CC BY
93
Коротецкая Н.С. ©
Магистрант, кафедра технологическое оборудование и процессы отрасли, Московский государственный университет пищевых производств
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕРАБОТКИ МОЛОЧНОЙ СЫВОРОТКИ
Ключевые слова: молочная сыворотка, сывороточная паста, переработка сыворотки
В технологии переработки молока использование молочной сыворотки занимает важное место, особенно на предприятиях, вырабатывающих сыр, творог, казеин. По данным материалов «Молиндустрия-2011» в настоящее время в России молочной сыворотки производится около 2,5 млн т в год, а показатель переработки сыворотки составляет 23-25%.
Увеличение числа и мощности сыродельных предприятий приводит к заметному повышению выхода молочной сыворотки. Это обязывает специалистов искать возможности ее использования с учетом конкретных производственных условий. По расчетам Международной молочной ассоциации, из 140 млн т. сыворотки, получаемой в мире, до 50% сливается сточными водами в канализацию. На территории России, по экспертным оценкам, этот процент достигает 80%.
Молочная сыворотка содержит около 50% сухих веществ молока, поэтому практикуемый на сегодня повсеместный ее слив в канализацию эквивалентен ежегодной потере 1,5 млн т молока.
На сегодняшний день из молочной сыворотки можно извлечь сухие вещества до такой степени, что останется дистиллят (вода), который пить нельзя, но его можно пустить на С1Р-мойку оборудования. В Европе это практикуется.
Молочная сыворотка примерно на 93,7% состоит из воды. Зато остальные 6,3% включают в себя все самое лучшее, что есть в молоке. Основная часть сухих веществ сыворотки - это лактоза, молочный сахар. Лактоза - это углевод, в наименьшей степени способствующей образованию нежелательного жира. Также нормализует деятельность желудочно-кишечного тракта. Сывороточные белки - это полноценные белки, содержащие сбалансированный состав незаменимых аминокислот. Биологическая ценность белков молочной сыворотки очень высока - 112% по отношению к стандарту. Сывороточные белки участвуют в процессе кроветворения и в синтезе белков печени. Молочная сыворотка содержит небольшое количество молочного жира, обладающего высокой усвояемостью, способствующего усилению деятельности ферментов. В состав сыворотки входит полный набор витаминов группы В, а также витамин С, никотиновая кислота, холин, витамин А, витамин Е и биотин. Также содержит кальций, магний и пробиотические бактерии. Это обуславливает особый интерес специалистов многих отраслей пищевой промышленности к молочной сыворотке.
Полная переработка молочной сыворотки позволяет создать дополнительные сферы использования сывороточного белка, лактозы, уменьшить загрязнения сточных вод, сбрасываемых сыродельными предприятиями.
В натуральном виде сыворотка имеет ограниченное применение. В процессе производства основного продукта сыворотка значительно обсеменяется молочнокислыми бактериями, а в процессе сбора, хранения и дальнейшей обработки - различной посторонней микрофлорой. К тому же из основного производства сыворотка поступает с температурой 300С, что соответствует оптимальному режиму жизнедеятельности
© Коротецкая Н.С., 2012 г.
микроорганизмов. Вследствие развития микроорганизмов во время сбора и хранения состав и свойства молочной сыворотки могут изменяться, а качественные показатели ухудшаться.
В результате хранения без обработки в течение 12 часов молочную сыворотку практически нецелесообразно использовать. Поэтому ее рекомендуется перерабатывать в течение 1-3 часов после получения. Если переработка задерживается, то для сохранения исходных свойств молочной сыворотки ее подвергают специальной обработке (тепловой обработке, консервированию). Например, чтобы сохранить исходные свойства сыворотки до переработки, ее нагревают до 72±20С, а потом охлаждают до 6±20С. Срок хранения такой сыворотки - 48 ч.
Поэтому все большее значение приобретают ее сгущение, сушка, ферментация, выделение из нее отдельных компонентов.
Проведенные обширные исследования открыли возможность более широкого использования молочной сыворотки, а также сывороточного белка в пищевой промышленности, в том числе при производстве напитков.
Вопросы изготовления на основе молочной сыворотки специальных напитков изучаются уже давно. Сейчас появилась возможность, используя методы ультрафильтрации, обратного осмоса, гель-фильтрации, получать сывороточные белки в нативном состоянии. Высокая стабильность рН получаемого при этом белкового концентрата позволяет применять его при производстве напитков либо в качестве основного субстрата, либо в качестве добавок для улучшения питательной ценности, вкуса и физической основы продукта.
