CC BY
132
УДК 637.1.02:637.03
РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ МЕМБРАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ МОЛОЧНОГО СЫРЬЯ
Л.А. Неменущая, старший научный сотрудник Л.Ю. Коноваленко, старший научный сотрудник ФГБНУ «Росинформагротех» E-mail: [email protected]
Аннотация. Дан анализ производства и переработки молочной сыворотки в России. Современные направления использования молочной сыворотки можно условно разделить на четыре основных: использование ее без переработки; переработка и применение в виде концентратов; выделение и использование отдельных наиболее ценных компонентов; биологическая переработка. Рассмотрены основные виды мембранных технологий и преимущества их использования в молочной промышленности. По сравнению с традиционными методами обработки молочного сырья мембранные процессы протекают без энергоемких фазовых превращений и характеризуются низкими температурными режимами обработки. Показано, что широкое внедрение мембранных методов переработки обеспечит до 96% деминерализации молочной сыворотки; получение продуктов с высокой биологической ценностью и потребительскими свойствами; снижение стоимости энергоносителей в 5-7 раз по сравнению с методом вакуум-выпаривания; сокращение объемов сырья с целью экономии транспортных затрат, безотходную переработку сухих веществ молока; вторичное использование воды.
Ключевые слова: переработка молока, вторичное молочное сырье, молочная сыворотка, мембранные технологии.
Тенденции последних десятилетий в развитии молочного животноводства связаны с падением производства сырого молока. В условиях его дефицита и проводимой государством природоохранной политики большое значение для повышения эффективности функционирования молочной промышленности имеет рациональное и комплексное использование сырья, в том числе за счет переработки вторичных ресурсов, основным из которых является сыворотка [1].
В настоящее время нормы выхода (с учетом предельно допустимых потерь) молочной сыворотки в зависимости от вида вырабатываемого продукта (сыр, брынза, творог, казеин) составляют до 90% от перерабатываемого сырья [2,3]. По данным Международной молочной федерации в нашей стране около половины сыворотки не используется вообще, сливается в канализацию и водоемы, нанося непоправимый вред окружающей среде. Однако такое отношение к этому ценному вторичному сырью, особенно в современных экономических условиях, является недопустимым. В молочной сыворотке со-
держится около 50% сухих веществ, ее слив эквивалентен потере 1,5 млн тонн молока. Масштабы недополученной ежегодной прибыли молочных предприятий России от возможностей переработки молочной сыворотки с использованием современных технологий составляют 6-8 млрд рублей, а ущерб из-за затрат на утилизацию сливаемой сыворотки на сегодняшний день оценивается в 12-15 млрд руб. в год [4,5]. Современные направления использования молочной сыворотки можно условно разделить на четыре основных: использование ее без переработки; переработка и применение в виде концентратов; выделение и использование отдельных наиболее ценных компонентов; биологическая переработка. Переработанная сыворотка является очень востребованным сырьем. В 2015 г. отечественными предприятиями было произведено около 108 тыс. т сухой сыворотки. А суммарное использование сухой сыворотки составило 233 тыс. т, в 2016 г. ожидается на уровне 260 тыс. т. Имеющаяся нехватка восполняется импортом, и пока он превышает отечественное производство.
Таблица. Виды мембранных технологий и их использование в молочной промышленности
Процесс Применение Основные преимущества
Электродиализные методы
Электродиализ Деминерализация подсырной, творожной и казеиновой сыворотки от 50 до 90%; УФ пермеата, обезжиренного молока, лактулозного сиропа. Используется при производстве: сухой деминерализованной молочной сыворотки; питьевого молока; кисломолочных продуктов; творожных изделий; продуктов типа «сгущенное молоко»; мороженого. Глубокая до 96% деминерализация молочной сыворотки; снижение кислотности сыворотки до 16-20°Т безреагентным способом; получение продуктов с высокой биологической ценностью и потребительскими свойствами; повышение эффективности молочного производства за счет высвобождения части сырого молока и использование его на увеличение и расширение ассортимента готовых молочных продуктов; минимизация сброса стоков молочных производств в экосистему. Увеличивается выход продукта при производстве лактозы.
Баромембранные методы
Микро фильтрация (МФ) - размер частиц в диапазоне 0,05-10 мкм (бактерии, жировые шарики молока и крупные мицеллы казеина) «Холодная пастеризация» молока -99,5%; регенерация и санация сырного рассола; фракционирование компонентов молока; стандартизация казеина в молоке для производства сыров; концентраты казеина; удаление молочного жира; сухое молоко и сухая сыворотка. Мембраны с размером пор 0,2 мкм удаляют 99,9% жировых частиц, а мембраны с размером пор 1,4 мкм - 90-98% жира; содержание бактерий в молоке, профильтрованном через мембраны с размером пор 1,4 мкм, снижается на два порядка без заметной задержки протеинов. При микрофильтрации сыворотки удаляются бактерии, фосфолипиды и казеин, что позволяет получить сывороточно-протеиновый концентрат более высокого качества и повысить скорость потока при последующей ультрафильтрации.
