напряжением сдвига в образцах кисломолочных продуктов. Добавление лактулозы способствует существенному (на 1—3 порядка) увеличению выживаемости микрофлоры заквасок для сметаны и йогурта в условиях холодильного хранения, замораживания, сублимационной сушки и нагревания, в то же время не оказывает влияния на жизнеспособность микрофлоры заквасок.

Однако лактулоза используется в метаболизме заквасочной микрофлоры. Через 14 сут хранения количество лактулозы в образцах кисломолочных продуктов с исходной концентрацией пребиотика 3 % снизилось при использовании закваски для сметаны на 47 %, йогурта — на 63 %, ЬЬ. rha.mri.osus — на 70 %. Поэтому кисломолочную продукцию с добавлением лактулозы следует употреблять в пищу как можно быстрее, не дожидаясь существенного снижения содержания лактулозы.

Существует технология кисломолочного мороженого с добавлением лактулозы, срок хранения которого составляет около 90 сут.

В настоящее время отечественной промышленностью уже выпускаются продукты с содержанием лактулозы, в основном кисломолочные напитки, продукты для детского питания. Существуют также комбинированные изделия, в которых совместно с лактулозой используется пектин. К таким продуктам относится «Пектолакт» — сухой напиток, содержащий сухую лактулозу, яблочный пектин, фруктозу, аскорбиновую кислоту. «Пектолакт» наряду с пробиотическими свойствами обладает сорбционными свойствами в отношении тяжелых металлов, токсических и радиоактивных веществ, продуктов обмена; способствует выведению их из организма; способен сорбировать, прочно удерживать и выводить различные виды патогенных и условно-патогенных микроорганизмов и выделяемые ими токсины; компенсирует недостаток растворимых пищевых волокон и аскорбиновой кислоты в рационе человека.

В экспериментальных исследованиях показано, что одновременное использование двух биологически активных веществ — отрубей и лактулозы — усиливало гипохолестеринемический эффект каждого из них: происходило значительное снижение холестерина в сыворотке крови. Поэтому освоен выпуск отрубей с добавлением лактулозы, таких как отруби «Лито» (производства ООО «Биокор») и «Хлопья пшеничные и ржаные с лактулозой» (производитель — ООО «ДиетМарка»).

Таким образом, лактулоза и лактулозосодержащие добавки с успехом могут быть применены в пищевой индустрии, однако практически в каждом случае необходимы дополнительные исследования поведения лактулозы в составе сырья и продуктов с целью выбора наиболее рациональных технологических приемов получения продукции.