Обоснование проблематики осмофорических соединений молочной сыворотки

12-05-2014, 15:32

Исследования вкуса и запаха молочной сыворотки, а также получаемых из нее продуктов имеют важное практическое значение. Установление природы и механизма образования вкусовых и осмофорических веществ, влияния технологических факторов, продолжительности хранения исключают появление в продуктах нежелательных привкусов и запахов, позволяют управлять процессом формирования их органолептических свойств. В свою очередь, органолептические свойства определяют вкусовые качества продукции, влияют на выбор и спрос потребителей. Они имеют большое физиологическое значение, поскольку способствуют выделению пищеварительных соков, активизации процессов переваривания пищевых компонентов, обеспечивают хорошую усвояемость продуктов. По изменению органолептических свойств можно оценить качество продуктов — содержание посторонних веществ, применение недоброкачественного или фальсифицированного сырья, начинающуюся порчу.
Считается, что осмофорические соединения даже в незначительных количествах формируют характерный запах продукта, восприятие которого обусловлено обонятельными ощущениями в результате раздражения рецепторов носа. В основе первичных процессов обоняния находится адсорбция осмофорических веществ на хеморецепторной мембране. Активные центры мембраны способствуют образованию непрочных связей с молекулами или ионами осмофорических веществ. Механизм обоняния работает по комбинаторному принципу вследствие процессов распознавания и переработки запаха. Сильные обонятельные ощущения вызывают соединения, содержащие группы —ОН, —СНО, —СOOR, —CN, —NR2, —NO2, —CCl, —СВr, —CI,—SR,—SH. Сила и характер запаха соединений с этими функциональными группами зависят от их строения и концентрации. При увеличении числа пространственно расположенных функциональных групп интенсивность запаха ослабевает.
Предложено несколько классификаций запахов, которые можно распространить на молочную сыворотку. Наибольшее распространение получила система, определяющая семь основных (первичных) запахов: камфорный (гексахлорэтан), мускусный (мускус, ксилол), цветочный (фенилэтанол, α-амилпиридин, α-нонон), мятный (ментол), эфирный (бензилацетат, ацетон, хлороформ, диэтиловый эфир), едкий, острый (муравьиная кислота), гнилостный (бутилмеркаптан, сероводород).
Запах, вкус и аромат молочной сыворотки и получаемых из нее продуктов обусловливают различные группы химических соединений, образующихся в результате превращений углеводов, аминокислот и липидов молока при технологической обработке и хранении. Групповой состав основных химических соединений молока и молочных продуктов, адаптированный к объекту монографии, приведен в табл. 1.30.

