Продвинутые биофизические методы полезны не только для науки. В новом исследовании физтехи применили рамановский спектрометр (комбинационное рассеяние света), чтобы изучить влияние температурной обработки на состав сухого молока. Оказалось, что более сильный нагрев на треть снижает интенсивность пиков лактозы и белков, также меняя профиль жирных кислот. Новый подход будет полезен для быстрой и доступной оценки качества молочных продуктов. Результаты опубликованы в журнале «Молочная промышленность».
Молоко — традиционный для России продукт питания, ключевой источник животных белков и сырье для получения множества молочных продуктов. Объемы производства и потребления молока огромны, что делает необходимым быстрые и точные методы оценки его качества. Сейчас для этого используют широкий спектр методов: химический анализ, изучение генетического материала и разные методы спектроскопии. Эта биофизическая методика «видит» отдельные молекулы по их характерным спектрам поглощения света, флуоресценции и т. д.
Однако многие активно используемые методы дороги, в том числе из-за стоимости оборудования и реактивов. Более того, подготовка проб для анализа может быть длительной, а необходимая техника ввозится из-за рубежа, это осложняет ее покупку и обслуживание. Очевидно, что имеющиеся подходы следует дополнить новыми — более доступными, быстрыми и точными.
Ученые МФТИ и Всероссийского научно-исследовательского института молочной промышленности (ВНИМИ) заняты поиском новых способов оценки качества пищевых продуктов. Они обратили внимание на сухое молоко, т. е. сухие молочные консервы, поскольку они очень востребованы рынком. Главные плюсы сухого молока — длительные сроки хранения и дешевая транспортировка. В качестве метода анализа биофизики использовали рамановскую спектроскопию. Она основана на неупругом взаимодействии фотонов света с веществом, которое приводит к изменению их собственного внутреннего состояния. Пробу облучают светом заданной длины волны и по спектру определяют отдельные типы движения молекул: колебания, вибрации, вращение и т. д. Такой тип спектроскопии характеризует молекулы по «отпечаткам пальцев», по которым их можно распознать.
Образцы сухого молока для исследования получили согласно протоколам, которые соответствуют ГОСТам. Сырое молоко подогрели до температуры 45°С и обезжирили, затем пастеризовали и часть образцов дегидратировали (высушили) с помощью лабораторной распылительной сушилки при начальной температуре 175°С и конечной 75°С. Другие пробы молока подвергли пастеризации без высушивания.
Известно, что температура пастеризации может влиять на химический состав сырья, поэтому процесс провели при 45, 70 и 80°С, что позволило связать изменения в составе и спектральных характеристиках молока. Все пробы анализировали с помощью рамановского спектрометра, используя для возбуждения красный лазер с длиной волны 638 нанометров. Во избежание погрешности замеры в каждом случае проводили по пять раз.
Результатом стали графики, показывающие связь сдвигов спектра в волновых числах (1/см) и соответствующую интенсивность излучения. Показано, что более высокая температура пастеризации снизила сигнал на треть в диапазоне 270–280 обратных сантиметров — он соответствует молочному сахару лактозе. Также отмечены изменения в составе белков (диапазон 890–900 и 1450–1460 обратных сантиметров) и жирных кислот (2910–2920). Чем выше температура обработки, тем ниже становились «белковые» пики.
По всей видимости, вклад в изменения спектра внесло изменение белковых молекул и выделение свободных аминокислот триптофана (пик на на 879 обратных сантиметрах) и фенилаланина (на 1016). Обе относятся к ароматическим, что говорит о возможности отслеживания таких аминокислот в соответствующем диапазоне спектра. Скорее всего также спектры меняет денатурация белков, т. е. их плавление, потеря естественной формы.
Переработка молока в сухую обезжиренную форму после пастеризации также вызвала характерные изменения спектра. Пик в диапазон 270–280 обратных сантиметров «съехал» вправо, в область 440–450. Сигнал резко снизился у образцов, пастеризованных при 45°С и 70°С (на около 59% и 68%), однако у 80°С-образца, наоборот, повысился — примерно на 65%. Такие сдвиги могут быть связаны с разными концентрациями жира в сухом и жидком состоянии.
Новое исследование может стать основой надежного экспресс-метода, определяющего тепловой класс сухого молока на основании только спектральных свойств. Это защитит рынок от фальсификата и обеспечит более строгий контроль качества молочной продукции, не требуя импортного оборудования.
«Нами выявлено существенное влияние температурного режима пастеризации на спектральные профили: более высокие температуры пастеризации привели к снижению интенсивности линий спектра более чем на 30% в области спектра связанной с лактозой. Также были отмечены значительные белковые трансформации и изменения состава жирных кислот. Метод рамановской спектроскопии показал большой потенциал для идентификации спектральных маркеров термического стресса в молоке в процессе сушки и может стать основой для нового протокола оценки термического класса сухого молока»,— пояснил Артем Бровко, руководитель лаборатории рамановской спектроскопии МФТИ.
Научная публикация: И. А. Барковская, А. М. Бровко; Перспективы применения рамановской спектроскопии в мониторинге качества сухих молочных консервов // Молочная промышленность. 2026. №2. С. 86–93. DOI: 10.21603/1019-8946-2026-2-80
