Содержание
Введение
1.Отходы молочной промышленности
2.Использование сыворотки за рубежом
3.Использование сыворотки в россии
4.Общие вопросы переработки вторичного молочного сырья
4.1Химический состав, физические свойства и биологическая ценность вторичногомолочного сырья
4.1.1Химический состав
4.1.2Физические свойства
4.1.3Биологическая ценность
4.2Первичная обработка вторичного молочного сырья
4.2.1Пастеризация
4.2.2Сепарирование
4.2.3Консервирование
4.3Биологические методы обработки вторичного молочного сырья
4.3.1Обработка микроорганизмами
4.3.2Обработка протеолитическими ферментными препаратами
Заключение
Литература
Введение
В процессе промышленнойпереработки молока на масло, сыр, творог получают побочные продукты — обезжиренноемолоко, пахту и молочную сыворотку, так называемое «вторичное молочноесырье». По своим биологическим свойствам вторичное молочное сырье неуступает цельному молоку. В цельном и обезжиренном молоке, а также в пахтесодержится одинаковое количество белков (азотистых веществ) — 3,2%, лактозы — 4,7% и минеральных веществ — 0,7%, в молочной сыворотке — соответственно 0,8; 4,8и 0,5%. Наиболее ценными компонентами вторичного молочного сырья являютсябелки, молочный жир, углеводы, минеральные соли. В нем содержатся такжевитамины, ферменты, органические кислоты и другие вещества, которые переходятиз молока.
В настоящее времябольшое внимание уделяется более полноценному и рациональному использованиювсех составных частей молока в процессе его промышленной переработки. Этообусловлено рядом причин.
В большинстве случаевмероприятия, направленные на экономную, рациональную и глубокую переработкусельскохозяйственного сырья, в частности молока, экономически более выгодны,чем дополнительное получение эквивалентного количества этого сырья в сельскомхозяйстве. Кроме того, в большинстве стран мира наблюдается дефицит пищевыхбелков. Наряду с количественным дефицитом все большую роль играетнеполноценность их качества (в основном, аминокислотного состава).
Имеющиеся в природеразнообразные белки отличаются друг от друга различным содержанием аминокислот.Растительные белки, например, содержат недостаточное количество таких важныхаминокислот, как лизин, лейцин, изолейцин, метионин, триптофан. Аминокислотныйсостав белков молока отвечает потребностям человеческого организма наиболееполно. Наряду с высокой биологической ценностью молочные продукты обладаютполезными функциональными свойствами, улучшающими качество других пищевыхпродуктов. Сих помощью удается более рационально балансировать ииспользовать всю совокупность пищевых белков, в том числе белков растительногопроисхождения.
Наиболее полнотребованию оптимального содержания ценных компонентов соответствуют маложирныепродукты, полученные из обезжиренного молока, пахты и молочной сыворотки. Так,например, сухие вещества молочной сыворотки содержат 71,7% лактозы, 14%азотистых веществ, 7,7% минеральных веществ, 5,7% жира, 0,9% прочих веществ.
Отличительнойособенностью молочных белков является также то, что при их расщепленииобразуются пептиды и другие компоненты, которые всасываются непосредственно вкровь. Усвояемость молочных белков человеческим организмом практически полная. Растительныебелки таким свойством не обладают. По аминокислотному составу белки молокаравноценны белкам мяса, однако в отличие от них не содержат пуриновыхоснований, избыток которых вредно влияет на обмен веществ в организме.
Значительные объемы,питательная и биологическая ценность обусловливают необходимость сбора ииспользования обезжиренного молока, пахты и молочной сыворотки. Полное ирациональное использование вторичного молочного сырья может быть достигнутотолько на основе его промышленной переработки в пищевые продукты, медицинскиепрепараты, кормовые концентраты и технические полуфабрикаты.