Ультрафильтрация (УФ) - размер частиц в диапазоне 0,0010,05 мкм или 5000500000 дальтон (казеин и сывороточные белки) Концентрирование молочных и сывороточных белков; производство сыра; стандартизация молока по белку и казеину; производство питьевого молока; декальцинирование; снижение количества лактозы при производстве низколактозного молока; получение новых продуктов из сыворотки на основе концентратов с высоким содержанием сывороточных белков. Увеличивает массовую долю сухих веществ в среднем с 12,5 до 16% и позволяет удвоить производительность последующих стадий; повышает выход сыра; позволяет сократить расход мо-локосвертывающего фермента (до 60%) и бактериальной закваски, уменьшить время созревания сыра и продолжительность технологического процесса, автоматизировать процессы производства и контроля. Позволяет получать белковые концентраты с содержанием белка от 30 до 95%. В ходе концентрирования происходит также отделение раствора лактозы и солей.
Нанофильтрация -размер частиц в диапазоне 0,0005-0,001мкм или 4001000 дальтон (лактоза и некоторые аминокислоты) Концентрирование сыворотки и пер-меата; получение лактозы; частичная деминерализация сладкой и кислой сыворотки, концентрата сывороточных белков, молока, пермеата после ультрафильтрации; частично деминерализованная сыворотка; сухая деминерализованная сыворотка; восстановление моющих веществ. Стоимость энергоносителей в 1,2-1,3 раза меньше, чем при концентрировании методом обратного осмоса, и в 5-7 раз меньше при концентрировании соответствующего количества сырья методом вакуум-выпаривания. Способствует интенсификации и снижению энергопотребления дальнейших технологических операций (электродиализ, вакуумное выпаривание, кристаллизация, сушка).
Обратный осмос (ОО) - размер частиц менее 0,0005 мкм или молекулярным весом меньше, чем 400 дальтон Предварительное концентрирование молока и молочной сыворотки; производство сгущенного молока, сухой сыворотки, сухой деминерализованной сыворотки, сывороточных концентратов; обработка воды и перме-ата; контроль содержания сточных вод Концентрирование практически всех компонентов сырья до массовой доли сухих веществ порядка 18-20%. Сокращение объемов сырья с целью экономии транспортных затрат, безотходная переработка сухих веществ молока; вторичное использование воды
МФ, УФ и НФ можно отнести к процессам, протекающим при относительно низком давлении (менее 12 кгс/см2), при ОО необходимо давление около 20 кгс/см2 и более
Лоигпа! оГ УШТ^Н №3(27)-2017
99
К основным продуктам из сыворотки относятся сухая сыворотка и сухой пермеат, деминерализованная сыворотка, безлактоз-ная (низколактозная) сыворотка, концентраты сывороточных белков (КСБ), лактоза. Быстрее всего растут объемы производства КСБ (примерно в 2 раза за последние 5-7 лет) и соответственно пермеата (приблизительно в 1,5 раза), что может быть связано с перспективным и быстро развивающимся направлением производства продуктов специализированного назначения [6,7].
Реализация большинства ресурсосберегающих технологий, к которым относятся и представленные выше технологии переработки вторичного сырья, стала возможна благодаря применению мембранной техники. Мембранные методы хорошо зарекомендовали себя не только в процессах обработки молока, но и в переработке вторичных молочных ресурсов, а также стоков молочных предприятий.
По сравнению с традиционными методами обработки молочного сырья мембранные процессы протекают без энергоемких фазовых превращений и характеризуются низкими температурными режимами обработки (10-15°С). Внедрение мембранных технологий позволяет интенсифицировать производство и получить дополнительную прибыль за счет экономии ресурсов как сырьевых, так и энергетических, снижая себестоимость готового продукта (таблица) [4,8,9,10].
Как показывают данные таблицы, очевидны перспективы применения мембранных процессов в производстве молочных продуктов. Они способствуют ресурсосбережению и повышению эффективности производства сыра, творога, масла, переработки сыворотки, обеспечивая использование всех компонентов молока, с их помощью реализуются принципы комплексной переработки молочного сырья, а молочная отрасль может перейти на качественно более высокий уровень производства. Утилизация и полная переработка вторичного молочного сырья являются для предприятий отечественной переработки одной из актуальнейших проблем. Решение данной проблемы создаст условия для вы-
пуска качественной продукции по доступным ценам, которая при регулярном употреблении будет способствовать повышению уровня жизни населения нашей страны, а также поможет решить ряд экологических проблем. Все это не только повысит экономическую эффективность предприятий, но также благоприятно отразится на социальной и экологической эффективности.
Литература:
1. О переработке молочной сыворотки и внедрении наилучших доступных технологий / Золоторева М.С. и др. // Переработка молока. 2016. № 7. С. 17-19.
2. Макаренко В.В., Драников Д.С. Переработка вторичных сырьевых ресурсов - возможность решения социальных и экологических проблем в молочной промышленности РФ // Евразийский Союз Ученых. 2015. №10(19). С. 112-115.
