Качество

О возможности использования колориметрического метода для обнаружения сухого молока в питьевом молоке

Мягконосов Д.С., Лепилкина О.В., Топникова Е.В., Абрамов Д.В., Овчинникова Е.Г.
В последние годы в Российской Федерации появилась проблема, связанная с использованием при производстве молочных продуктов сухого молока, ввозимого в РФ, как правило, из-за рубежа. При попадании на внутренний рынок России более дешевого сухого молока, происходит значительное снижение закупочных цен на молоко-сырье со стороны предприятий-переработчиков молока. Это существенно влияет на выручку сельхозпроизводителей, занимающихся производством молока, и ставит под угрозу само существование отрасли молочного хозяйства в России.
13.05.2022

Первые меры по ограничению использования сухого молока в целях защиты отечественных производителей были введены в России в 2010 г., когда для питьевого молока, производимого из восстановленного молока, было введено специальное название «молочный напиток». Это несколько ограничило использование сухого молока, но не могло остановить его нелегальное применение, которое в данном случае расценивается как фальсификация состава. В связи с этим особую актуальность приобрели методы выявления сухого молока в составе питьевого молока и других молочных продуктов.


На данный момент существует множество методик для определения примеси сухого молока в натуральном


Методические аспекты выявления примеси сухого молока в натуральном молоке в разное время были предметом исследования как зарубежных, так и российских исследователей. В основу известных методов положены: жидкостная и высокоэффективная жидкостная хроматография; инфракрасная спектрофотометрия; колориметрия с детектированием в ультрафиолетовой и видимой области; капиллярный электрофорез с использованием редуцирующих агентов; масс-спектроскопия; иммуноферментный анализ; люминесценция.


Все эти методики объединяет выявление маркерных веществ


Все перечисленные методы предусматривают выявление в анализируемом продукте маркерных веществ, типичных для сухого молока, а именно: продуктов реакции денатурации сывороточных белков, или продуктов реакции Майара.


В России разрешены и применяются две методики


В РФ в настоящее время разрешены к применению для выявления фальсификации сухим молоком только два метода: основанных на использовании жидкостной хроматографии и иммуноферментного анализа (ИФА) с использованием комплекта реактивов ООО «ХЕМА». Оба метода имеют ряд недостатков.


Метод, основанный на определении относительного содержания бета-глобулина


Согласно методу, основанному на использовании жидкостной хроматографии высокого давления, приведенному в МУ 4.1./4.2.2484-09 «Оценка подлинности и выявление фальсификации молочной продукции», определение наличия сухого молока в сыром и пастеризованном молоке проводится по относительному содержанию бета-лактоглобулина. В основе метода лежит предположение о том, что при сушке молока наблюдается относительное снижение содержания доли бета-лактоглобулина. Недостатком метода является то, что он отображает результат пастеризации молока, которая проводится перед операциями сгущения и высушивания, а не результат его высушивания. Поэтому, результат идентификации наличия сухого молока, полученный с применением данной методики, ненадежен.


Иммуноферментативный анализ


При использовании методики ИФА, разработанной ООО «ХЕМА», роль вещества-маркера также выполняют молекулы бета-лактоглобулина, которые в результате высушивания молока при высокой температуре существенно повышают свою антигенность по отношению к подобранному комплементарному антителу. При высушивании молока вследствие реакции Майара на поверхности молекул бета-лактоглобулина образуются новые антигенные области, содержащие в своем составе лактозилированный лизин. Однако конформационные изменения белковых молекул происходят не только при сушке, но и при любом другом термическом воздействии. Степень конформационных изменений белка зависит от температуры и продолжительности нагрева. Длительное температурное воздействие, применяемое при производстве топленого молока, ряженки, сгущенного молока с сахаром, концентрированного молока, практически сравнивает антигенность этих продуктов с антигенностью сухого молока. Это ставит под сомнение возможность использования данного метода применительно ко всем молочным продуктам, в частности, к тем, в технологии которых предусмотрено длительное высокотемпературное воздействие на сырье, полуфабрикат или продукт.

Следует отметить, что реакция Майара и денатурация белков являются типичными реакциями, происходящими при термической обработке молока, и полное отсутствие продуктов этих реакций гарантируется только в сыром молоке. Поэтому использование указанных методов для обнаружения сухого молока в готовой молочной продукции, полученной с использованием термической обработки разной интенсивности, может стать причиной недостоверных результатов.