В нашей стране накоплензначительный опыт промышленной переработки и использования вторичного молочногосырья: уточнены и углублены данные по пищевой и биологической ценностивторичного молочного сырья и продуктов из него; разработаны основныетехнологические процессы выделения и использования молочного жира, производствасухих и сгущенных концентратов; отработаны некоторые направления биологическойобработки вторичного молочного сырья на пищевые и кормовые цели; разработанатехнология выделения, обработки и сушки белков молока и их использования вколбасном и кондитерском производстве; создана технология концентрата измолочной сыворотки для производства безалкогольных прохладительных напитков; улучшенатехника и технология производства молочного сахара. Расширяется производстворазнообразных налитков из пахты и обезжиренного молока, выпуск низкожирнойпродукции, молочно-белковых концентратов.
Использование этихпродуктов в народном хозяйстве позволяет сэкономить муку, свекловичный сахар,фруктовые соки, мясо, натуральное молоко, улучшить биологическую ценность иувеличить объемы выпуска пищевых продуктов. На ряде предприятий молочнойпромышленности страны внедрена безотходная технология переработки молока скомплексным использованием всех его составных частей.
Освоены и постоянноувеличиваются объемы выработки заменителей цельного молока (ЗЦМ) для молоднякасельскохозяйственных животных с использованием обезжиренного молока и молочнойсыворотки.
Новые технологическиепроцессы предусматривают полное использование всех составных частей молока,комплексную его переработку в различные пищевые и кормовые продукты иполуфабрикаты. На предприятиях создаются специализированные цехи и участки попереработке вторичного молочного сырья. Разрабатываются комплексы оборудованияи технологические линии по переработке обезжиренного молока, пахты и молочнойсыворотки с использованием традиционных и новых методов обработки, таких какэлектродиализ, обратный осмос, ультрафильтрация, ферментативный катализ. Новоев науке и технике учитывается при разработке типовых проектов или проектовреконструкции предприятий молочной промышленности.
За рубежом в последнеедесятилетие наметилась четкая тенденция к увеличению производства и потреблениянизкожирных молочных продуктов, при выработке которых широко используетсявторичное молочное сырье. Из обезжиренного молока, пахты и молочной сывороткивырабатывается разнообразный ассортимент налитков для непосредственногопотребления и полуфабрикатов для изготовления десертов, пудингов, мороженого,желированных продуктов. Расширяются биологические методы обработки сыворотки,такие как гидролиз лактозы до более сладких моносахаров, что расширяет сферу ееприменения в кондитерских изделиях, мороженом и напитках. На кормовые целиобезжиренное молоко и молочная сыворотка направляются в обработанном виде (сгущение,сушка, биологическая конверсия) преимущественно на производство заменителейцельного молока для молодняка сельскохозяйственных животных икомбикормов-стартеров.
Однако в целом проблемаполного и рационального использования вторичного молочного сырья не решена какв нашей стране, так и за рубежом. Значительные объемы обезжиренного молокавозвращаются для скармливания животным, а часть молочной сыворотки неиспользуется.
Использование вторичныхресурсов сырья молочной промышленности является общегосударственной задачей,поскольку при их переработке может быть получено значительное количествополноценных пищевых продуктов, технических полуфабрикатов, кормовых изделий [1].
1. Отходы молочной промышленности
Основным отходом молочной промышленности является сыворотка,которая получается в результате переработки цельного и обезжиренного молока насыр, творог и технический казеин. Химический состав сыворотки показан в табл.1.Его значительные колебания зависят от состава исходного сырья и способаотделения белка.