3. Вторичное сырье молочной отрасли: современное состояние и перспективы использования / М.Б. Ребе-зов и др. // АПК России. 2016. Т. 75. №1. С. 150-155.
4. Сеськин М.С., Базарнова Ю.Г. Исследование заква-сочных культур для получения творожной сыворотки с улучшенными органолептическими показателями // Вестник Международной академии холода. 2016. №2. С. 33.
5. Свириденко Ю.Я., Кравченко Э.Ф., Яковлева О.А. Использование молочной сыворотки и локальная очистка стоков // Молочная промышленность. 2008. №11. С. 58.
6. Инновационные подходы к проблеме ресурсосбережения на предприятиях молочной промышленности / Пермяков А.В. и др. // Современная наука и инновации. 2016. №1. С. 67-72.
7. Лазарев В.А., Титова Т.А. Переработка молочной сыворотки методом ультрафильтрации на керамических мембранах // Фундаментальные и прикладные исследования в современном мире: Мат. X Межд. науч.-практ. конф. / УрГЭУ. Екатеринбург, 2016.
8. Савицкая Т.С., Контарева В.Ю. Применение мембранных процессов в молочной промышленности // Использование современных технологий в сельском хозяйстве и пищевой промышленности: Мат. Межд. науч.-практ. конф. / Донской ГАУ. 2016. С. 220-223.
9. URL: http://www.mpline.ru/protsessy/
10. Оборудование и технологии ЗАО Биокон. URL: http://biocon-russia.narod.ru/russian/index.htm
Literatura:
1. O pererabotke molochnoj syvorotki i vnedrenii nailuch-shih dostupnyh tekhnologij / Zolotoreva M.S. i dr. // Pe-rerabotka moloka. 2016. № 7. S. 17-19.
2. Makarenko V.V., Dranikov D.S. Pererabotka vtorich-nyh syr'evyh resursov - vozmozhnost' resheniya social'n-yh i ehkologicheskih problem v molochnoj promyshlen-nosti RF // Evrazijskij Soyuz Uchenyh. 2015. №10(19). S. 112-115.
3. Vtorichnoe syr'e molochnoj otrasli: sovremennoe sos-toyanie i perspektivy ispol'zovaniya / Rebezov M.B. i dr. // APK Rossii. 2016. T. 75. №1. S. 150-155.
4. Ses'kin M.S., Bazarnova YU.G. Issledovanie zakvaso-chnyh kul'tur dlya polucheniya tvorozhnoj syvorotki s uluchshennymi organolepticheskimi pokazatelyami // Ve-stnik Mezhdunarodnoj akademii holoda. 2016. №2. S. 33.
5. Sviridenko YU.YA., Kravchenko EH.F., YAkovleva O.A. Ispol'zovanie molochnoj syvorotki i lokal'naya ochistka stokov // Molochnaya promyshlennost'. 2008. №11. S. 58.
6. Innovacionnye podhody k probleme resursosbe-rezheniya na predpriyatiyah molochnoj promyshlennosti / Permyakov A.V. i dr. // Sovremennaya nauka i innova-cii. 2016. №1. S. 67-72.
7. Lazarev V.A., Titova T.A. Pererabotka molochnoj syvorotki metodom ul'trafil'tracii na keramicheskih membra-nah // Fundamental'nye i prikladnye issledovaniya v sov-
remennom mire: Mat. X Mezhd. nauch.-prakt. konf. / Ur-GEHU. Ekaterinburg, 2016.
8. Savickaya T.S., Kontareva V.YU. Primenenie memb-rannyh processov v molochnoj promyshlennosti // Ispol'zovanie sovremennyh tekhnologij v sel'skom hozyajstve i pishchevoj promyshlennosti: Mat. mezhd. nauch.-prakt. konf. / Donskoj GAU. 2016. S. 220-223.
9. URL: http://www.mpline.ru/protsessy/
10. Oborudovanie i tekhnologii ZAO Biokon. URL: http://biocon-russia.narod.ru/russian/index.htm
THE RESOURCE-SAVING MEMBRANE TECHNOLOGIES OF MILK RAW MATERIALS' PROCESSING L.A. Nemenushya, senior research worker L.Y. Konovalenko, senior research worker FGBNY "Rosinformagrotekh"
Abstract. The analysis of milk whey production and processing in Russia is shown. The milk whey using modern trends can be divided into four main ones: using it without processing; processing and application as concentrate; some of the most valuable components extraction and using; biological processing. The main types of membrane technologies and their advantages using in the dairy industry are considered. In compared to raw milk processing's traditional methods the membrane processes occur without energy-intensive phase transformations and are characterized by low-temperature regimes of processing. It is shown that the membrane-processing techniques' widespread introduction will provide up to 96% of demineralization of milk whey; high biological value and consumer properties' products obtaining; the energy resources cost in 5-7 times reducing in compare with the vacuum evaporation method; raw materials bulks reduction for the transport costs saving, dry milk substances waste-free processing; secondary water using.
Keywords: milk processing, secondary milk raw material, milk whey, membrane technology.
Journal of VNIIMZH №3(27)-2017
101
