CC BY
152УДК 664;66.081.6
ПРИЗВОДСТВО БЕЗЛАКТОЗНОГО МОЛОКА МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ
ДИАФИЛЬТРАЦИЕЙ Тимкин Виктор Андреевич - кандидат технических наук, доцент, профессор, ФГБОУ ВО
Уральский государственный аграрный университет
(620075 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, д. 42 тел. +7 912 240 70 50; , E-mail: ural.membrana@yandex.ru )
Леонид Алексеевич Новопашин - кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВО Уральский государственный аграрный университет
(620075 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, д. 42 тел. +7 (343) 371-3363, E-mail: novopashin-leonid@ya.ru)
Рецензент: Л.В. Денежко, к.т.н., доцент ФГБОУ ВО Уральский ГАУ (620075 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, д. 42 тел. +7 (343) 371-3363, E-mail: denejko@yandex. ru)
Ключевые слова:диафильтрация, ультрафильтрация,керамические мембраны, безлактозное молоко.
Аннотация
Молочные продукты являются важной частью рациона питания человека. Однако многие люди страдают непереносимостью молочного сахара - лактозы и не могут употреблять продукты, содержащие молоко. Решением данной проблемы является производство безлактозного молока и на его основе безлактозных молочных продуктов. Предлагается технология получения безлактозного молока, основанная на процессе диафильтрации, которая позволит получать молоко с минимальным содержанием лактозы, идентичное по составу натуральному и недорогое в производстве
THE PRODUCTION OF LACTOSE-FREE MILK, MULTI-STAGE FILTRATION V. A. Timkin, candidate of technical sciences, associate professor, professor, Ural state agrarian University
(620075 Sverdlovsk region, Yekaterinburg, Karl Liebknecht st., 42 tel. +7 912 240 70 50;, E-mail: ural.membrana@yandex.ru)
L.A. Novopashin, candidate of technical sciences, associate professor, Ural State Agrarian University
(620075 Sverdlovsk region, Yekaterinburg, Karl Libknecht str., 42 tel. +7 (343) 371-33-63, E-mail: novopashin-leonid@ya.ru)
Reviewer L.V. Denezhko, candidate of technical sciences, associate professor, Ural State Agrarian University
(620075 Sverdlovsk region, Yekaterinburg, Karl Libknecht str., 42 tel. +7 (343) 371-33-63, Email: denejko@yandex.ru)
Keywords: filtration, ultrafiltration, ceramic membranes, lactose-free milk.
Summary
Dairy products are an important part of the human diet. However, many people are intolerant of milk sugar-lactose and can not eat foods containing milk. The solution to this problem is the production of lactose-free milk and lactose-free dairy products based on it. The technology of production of lactose-free milk based on the process of diafiltration, which will allow to obtain milk with a minimum content of lactose, identical in composition to natural and inexpensive in production, is proposed.
Лактоза C12H22O11, или молочный сахар, является полезным компонентом молока, так как способствует всасыванию в кишечнике минеральных веществ, а также размножению благоприятных для организма кисломолочных бактерий. По своему химическому строению лактоза - дисахарид, образованный глюкозой и галактозой. Молекула лактозы состоит из остатков галактозы и глюкозы и расщепляется ферментом лактазой на её части: глюкозу и галактозу, которые хорошо усваиваются организмом человека [1].Однако существует проблема непереносимости лактозы, вызванная неспособностью человека переваривать молочный сахар. Главная причина непереносимости лактозы человеком - отсутствие или недостаточное количество фермента лактазы, обусловленное генетически.Непереносимость молочного сахара довольно распространенное явление. В странах Африки, Америки и ряда стран Азии непереносимость лактозы встречается почти у 80 - 100 % взрослого населения, что связано с отсутствием в этих регионах традиционного молочного животноводства. В России в среднем около 20 % населения страдает непереносимостью лактозы, вследствие чего эти люди не могут употреблять молоко и другие продукты, содержащие лактозу [2].
Для полноценного питания этой группы населения необходимо производить безлактозное молоко и на его основе безлактозные молочные продукты. Безлактозное молоко (наименование согласно ТР ТС 033/2013 «продукт переработки молока безлактозный») — продукт переработки питьевого молока, в котором лактоза гидролизована или удалена. От обычного молока оно отличается только отсутствием или низким содержанием лактозы. По российскому регламенту безлактозным считается молоко с содержанием не более 0,1 грамма лактозы на 1 литр продукта
[3].
Анализ современного состояния вопроса показал, что на сегодняшний день существуют три технологии производства безлактозного молока: кисломолочные смеси на основе молочного белка, расщепление лактозы ферментами и применение мембранных методов разделения [2,4]. Смеси на основе молочного белка получают путем составления молочной смеси из отдельных
компонентов и последующего сквашивания кисломолочной закваской. Получаемый продукт полезен, но не является молоком.При расщеплении лактозы с помощью ферментов происходит процесс, аналогичный происходящему в организме здорового человека. Недостаток данного способа в том, что используемые ферменты могут повышать сладость или придавать посторонние привкусы молочным продуктам.Технология с применением мембранных методов разработана фирмой Valio (Финляндия). Она позволяет получить молоко с естественным вкусом, содержание лактозы в котором менее 0,01%.Ключевой стадией является процесс ультрафильтрации, при котором из молока удаляется часть лактозы. На следующем этапе добавляется фермент лактазы, который окончательно удаляет остатки лактозы. Технология Valio не имеет аналогов на российском рынке, но в результате привозной продукт имеет очень высокую стоимость, а импортное технологическое оборудование также требует больших затрат на ремонт и обслуживание.