К тому же напитки из молочной сыворотки являются диетическим продуктом, так как они содержат необходимые для питания человека минеральные элементы, в том числе кальций (120 мг/100см3).
Подсырная сыворотка, которая чаще всего используется при приготовлении этих напитков, имеет нейтральный вкус. Однако иногда отмечается и так называемый сывороточный привкус, который может быть вызван различными причинами (например, действием молочнокислого брожения, реакциями между белком и сахарами, действием света и кислорода, расщеплением белка). При концентрировании путём сгущения часть веществ, обуславливающих вкус продукта, модифицируется. Нежелательный привкус пропадает также при удалении азотосодержащих соединений. По этой причине большую часть молочной сыворотки подвергают предварительной переработке (осаждением удаляют белок).
Для осаждения белка из молочной сыворотки существует основной метод - это прямая обработка горячим паром примерно в течение 30 мин при температуре 90-950С. Получаемый сывороточный белок можно использовать без ограничения в качестве кормового средства. Однако такие высокие температуры влекут за собой значительные энергетические затраты, а иногда и внесение химических реагентов. При этом степень выделения белков невысока (до 60%).
В прошлом напитки изготовлялись из цельной молочной сыворотки. Такое использование молочной сыворотки экономически оправдано, так как после обезжиривания, пастеризации и возможного дегазирования сыворотку остается лишь ароматизировать. Тем не менее, напитков из цельной сыворотки производится все же меньше, чем из депротеинизированной.
Если в цельную молочную сыворотку добавляются стабилизаторы (например, альгинаты) или эмульгаторы, то этот гомогенизируемый после добавления сахара и плодово-ягодных концентратов продукт можно также насыщать углекислотой.
Депротенизированная сыворотка также используется для приготовления напитков, имеющих большую питательную ценность.
Для эффективного выделения белка и жира из молочной сыворотки можно применять баромембранные методы - ультрафильтрация и нанофильтрация, ионный обмен и электродиализ. Ультрафильтрация применяется для удержания частиц размерами от 0,01 до 0,5 нм, нанофильтрация - для отделения частиц диаметром от 0,1 до 1 нм. В связи с этим из сыворотки выделяются белково-липидные фракции, но не задерживаются минеральные компоненты и лактоза, что препятствует использованию последней. При нанофильтрации частично удерживаются лактоза и минеральные компоненты, что не решает проблемы использования физиологически важных веществ сыворотки.
Ионный обмен дает возможность полностью удалить минеральные компоненты из сыворотки, что достаточно для эффективного использования содержащихся в ней физиологически активных веществ. Эта технология экономична и конструктивно проста.
Электродиализ с ионообменными мембранами может быть эффективно применен только после предварительного выделения из молочной сыворотки жиров и белков ультрафильтрацией, а также замены катионов кальция и магния ионами натрия катионным обменом.
Одной из самых сложной стадий переработки сыворотки является сушка, при которой происходит значительное ее налипание на рабочие поверхности оборудования, забивания шнеков и шлюзовых питателей, что связано с нерегулируемой спонтанной кристаллизацией лактозы. Это приводит к частым остановкам и длительной чистке и мойке оборудования.
Сушка нативной (без наполнителя) сыворотки сопровождается самыми большими потерями с отработанным теплоносителем - 400-800 мг/м3 (для сравнения: сухое цельное молоко - 150-200 мг/м3; СОМ - 220-280 мг/м3).
Причина негативных явлений в процессе сушки - неравномерная и неполная кристаллизация лактозы в сгущенной сыворотке.
При недостаточно полной кристаллизации сыворотка высушивается крайне плохо, а творожную (кислую) сыворотку высушить практически невозможно.
В настоящее время на предприятиях молочной промышленности используются распылительные сушильные установки, как правило, прямоточного типа, в которых теплоноситель (нагретый воздух) и исходный продукт подаются в верхнюю часть сушильной башни и отбираются в нижней.
К перспективным направлениям комплексной переработке сыворотки можно отнести производство ее концентратов (КМС). Выгодными преимуществами их выработки в отличие от сухой сыворотки являются: отсутствие энергоемкого процесса сушки и, следовательно, сушильного оборудования; возможность использования имеющихся на предприятиях молочной промышленности вакуум-аппаратов и ванн. И главное, КМС свойственны привлекательные потребительские качества: хорошая растворимость, высокие влагоудерживающая, эмульгирующая и желеобразующая способности.