Таблица 1 Сухого вещества,%
Белка,
%
Молочного сахара,
%
Жира,
%
Золы,
%
Калорийность 1 кг, кал Сыворотка подсырная 6,5 0.4 4,8 0,4 0,5 233 Сыворотка творожная 6,0 0,5 4,0 0,3 0,7 217
Основные компоненты сыворотки (жир, молочный сахар, белок,соли) особенно ценны тем, что находятся в мелкодиспергированном состоянии,вследствие чего наиболее легко усваиваются организмом. В сыворотке находятсялегко усвояемые организмом белки — альбумин и глобулин, а также ценные дляорганизма фосфолипиды и витамины. Если калорийность молока принять за 100%, токалорийность подсырной сыворотки составляет 37, а творожной 34%. В зависимостиот вида и типа вырабатываемого продукта изменяется количество получающейсясыворотки: Вырабатываемый продукт
Количество получающейся сыворотки в среднем,% Твердые сыры жирные 81 Твердые сыры полужирные 76 Твердые сыры тощие 71 Мягкие сыры
На 5 — 7% меньше, чем при выработке твердых сыров Tворог тощий
Около 75
На основе расчетаустановлено, что предприятия молочной промышленности при производстве сыра,творога и казеина получают сыворотки около 4 млн. т. Кормовая ценностьсыворотки составляет более 500 тыс. ткормовых единиц. [1]
Основными причинаминеполного использования сыворотки являются резкая сезонность в ее получении,быстрая порча и недостаточная стойкость выработанных из нее продуктов,удаленность получения сырья от мест сбыта этих продуктов, сравнительно высокаястоимость кормовой единицы сыворотки и затруднения, связанные с еетранспортировкой [2].
2. Использование сыворотки за рубежом
Использование отходовмолочной промышленности за рубежом в разных странах различно. Наибольшийинтерес представляет опыт использования отходов в США, ФРГ и некоторых другихстранах.
В штате Висконсин (США),в котором получают наибольшее количество сыворотки, в 1953 г.29% от годового ееколичества, составляющего 2633 т, переработано на молочным сахар исгущенную или сухую сыворотку. Запрещение спуска сыворотки в канализациюспособствовало увеличению количества перерабатываемой сыворотки.
Такому направлению в использованииотходов молочной промышленности способствовали концентрация производства наболее крупных заводах и значительный технический прогресс в областисовершенствования оборудования, применяемого для производства побочныхпродуктов из отходов молочной промышленности. ыпарные аппараты, работающие спринудительной циркуляцией, обеспечивают высокую скорость испарения,гарантируют продукт от пригорания к поверхности нагрева и работают сминимальными потерями на унос.
На крупных предприятияхобычно устанавливаются выпарные аппараты непрерывного действия. В США такжешироко распространена сушка на пленочных двухвальцовых сушилках.
Тоннельный способ сушкисыворотки используется для производства корма для животных и заключается всгущении сыворотки под вакуумом до содержания 70%, сухих веществ, внесениязатравки и выдерживания ее для кристаллизации молочного сахара с последующейсушкой его и размолом.
На заводе фирмы Foremost (США) молочную сыворотку сушат в закрытой системе с минимальнымипотерями сухого продукта. Сгущенную сыворотку насосом подают в сушильную башню(диаметр 6,1 м) распылительной сушилки при скорости вращения турбины 13 тыс. об/мин.Количество подаваемого воздуха составляет около 420 м3/мин притемпературе 114 — 147°С. Сухой продукт с содержанием 15% влаги из башнипоступает на вибрирующие лотки, расположенные в двух камерах для досушивания,куда подается воздух с температурой 114 — 120°С (расход воздуха составляетоколо 100 м3/мин). Из камер продукт поступает через циклон намельницу, откуда направляется в два сборных коллектора, на виброконвейер, ситои на расфасовку.
Пыль из отработанноговоздуха из башни и камер досушивания улавливается через систему циклонов,направляется в резервуар с водой и используется для кормовых целей.
Из сгущенной сывороткивырабатывают сухую, содержащую 92 — 94% сухих веществ, 6 — 8 влаги, 65 — 68молочного сахара и 4 — 5% жира. Сухие молочные продукты можно непосредственноскармливать скоту, однако целесообразнее при их высушивании добавлять отруби,свекловичный жом, барду, овощную стружку и др. Можно изготовлять полутвердыйкорм (в бочках), а также сухой в порошке или брикетах.
При выработке жидкогокорма сыворотку пастеризуют при 65 — 72°С, затем сгущают до содержания в ней 30-35%сухих веществ и смешивают с отрубями, при этом содержание сухих веществдоводится до 60 — 65%.
При выработке сухогокорма сыворотку сгущают до концентрации 60-65% сухих веществ, а затем помещаютв сушилку, перемешивают с отрубями, обезвоживают. Отруб вносятся из расчетаполучения в корме 90% сухих веществ. Сухие сывороточные отруби содержат белка14; жира 2 — 3,5; углеводов 56 — 60; клетчатки 6 — 8; золы 6 — 8 и влаги до 10%.