Следует обратить внимание, что карбонильные соединения оказывают значительное влияние на формирование запаха, поскольку многие из них характеризуются высокой пороговой концентрацией в молочной сыворотке. Низшие ненасыщенные альдегиды отличаются сильным неприятным запахом: ацетальдегид и формальдегид — резким, специфическим; изомасляный и изовалериановый — солодовым и кормовым. Увеличение количества атомов углерода в карбонильных соединениях снижает резкость запаха.
Для высших альдегидов (C7-C12) при сильном разбавлении характерен жирный запах с фруктовым и цветочным оттенками, в больших концентрациях многие из них (гептаналь, октаналь, нонаналь) отличаются неприятным запахом и придают продуктам прогорклый, салистый привкус. Запах ненасыщенных альдегидов зависит от их строения и расположения двойных связей. Низшие алифатические кетоны и дикарбонильные соединения — резко пахнущие жидкости. В небольших концентрациях ацетон, диацетил, пентанон-2 и гексанон-2 характеризуются приятными запахами и являются важными компонентами аромата сырья и продуктов. Высшие кетоны (C11-C15) имеют сильные и приятные запахи, жирноароматические кетоны — грубые.
К важнейшим компонентам запаха молочной сыворотки среди карбоновых кислот относятся летучие жирные кислоты. Они могут придавать продуктам раздражающий, резкий, неприятный прогорклый, затхлый и вяжущий запахи. Именно поэтому в технологии получения напитков приходится «маскировать» запах молочной сыворотки.
Насыщенные и ненасыщенные δ- и γ-лактоны алифатических кислот в небольших концентрациях обусловливают приятный запах орехов, сливок, солода, карамели, персиков, малины. Этиловый спирт придает характерный алкогольный запах; пропиловый, изобутиловый, изопентиловый спирты — запах сивушных масел. Сложные эфиры низших спиртов и карбоновых кислот — приятно пахнущие жидкости с запахом различных фруктов и цветов. Сернистые соединения в больших концентрациях отличаются неприятным запахом: сероводород — запахом тухлых яиц, диметилсульфид — кормовым, метиональ и меркаптоацетальдегид — сырным или капустным.
Следует заметить, что подробных сведений о конкретных ароматических веществах, обусловливающих специфический вкус и запах молочной сыворотки, в настоящее время явно недостаточно. Вопрос ждет тщательной проработки. По имеющимся данным, это комплекс разнородных по химической природе веществ, образующихся в результате биохимического воздействия на компоненты молока при производстве творога и сыра. В сыворотке, полученной методами прямого подкисления молока или при разделении обезжиренного молока полисахаридами, специфический сывороточный запах отсутствует.
При производстве творога и сыра наибольшие ферментативные превращения в молоке претерпевают казеин и жир. При этом образуется основная масса ароматических веществ, определяющих специфические вкус и запах молочной сыворотки: пептиды, свободные аминокислоты, альдегиды, кетоны, летучие жирные кислоты. При уменьшении содержания белков специфические вкус и запах ослабевают.
Вещества, участвующие в формировании вкуса и аромата молочной сыворотки, характеризуются различной летучестью, поэтому невозможно существенно улучшить ее органолептические показатели методами деаэрации, дезодорации или сгущением под вакуумом. Вместе с тем, непривычные для потребителей специфический вкус и запах молочной сыворотки сдерживают ее применение в производстве пищевых продуктов. Поэтому актуальны задачи идентификации осмофорических компонентов сыворотки и продуктов ее фракционирования, подбора веществ, образующих с ними композиции с улучшенными органолептическими свойствами, либо маскирующих неприятные сывороточные тона.
Сложности анализа осмофорических соединений пищевых продуктов вообще и молочной сыворотки в частности связаны с их разнообразием, незначительным содержанием, лабильностью и высокой летучестью. Обнаружение и идентификация осмофорических компонентов в молочной сыворотке является достаточно сложным процессом, непосредственно связанным с пределом обнаружения и селективностью современных методов анализа. Для определения летучих и нелетучих компонентов молочной сыворотки, как и вообще пищевых продуктов, широкое распространение получили хроматографические методы вследствие универсальности, низких пределов обнаружения, экспрессности. Для идентификации компонентов запаха применяются комбинированные методы: газовая хроматография — масс-спектрометрия; высокоэффективная жидкостная хроматография — масс-спектрометрия; жидкостная хроматография — инфракрасная спектроскопия; жидкостная хроматография — ядерный магнитный резонанс. В последние десятилетия в анализе ароматов пищевых продуктов возрастающее применение находят сенсоры на основе различных преобразователей. Разработаны различные сенсоры — масс-чувствительные, электрохимические, термические, оптические, потенциометрические, кондуктометрические, амперометрические. Принцип действия таких устройств («электронный нос») аналогичен работе обонятельной системы человека, состоящей из большого числа неспецифичных рецепторов и способной различать многие запахи. «Электронный нос» включает массив химических сенсоров с парциальной специфичностью и связанную с ним обработку данных (сигналы сенсоров), способную распознавать простые и сложные запахи. Сенсорные системы характеризуются низкими пределами обнаружения, воспроизводимостью и надежностью результатов, компактностью, удобны в эксплуатации. Их применение позволяет получать точные качественные и количественные характеристики анализируемых многокомпонентных сред.
Для идентификации осмофорических веществ, предложен высокочувствительный сенсор — пьезокварцевый резонатор АТ-среза с частотой 9 МГц, поверхность Au-электрода модифицируют трехслойным покрытием из нейлона, углерода и липидов. Резонатор располагают в проточной термостатируемой ячейке, включенной в проточную систему.
Для анализа жидкой фазы пищевых продуктов по аналогии с «электронным носом» применяют другую сенсорную систему — «электронный язык». Такое устройство вместе со средствами обработки сигнала способно различать и классифицировать химические «образы» сложных растворов и определять концентрации отдельных компонентов. В мультисенсорном анализе для обработки результатов, полученных от массива сенсоров, применяются методы, основанные на современных достижениях в изучении искусственного интеллекта, в частноcти методы распознавания веществ по характерным визуальным отображениям («образам»), специфичным для смеси паров.
Одним из наиболее перспективных представляется метод искусственных нейронных сетей — непараметрический метод распознавания «образов», основанный на компьютерной имитации взаимодействующих нейронов человека. Искусственные нейронные сети способны обрабатывать массивы нелинейных данных, учитывать влияние шумов и временных дрейфов, они характеризуются лучшей прогнозирующей способностью, чем хемометрические методы и служат основой для создания систем оценки качества пищевых ароматов.
Для определения осмофорических соединений в молочной сыворотке, на примере творожной, в ВГТА школой проф. Я.И. Коренман разработана специальная методика. Видимо, данная методика может быть адаптирована на другие виды молочной сыворотки. Особый интерес, по нашему мнению, данный метод представляет для подсырной сыворотки.