Обезжиренное молоко при 100–300 МПа: температура, мицеллы казеина, структура белков

Микрофлюидизация — кандидат на нетепловую обработку свежих молочных продуктов, но при 100–300 МПа молоко нагревается и его белки меняют структуру. В двухчастном исследовании, на которое ссылается производитель микрофлюидизаторов Deheng (официальный поставщик в России — Промэнерголаб), свежее обезжиренное молоко обрабатывали при 100, 150, 200, 250 и 300 МПа и изучали состав, температуру, кислотность, вязкость, размер мицелл казеина и структуру казеина и сывороточных белков.

Методика

Сырое молоко: белок 3,37, жир 4,04, лактоза 4,73, СОМО 9,18, сухие вещества 12,98 г/100 г; после обезжиривания жир 0,11, белок 3,01 г/100 г.

Обработка при 100–300 МПа; температура подачи 10 °C; контроль — обезжиренное молоко без обработки.

Часть 2: выделение казеина и сывороточного белка изоэлектрическим осаждением; круговой дихроизм, тиолы и дисульфиды, собственная и внешняя флуоресценция (ANS), СЭМ.

Результаты, часть 1: физико-химия

• Показатель: Результат (данные исследования)
• Состав: белок, жир, лактоза, СОМО и сухие вещества при 100–300 МПа не отличаются от контроля
• Температура на выходе: 39,5 ± 2,9 °C при 100 МПа → 83,4 ± 3,2 °C при 300 МПа (вход 10 °C); при 250 МПа — 76,9 °C
• Кислотность и pH: кислотность снижается с ростом давления; pH немного ниже контроля
• Вязкость: снижается при 100–250 МПа (значимо, кроме 100 МПа); максимальна при 300 МПа — сеть казеина и развёрнутого β-лактоглобулина
• Средний размер мицелл казеина: 175,40 → 170,40 нм (100 МПа) → 165,10 нм (150 МПа); при 200–300 МПа растёт до 174,63 нм
• Причины роста размера при ≥ 200 МПа: растворение κ-казеина снижает стерическое отталкивание; при 75–80 °C денатурирует β-лактоглобулин и связывается с мицеллами

Результаты, часть 2: структура белков

1. Казеин: доля α-спиралей и β-структур растёт при 100–200 МПа и падает при 250–300 МПа (критическая точка 200 МПа); свободные тиолы максимальны при 100 МПа (0,6887 мкмоль/г), дисульфиды минимальны при 100 и максимальны при 300 МПа; при 300 МПа сильнее всего «варёный» привкус.
2. Сывороточный белок: дисульфиды растут с давлением, особенно при 250–300 МПа; поверхностная гидрофобность растёт при 100–150 МПа и снижается при 200–300 МПа.
3. Собственная флуоресценция: рост при 100 и 200 МПа, снижение при 150, 250 и 300 МПа (до −57,5 % для казеина при 300 МПа).
4. СЭМ: кластеры казеина распадаются на пористые агрегаты при 100–150 МПа и вновь агрегируют при 200–300 МПа; сферические частицы сывороточного белка фрагментируются при 100–200 МПа и агрегируют при 250–300 МПа.

Вопросы по кейсу

В: Насколько нагревается молоко при микрофлюидизации?

С 10 °C на входе до 39,5 °C при 100 МПа и до 83,4 °C при 300 МПа (данные исследования) — поэтому нужен теплообменник и ограничение давления.

В: При каком давлении мицеллы казеина самые мелкие?

При 150 МПа — 165,1 нм против 175,4 нм у контроля; при 200–300 МПа размер снова растёт из-за растворения κ-казеина и денатурации β-лактоглобулина.

В: Меняется ли состав молока?

Нет: белок, жир, лактоза и сухие вещества при 100–300 МПа статистически не отличаются от контроля.

Что это значит для выбора оборудования

Для молока рабочее окно — 100–150 МПа с теплообменником, чтобы не доводить продукт до денатурации сывороточных белков; DNH-150 для исследований, DNH-2000…DNH-8000 в санитарном исполнении для производства. Поставка по 44-ФЗ/223-ФЗ.

Источник

По материалам статьи Deheng Nano Technology (05.06.2025 и 10.06.2025): статья на en.deheng-nano.com, статья на en.deheng-nano.com. Числа и формулировки результатов приведены по источнику; интерпретация и рекомендации по оборудованию — Промэнерголаб.

Запросить консультацию

Чтобы повторить результат на своём продукте, опишите систему и целевой размер частиц — наши специалисты подберут модель DNH.