В Англии сывороткаиспользуется на выработку лактозы, применяемой в фармацевтическойпромышленности, и на производство сухой сыворотки.
В Норвегии сгущеннаясыворотка вырабатывается в виде концентрата (блоков) с содержанием 91,7% сухихвеществ в том числе. Брикетированный корм может долго храниться. Из сывороткиизготовляют ацидофильную бактериальную массу — концентрат клеток ацидофильнойпалочки или других молочнокислых культур, которые применяются как стимуляторыжизнедеятельности в сельском хозяйстве сцелью получения дополнительныхпривесов молодняка, и используются также для лучшего сохранения силосованныхкормов.
Разработана технологияизготовления ацидофильной бактериальной массы, а также специальныхбиологических препаратов. Сыворотка может использоваться как среда длявыращивания кефирных грибков. По данным польских исследователей, оптимальныеусловия для их выращивания следующие: температура культивирования 25°С, рНсреды 6,5. Для нейтрализации молочной кислоты в сыворотку добавляют мел (СаСО3).В этих условиях использование сухого вещества сыворотки составляет 16, лактозы — 23%. Выход биомассы кефирных грибков (на сухое вещество) — 11 г/л сыворотки. Белкисыворотки могут быть использованы как главный питательный компонент вконцентрированных кормах.
В Дании белок изсыворотки выделяется центрифугированием по следующей схеме. Свежая сыворотка изприемника засасывается в вакуум-камеру, в которой поддерживается вакуум 408 — 535 мм рт. ст. Для удаления углекислого газа и воздуха. Затем сывороткуспециальным насосом подают в трехсекционный пластинчатый аппарат, где онанагревается последовательно до 65, а далее до 93°С. Горячая сывороткавыдерживается в приемнике в течение 20 мин. при непрерывном перемешивании. Выделившиесяза это время затвердевшие белки отделяются в автоматически разгружающейсяцентрифуге.
В Румынии сгущеннуюсыворотку направляют в специальные ванны, где обрабатывают острым паром дляосаждения альбумина и фильтруют. Затем сыворотка повторно поступает ввакуум-аппарат и сгущается до требуемой для последующей кристаллизацииконцентрации. При этом представляется возможность полностью использовать всепобочные продукты на кормовые цели.
По исследованиямПольского института молочной промышленности при производстве молочного сахараиз сыворотки для консервирования последней применяли сернистый газ, причемконсервировали ее сразу после выработки. Установлено, что при обработке 0,22%сернистого газа почти полностью прекращается распад молочного сахара всыворотке, хранившейся при 8 — 18°С в течение 3 — 14 дней, а при добавлении0,1%, сернистого газа распад молочного сахара тормозится в значительной степеникак летом, так и зимой.
По окончании срокахранения сыворотка насосам перекачивается в чан, нагревается и подкисляетсяконцентрированной серной кислотой до 22°SN. Затемпутем добавления 30% -ного раствора NaOH кислотность ее понижаетсядо 12°SH. При этом белок в виде крупных зерен выпадает восадок. Осветленная сыворотка сгущается в вакуум-аппарате и кристаллизуется. Молочныйсахар из консервированной сыворотки вырабатывается тем же методам, что и изнеконсервированной. Выход сахара одинаковый.
В Канаде разработанспособ повышения питательной ценности сыворотки при внесении в нее дрожжей Candida pseudotropicalis. Сбраживаниеосуществляется в вакуум-котлах в течение 48 час. Полученный продукт освобожденот лактозы. После высушивания его на вальцовой сушилке получается порошок,содержащий 39% белка,19% жира, 30% золы, 12% безазотистых экстрактивных веществи некоторое количество тиамина и рибофлавина.