Перечисленные качества позволяют применять КМС при производстве хлебобулочных, кондитерских, макаронных изделий, майонеза, мороженого и т.д.
При переработке творожной и подсырной молочной сыворотки возможно получение сывороточной пасты. Известен способ получения сывороточной пасты, предусматривающий сгущение сыворотки в открытых котлах от длительного воздействия высокой температуры образуются меланоидиновые вещества, придающие пасте желтовато-коричневый цвет и вкус свежего ржаного хлеба.
Недостатками этого способа являются:
1. высокие энергетические затраты при длительной высокотемпературной обработке;
2. сравнительно невысокое качество готового продукта в результате денатурации белков и образования меланоидинов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту по решаемой задаче является способ получения сывороточной пасты с проведением процессов пастеризации молочной сыворотки, сгущения ее в сироп, последующего принудительного охлаждения при перемешивании, выгрузки и выдержки до образования плотной консистенции.
К недостаткам такого способа следует отнести:
1. необходимость смешивания исходной сыворотки со значительным количеством (15-20%) обезжиренного молока, являющегося самостоятельным готовым продуктом;
2. потребность введения затравки в виде мелко измельченной лактозы при 55-60оС, что усложняет технологию;
3. необходимость сравнительно глубокого охлаждения расфасованной сывороточной пасты до 2-4оС.
Для удешевления целевого продукта путем комплексной переработки молочной сыворотки в сывороточную пасту используются отходы производства молочного сахара мелассы.
Исходную молочную сыворотку, содержащую 6-7% сухих веществ смешивают с необходимым количеством мелассы молочного сахара (имеющей усредненные параметры по массовой доле сухих веществ 40-15% и лактозы 22-6%) и понижают доброкачественность сыворотки до 58-65% Затем смесь пастеризуют при 70-72°С с выдержкой 15с. Далее неохлажденную смесь направляют в вакуум-аппарат и сгущают в сироп до массовой доли сухих веществ в сгущенной сыворотке 65-70%. Готовый сироп охлаждают при непрерывном перемешивании до 16-18°С. Интенсивность перемешивания связана с возможностью суспендирования дисперсных фаз (белков и мелкокристаллической лактозы) на заключительной стадии охлаждения, когда кристаллы лактозы увеличиваются до размеров 45-70 мкм, а вязкость дисперсной системы в итоге возрастает до 0.2-0.25 Пас.
При температуре 16-18°С сгущенная сыворотка сохраняет текучую консистенцию и ее можно выгрузить из аппарата и расфасовать в картонные коробки с полиэтиленовыми вкладышами или в разъемные формы. Затем сгущенную упакованную сыворотку доохлаждают в камере до температуры 13-14°С и выдерживают 14-18 ч, при этом она загустевает, теряя текучесть, и образуется паста достаточно плотной консистенции с выраженными пластическими свойствами.
Полученная таким образом сывороточная паста обладает стойкостью в нерегулируемых температурных условиях 18-25°С при хранении в герметичной полиэтиленовой таре в течение 5-6 мес.
Коагуляционно-кристаллизационная структура пасты характеризуется полной обратимостью первоначальных пластических свойств при температурных воздействиях 45-50°С. При нагреве до указанных температур паста приобретает текучесть и может подвергаться перефасовке, дозированию или смешиванию с другими компонентами, а при охлаждении до 18-22°С вновь восстанавливается пластическое состояние.
Литература
1. Патент 2063142 РФ, Способ получения пасты из молочной сыворотки/Петров С.М., Шестов А.Г., Полянский К.К., Подгорнова Н.М. (РФ). - заявлено 24.06.93; опубл. 10.07.96, //изобретения - 1996
2. Полянский К.К, Шапошник В.А., Пономарев А.Н. - Деминерализация молочной сыворотки электродиализом//Молочная промышленность. 2004. №10
3. Синкевич Т., Ридель К.-Л. - Молочная сыворотка: переработка и использование в агропромышленном комплексе - М. Агропромиздат, 1989
4. Смирнов Е.Р., Емельянов С.А., Евдокимов И.А. - Низкотемпературная обработка сыворотки: технологические и микробиологические аспекты//Молочная промышленность. 2007. №8
5. Макаров А.С., Ходос А.И. - Сушка молочной сыворотки в распылительных установках. Особенности, возможности, перспективы//Молочная промышленность. 2007. №11
