Теоретические основы биомембранной обработки

14-05-2014, 18:53

Применительно к обозначенной тематике представляет интерес новая технология молочных продуктов «Био-Тон», основанная на фракционировании молочного сырья полисахаридами на примере пектина с получением концентрата натурального казеина (KHK) и бесказеиновой фазы (БФ). Практически бесказеиновая фаза (БФ) — это молочная сыворотка с пектином — сывороточно-полисахаридная фракция или фаза (СПФ). Из нее путем технологической обработки получают молочный полисахаридный концентрат (МПК), который может использоваться в качестве самостоятельного продукта или пищевой добавки с целым набором функциональных свойств. Уникальный растворимый комплекс молочных компонентов и полисахарида в бесказеиновой фазе обуславливает ее высокие функциональные свойства и принципиально меняет подход к использованию вторичного молочного сырья.
В основе формирования концепции МПК были использованы элементы биомембранной технологии — управляемое воздействие на систему «молочное сырье — полисахарид» с последующим молекулярно-ситовым разделением мембранными методами и введением поли-функциональных компонентов.
Структурная схема взаимодействия биомембранной технологии молочного полисахаридного концентрата с внешней средой по системе «черный ящик» разработана в соответствии с методологией системного анализа и принята в качестве основы для исследований (рис. 14.1).
Из представленного рис. 14.1 совершенно ясны все взаимосвязи БМТ с внешней средой (для менеджмента) и четко формулируется проблематика — раскрытие сути предлагаемой технологии (технические решения).

Гипотетическая модель одного из возможных вариантов взаимодействия жидкой мембраны с основными структурными элементами системы молочного сырья представлена на рис. 14.2.
На рис. 14.2 можно выделить основные кластеры молочного сырья, которые целенаправленно взаимодействуют с фрагментами жидкой мембраны — полисахаридами.

Физико-химическая модель формирования бесказеиновой фазы, как биотехнологической системы, достаточно хорошо иллюстрируется процессом образования ассоциатов мицелл казеина первого уровня (рис. 14.3).
При этом важно обратить внимание на тот факт, что переход пектина в бесказеиновую фазу смоделирован и подтвержден на практике. Именно эта модель может логистически объяснить физико-химическую сущность безмембранного обратного осмоса кластеров молочного сырья на наноуровне.

Сравнительный химический состав бесказеиновой фазы и молочной сыворотки по данным приведен в табл. 14.1. Отличительной особенностью бесказеиновой фазы, что подчеркивает ее оригинальность и ценность, является наличие полисахарида (пектин 0,7 %).

Некоторые функциональные показатели молочной сыворотки и бесказеиновой фазы по данным приведены в табл. 14.2.

Обращает на себя внимание заметное отличие некоторых функциональных свойств, например, стойкости пены между бесказеиновой фазой и другими видами молочного сырья. Все это позволило разработчикам обосновать специфику данной технологии, как безотходное производство. В то же время основные закономерности процессов обработки бесказеиновой фазы вполне обоснованно можно распространить на молочную сыворотку.
Бесказеиновая фаза как объект исследований является гетерогенной многокомпонентной системой. Моделирование может служить отправной точкой прогнозирования функционального поведения сложных биополимерсодержащих систем такого типа.
Одной из фундаментальных в области создания многокомпонентных пищевых систем, с точки зрения проектирования их биологической ценности и структуры, является работа Н.Н. Липатова (мл.). Методологический и системный подход, предложенный Н. Н. Липатовым, был использован и развит в работах В.Н. Сергеева, А.Б. Лисицына и др. В работе сформулирована методология проектирования рецептур многокомпонентных пищевых продуктов третьего поколения.
С целью проектирования модельных систем молочного полисахаридного концентрата установлены основные функциональные показатели компонентов бесказеиновой фазы, их взаимосвязь и критериальные оценки качества продуктов. Формирование модельных систем осуществлялось в соответствии с компонентным составом БФ, ее концентратов и функциональных аналогов. Для построения моделей оценки качества продуктов использовалась функция желательности D, предложенная Харрингтоном. В качестве регулируемых приняты следующие показатели: относительное содержание казеина (Z1); кальция (Z2); углеводов (Z3). Наблюдаемыми факторами являлись: кратность пены (Y1), прочность геля (Y2), эмульгирующая емкость (Y3). Формирование модельных систем осуществлялось в соответствии с компонентным составом БФ, ее концентратов и функциональных аналогов. Результаты статистической обработки экспериментальных данных и полученные уравнения приведены на рис. 14.4 в виде функций отклика — три уровня, 9 экспозиций, что позволяет определить оптимальную область химического состава для каждого вида МПК.

Значения кинетических коэффициентов в экстремальных точках представлены в табл. 14.3.

Результаты оптимизации уравнений регрессии приведены в табл. 14.4.

Факторы устойчивости бесказеиновой фазы, как биополимерсодержащего раствора, рассмотрены с позиций теории ДЛФО названа по первым буквам фамилий авторов.
Согласно теории ДЛФО, устойчивость и взаимодействие коллоидных растворов зависит от соотношения молекулярных сил притяжения и электростатических сил отталкивания между коллоидными частицами. Это положение хорошо иллюстрируется графически (рис. 14.5).

Взаимодействие белков и полисахаридов уже давно стало предметом изучения. Механизм, лежащий в основе фракционирования, в настоящее время до конца не изучен. В то же время объект — бесказеиновая фаза, полученная биомембранным воздействием на молочное сырье пектином (т. н. безмембранный обратный осмос) реально существует и был подвергнут направленной технологической обработке баромембранными методами: ультрафильтрацией и электродиализом.