По данным американскихисследователей, при выращивании дрожжей на сыворотке можно ускорить процессприменением увеличенного количества засевных дрожжей Saccharomyces fragilis — 25 — 30% от весасахара и добавлением дополнительного питания в виде 0,5% (NH4) 2SО4; 0,5% К2НРО4 и 0,1% экстракта Difco. При этом лактоза полностью сбраживается в течение 3 — 4 час, авыход дрожжей — 23 г/л, что составляет 85% от теоретического. При таком быстромразмножении дрожжей отпадает необходимость в предварительном удалении белка изсыворотки и ее осветлении, а также ее стерилизации.
В Швеции к сыворотке добавляют (NH4)2SO4, КН2РО4и сушеные пивные дрожжи, доводят рН до 5,5 — 5,7, перемешивают среду приинтенсивном аэрировании при температуре 20°С в течение 4 час. Потреблениекислорода — 0,5 кг на 1 кг лактозы. В процессе выращивания дрожжей 35% лактозыокисляется до углекислоты и воды, а 65% ассимилируется пивными дрожжами. Выходсухой биомассы с содержанием 60% протеина составляет 0,44 кг на 1 кг лактозы.
Выращивание дрожжей предусматривается на передвижнойустановке, смонтированной на автомашине, на которой размещаются теплообменникдля поддержания постоянной температуры среды, два фильтра, сборник фильтрата,приемник лактоальбумина и дрожжей и устройство для их сушки. Этот способрекомендуется применять на всех сыродельных заводах. Решается проблемабиологической очистки остающегося фильтрата.
В Чехословакии был внедрен способ переработки сыворотки сполучением кормовых дрожжей. Для аэрации массы применяли самовсасывающуютурбинную мешалку типа Вальдгофа. При переработке сыворотки с содержанием 4 — 5%лактозы выход сухой биомассы дрожжей из 1 м3 сыворотки составляет 16- 21 кг. Производительность цеха — 50 м3 сыворотки в сутки сполучением в год 300 т сухих кормовых дрожжей.
В ФРГ из молочной сыворотки приготовляют сывороточные белок,сироп, пасту и крем, пиво, сухую сыворотку и др. Сывороточный крем, например,получают путем выпаривания сыворотки с добавлением цельного молока.
В Японии разработан метод получения из подсырной сывороткипитательного продукта. Сыворотку пропускают последовательно через катионитамберлит IR-120 в Н-форме и анионит IRA-400в ОН-форме для удаления содержащихся в ней неорганических солей. Затем массустерилизуют при 75°С в течение 15 мин и концентрируют под вакуумом до полученияпродукта, содержащего около 40% сухих веществ. При температуре 40 — 50°С кконцентрату добавляют водные растворы хлористого железа и натриевой солигексаметафосфорной кислоты, после чего массу высушивают на распылительнойсушилке и получают готовый продукт.
Синтетические полимеры. Из сыворотки путем броженияполучают молочную кислоту, а способом полимеризации путем дегидратациипоследней акриловую кислоту, которую используют для получения акриловых смол. Выходмолочной кислоты из сыворотки — 90 — 95% от количества молочного сахара.
В водном растворе спонтанная полимеризация молочной кислоты протекаетпри комнатной температуре. В результате получаются лактилмолочная кислота,лактиды и лактил-лактилмолочная кислота в равновесном состоянии. Приконденсации молочной кислоты образуется метиловый лактат. Молочная кислота и ееполимеры при реакции с жирными спиртами или многовалентными ионами металловобразуют полимеры, которые применяют для покрытий. При последующей этерификацииполучаются пластификаторы для виниловых смол. Сыворотку, частичноферментированную, применяют для эмульсионных красок, сухую сыворотку — какстимулятор роста растений, а также для предотвращения мозаичных вирусныхзаболеваний злаковых растений.
Смесь сыворотки с клеем или с другими химикалиями применяютв качестве связующих веществ при изготовлении сухой штукатурки, гипса илигипсового картона [2].
3. Использование сыворотки в россии
Из большого разнообразияпищевых, кормовых и технических продуктов, получаемых из молочной сыворотки,наибольший интерес для наших условий представляют следующие: сухая и сгущеннаясыворотка, молочный сахар-сырец, сывороточный сироп, рафинированный молочныйсахар, сывороточная паста и сыры из сыворотки по типу шведских (мюзеост), атакже кормовые дрожжи.
