Use of innovative technologies to extend the shelf life of dairy products

Abstract

The aim of the study was to provide a comprehensive assessment of the impact of innovative technologies on the processing and treatment of dairy products in order to extend their shelf life. A comparative analysis of non-thermal methods revealed that high-pressure processing (600 MPa, 15 minutes) and pulsed electric fields (35 kV/cm, 1,000 Hz) were the most effective in inactivating microorganisms, reducing their overall count by 4.2 and 3.8 log CFU/cm³, respectively. Non-thermal techniques showed less impact on the nutritional composition of milk compared to traditional pasteurisation, preserving up to 91.8% of vitamin C and 97.2% of whey proteins. The best organoleptic properties were observed in samples treated with high-pressure processing and pulsed electric fields, scoring 4.9 out of 5 on a 5-point scale. It was also found that ultrasound treatment accelerated yoghurt fermentation by 28%-32%, high pressure shortened cheese ripening time by 30%-35%, and ultrafiltration increased the yield of acid-set cheese by 15%-18%. Among antimicrobial packaging materials, the highest activity was demonstrated by films containing silver nanoparticles (1.5%). A synergistic effect was observed when combining non-thermal processing methods with innovative packaging materials, enabling the extension of milk’s shelf life to 35 days at a temperature of 4 ± 1°C. Intelligent packaging systems with pH-sensitive indicators were developed for monitoring product freshness. To investigate the synergistic effect of combined treatments, a factorial experimental design was employed with the calculation of synergy coefficients. An analysis of nanoparticle migration from packaging materials showed that their concentration remained within permissible limits when recommended storage conditions were observed. Mathematical models were developed to predict milk shelf life based on processing and packaging parameters. An economic evaluation of the proposed technological solutions demonstrated their competitiveness in comparison with traditional methods, particularly in the production of premium-segment products.

-

Метою дослідження було надати комплексну оцінку впливу інноваційних технологій на процеси обробки та переробки молочних продуктів з метою подовження строку їх придатності. Порівняльний аналіз нетермічних методів показав, що найвищу ефективність інактивації мікроорганізмів забезпечують технологія високого тиску (600 МПа, 15 хв) та імпульсне електричне поле (35 кВ/см, 1000 Гц), які знижують загальну кількість мікроорганізмів на 4,2 та 3,8 log КУО/см³ відповідно. Нетермічні методи демонстрували менший вплив на нутрієнтний склад молока порівняно з традиційною пастеризацією, забезпечуючи збереження до 91,8 % вітаміну С та до 97,2 % сироваткових білків. Найкращі органолептичні характеристики спостерігалися у зразках, оброблених технологією високого тиску та імпульсним електричним полем (4,9 бала за 5-бальною шкалою). Встановлено, що ультразвукова обробка прискорює ферментацію йогуртів на 28-32 %, високий тиск прискорює дозрівання сирів на 30-35 %, а ультрафільтрація підвищує вихід кисломолочного сиру на 15-18 %. Серед антимікробних пакувальних матеріалів найвищу активність продемонстрували плівки з наночастинками срібла (1,5 %). Виявлено синергетичний ефект при комбінованому застосуванні нетермічних методів обробки та інноваційних пакувальних матеріалів, що дозволяє збільшити термін придатності молока до 35 діб при температурі 4 ± 1°C. Розроблено інтелектуальні пакувальні системи з pH-чутливими індикаторами для моніторингу свіжості продукту. Для дослідження синергетичного ефекту комбінованої обробки застосовувалося факторне планування експерименту з розрахунком коефіцієнтів синергії. Аналіз міграції наночастинок з пакувальних матеріалів показав, що їх концентрація не перевищувала допустимих рівнів при дотриманні рекомендованих умов зберігання. Розроблено математичні моделі для прогнозування терміну придатності молока залежно від параметрів обробки та пакування. Проведено економічну оцінку запропонованих технологічних рішень, яка показала їх конкурентоспроможність порівняно з традиційними методами при виробництві продукції преміального сегменту.