Мировой рынок молочных продуктов без лактозы на сегодняшний день довольно широк -это сыры, йогурты, творога, сливочное масло, сметана, кефир и т.д., однако отечественных подобных продуктов крайне мало. В России безлактозное молоко производится в основном методом расщепления лактозы ферментосодержащими препаратами. Интерес к собственному производству безлактозных продуктов у российских производителей возник в связи импортозамещением и санкциями, в результате чего количество импортной продукции в магазинах сильно сократилось, открывая дорогу отечественному производству.
Рисунок 1. Схема процесса диафильтрации Основой нашей разработки [5-7]является мембранный процесс диафильтрации, в котором ультрафильтрация молока позволяет отвести большую часть воды и лактозы в виде пермеата, а затем концентрат разбавляется чистой водой, после чего процесс циклически повторяется до заданного содержания лактозы (рис. 1). Лабораторные исследования с обезжиренным молоком
показали, что снизить содержание лактозы в молоке до значений, соответствующих регламенту, возможно при пяти-шестикратном проведении процесса диафильтрации (табл.).
В исследованиях использовались керамические ультрафильтрационные мембраны отечественного производства НПО «Керамикфильтр» г. Москва и мембраны зарубежного производства «ТАМ1 DeutschlandGmbH» (Германия). Мембраны характеризуются «отсечками» по молекулярной массе 15; 50; 100; 150 кДа. Температурный режим процесса диафильтрации поддерживался в диапазоне 35 - 45 0С, рабочее давление 0,3 - 0,5 МПа.
Таблица 1 Физико-химические показатели молока до и после диафильтрации (средние значения)
Параметры Исходное молоко Молоко после диафильтрации
Белок общий, % (масс.) 3,05 3,05
Лактоза, %(масс.) 4,65 <0,01
Жир, %(масс.) 0,05 0,05
Минеральные вещества, %(масс.) 0,82 0,82
Сухие вещества, % (масс.) 8,57 3,93
Кислотность, 0Т 17,5 18,0
Предварительные эксперименты показали эффективность снижения содержания лактозы не только в обезжиренном молоке, но и в молоке с м.д.ж. 2,5 и 3,2%. На следующих этапах экспериментальных исследований предполагается установить оптимальные режимы (давление, температура, степень концентрирования)разрабатываемой технологии, определить предпочтительные мембраны.
Данная технология, на наш взгляд, позволит получать молоко с минимальным содержанием лактозы, идентичное по составу натуральному и недорогое в производстве. В дальнейшем, полученный продукт может быть реализован непосредственно как питьевое безлактозное молоко, или направлен на производство безлактозных молочных продуктов. Полученный в процессе диафильтрации пермеат, представляющий собой водный раствор лактозы, может быть направлен на производство лактозы, что позволит организовать практически безотходное производство (рис. 2).
Рисунок 2. Технологическая схема производства безлактозного молока
Библиографический список
1. Горбатова К.К. Химия и физика молока и молочных продуктов. - СПб.: ГИОРД, 2012.
2. Тимкин В.А., Минин П.С. Технология производства безлактозного молока методом диафильтрации - Молочная промышленность. 2018. № 12. С. 58-59.
3. Технический регламент Таможенного союза «О безопасности молока и молочной продукции» (ТР ТС 033/2013), 2013.
4. Тимкин В.А., Лазарев В.А. Применение баромембранных процессов в молочной промышленности // Переработка молока. 2017. № 9 (215). С. 62-65.
5. Тимкин В.А., Лазарев В.А. Баромембранная технология переработки молока // Молочная промышленность. 2017. № 7. С. 21-23.
6. Тимкин В.А., Горбунова Ю.А. Исследование процессов микро- и ультрафильтрации в производстве творога // В сборнике: Пища. Экология. Качество Труды XIII международной научно-практической конференции. Ответственные за выпуск: О.К. Мотовилов, Н.И. Пыжикова и др.. 2016. С. 298-302.
7.Горбунова Ю.А., Тимкин В.А. Гидродинамика процессов микро- и ультрафильтрационного разделения молока и творожного калье // Аграрный вестник Урала. 2016. № 6 (148). С. 13.
Bibliographic list
1. Gorbatova K.K. Chemistry and physics of milk and dairy products. - St. Petersburg: GIORD, 2012.
2. Timkin V.A., Minin P.S. The technology for the production of lactose-free milk by diafiltration -Dairy industry. 2018. No. 12. P. 58-59.
3. Technical regulations of the Customs Union "On the safety of milk and dairy products" (TR TS 033/2013), 2013.
4. Timkin V.A., Lazarev V.A. The use of baromembrane processes in the dairy industry // Milk processing. 2017. No. 9 (215). S. 62-65.
2. Timkin V.A., Lazarev V.A. Baromembrane technology for milk production // Dairy industry. 2017. No. 7. P. 21-23.
3. Timkin V.A., Gorbunova Yu.A. The study of the processes of micro- and ultrafiltration in the production of cottage cheese // In the collection: Food. Ecology. Quality Proceedings of the XIII International Scientific and Practical Conference. Responsible for the release: O.K. Motovilov, N.I. Pyzhikova et al. 2016.S. 298-302.
4. 7.Gorbunova Yu.A., Timkin V.A. Hydrodynamics of the processes of micro- and ultrafiltration separation of milk and calcium curd // Agrarian Bulletin of the Urals. 2016. No. 6 (148). S. 13.