В связи с потребностью проведения такого контроля именно в готовых молочных продуктах, в т.ч. продуктах, подвергнутых интенсивной термообработке, поиск новых методов и совершенствование существующих методик выявления примеси сухого молока стало особенно актуальным.


Колориметрический метод, основанный на детектировании продуктов реакции Майара


Из используемых в мировой практике вышеприведенных методов был выбран и исследован в настоящей работе колориметрический метод, основанный на выявлении продуктов реакции Майара. К ним относятся лактозилированные белки, образующиеся в результате взаимодействия остатков аминокислоты лизина и лактозы. Это было обнаружено методом капиллярного электрофореза, выявившего очевидные различия между профилями исходного натурального сырого молока и профилями сухого обезжиренного молока распылительной сушки, на которых появились множественные «вторичные» пики лактозилированных белков.


Пастеризация молока не способствует появлению пиков лактзилированных белков


Было установлено, что пастеризация молока не вызывала появления пиков лактозилированных белков. После стадии сгущения на элетрофореграмме появились незначительные следы лактолизилированных белков (в основном альфа-лактоальбумина, бета-лактоглобулина и бета-казеина). Появление лактозилированных белков только после высушивания молока распылительным методом говорит о том, что именно высушивание является процессом, приводящим к значительному лактозилированию белков молока. При этом в наибольшей степени лактозилированию подвергаются альфа-лактоальбумин и бета-лактоглобулин, которые из всех белков молока являются наиболее реакционно-способными участниками реакции Майара. Лактозилированию подвергаются также казеиновая фракция молока. Наибольшее влияние на степень лактозилирования молочного белка при высушивании оказывает температура воздуха в сушильной башне.


Реакция Майара состоит из стадий, по окончанию каждой из которых в продукте появляются специфические химические вещества


Реакция Майара представляет собой сложный процесс взаимодействия углеводов с белками или аминами с образованием большого количества химических веществ: дикарбонильных соединений, редуктонов и оксиметилфурфурола, меланоидиновых пигментов. Ее следует рассматривать как процесс, состоящий из нескольких последовательных реакций – стадий. Каждая стадия завершается образованием собственных, относительно устойчивых химических веществ (см. таблицу ниже).

Таблица – Конечные продукты отдельных стадий реакции Майара

Стадии реакции

Конечные продукты стадии реакции

Ранняя

Фурозин, карбоксиметиллизин

Промежуточная

Гудроксиметилфурфурол, таганоза, муравьиная кислота, лизилпираллин

Финальная

Меланоиды (меланоидины)

Лактозилированные белки, образующиеся на первой стадии реакции Майара, под действием температуры переходят в меланоидины – продукты финальной стадии реакции Майара. Меланоидины (от греческого «меланос», что означает «черный») – это темноокрашенные высокомолекулярные вещества, придаюшие цвет термически обработанному продукту. Цвет стандартных меланоидинов не черный, а краснокоричневый или темно-коричневый. Черные пигменты, подобные гуминовым веществам, меланоидины образуют только в случае длительного теплового воздействия.


Факт преобразования неокрашенных соединений в восстановленном молоке в окрашенные меланоидины дает возможность обнаружить с помощью колориметрии присутствие сухого молока в молоке и молочных продуктах


В восстановленном молоке значительная часть продуктов реакции Майара содержится в форме неокрашенных продуктов ранней стадии реакции (лактозилированных остатков аминокислот). Выраженная окраска может быть получена темперированием проб за счет перевода неокрашенных продуктов реакции Майара в интенсивно окрашенные меланоидины. Факт преобразования неокрашенных соединений в восстановленном молоке в окрашенные меланоидины дает возможность обнаружить с помощью колориметрии присутствие сухого молока в молоке и молочных продуктах, в том числе с высокотемпературной обработкой (рисунок).


Очевидно, что при оценке необходимо учитывать не только изменение окрашивания проб, но и дифференцировать молочные продукты по группам в зависимости от уровня температурной обработки во время изготовления с установлением контрольных интенсивностей окрашивания проб до и после темперирования по каждой группе.

Источник: «Научные подходы к решению актуальных вопросов в области переработки молока» / Сборник научных трудов к 75-летию со дня основания ВНИИМС. – Углич, ВНИИМС – филиал ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН, 2019. – С. 247-251.