Сухая молочная сывороткаможет быть использована в хлебопекарном производстве либо в качестве компонентатеста, либо при производстве жидких дрожжей. Наиболее эффективно использованиемолочной сыворотки при производстве молочного сахара, в том числерафинированного, который находит широкое применение для изготовления продуктовдетского питания. До настоящего времени производство молочного сахара и Россииразвивалось по пути организации специализированных цехов припаро-механизированных сыродельных заводах. В этих цехах перерабатывается восновном подсырная сыворотка данного завода, поэтому такие цехи относительномелки и малопроизводительны. Необходимо организовать производство так, чтобыиспользовать сыворотку глубинных сыродельных заводов, для чего нужно создать сироповарочныецехи, продукция которых должна поступить на специальный завод молочного сахараили на центральный сыродельный завод с крупным цехом молочного сахара. Сывороточныйсироп хранится длительное время и его можно доставлять на центральный завод озависимости от потребности.
Целесообразноиспользовать сыворотку на получение молочного сахара в количестве, потребномдля медицинской промышленности, с целью полного прекращения импорта его, атакже на выработку пищевых продуктов — киселя, кваса, шипучих напитков,сывороточной пасты и сыра, т.е. наиболее полно использовать ценные сухиевещества сыворотки для пищевых целей.
Витаминные препараты.В Ленинградском технологическоминституте пищевой промышленности была разработана технология производства сухойобогащенной рибофлавином молочной сыворотки. Она заключается в следующем. Ксыворотке при рН 5,5 — 6,5 прибавляют 1% глюкозы и 0,5 — 1% дрожжевогоавтолизата. Смесь пастеризуют при температуре 95°С в течение 15 — 20 мин. Затемсреду охлаждают до 28 — 30°С и инокулируют дрожжеподобным микроорганизмом Eremathecium Ashlyii, синтезирующим витаминВ2 (рибофлавин) в виде 1% -ной суспензии мицелия 2 — 3-суточнойкультуры, выращенной на сусло-агаре. Культуру выращивают в ферментаторахглубинным методом при аэрации в течение 4 — 5 дней. По окончании ферментациимассу высушивают и получают сухой обогащенный рибофлавином препарат, которыйможно использовать как корм или для обогащения ряда пищевых продуктов.
По разработанному воВНИМИ методу на основе молочной сыворотки получают поливитаминный концентратпутем выращивания пропионовокислых бактерий, ацидофильной палочки и дрожжей. Биосинтезуказанными микроорганизмами комплекса различных витаминов (в особенности B12, пантотеновой иникотиновой кислоты), а также биологически активных соединений типастимуляторов и антибиотиков позволяет получить препарат, обладающий ценнымибиологическими свойствами и используемый для витаминизации молока и молочныхпродуктов.
Микроорганизмыкультивируют раздельно, а затем смешивают их в равных количествах и высушивают.Пропионовокислые бактерии культивируют при 30°С в течение трех суток намолочной сыворотке, куда добавляют 5% гидролизованного молока и 0,5% дрожжевогоавтолизата.
Культуру ацидофильнойпалочки выращивают в течение 16 час на стерильном обезжиренном молоке при 37°С.Выращивание дрожжей на молочной сыворотке проводят в течение трех суток при30°С.
В полученном препаратесодержание витамина В12 составило от 13,5 до 44 мкг/кг, фолиевойкислоты — 1027 мкг/кг, B1 — 15,41 мг/кг, В2 — 1080 мг/кг. Препарат находит широкое применениекак при витаминизации молочных продуктов, так и в медицине и животноводстве вкачестве профилактического и лечебного средства при желудочно-кишечных и другихзаболеваниях.
Белково-витаминныеконцентраты. На молочной сыворотке выращивают кормовые дрожжи, а также получаютбелково-витаминный концентрат, имеющий следующий химический состав,% к сухомувеществу: белков — 32, жиров — 5, молочного сахара — 25, безазотистыхэкстрактивных веществ — 32, минеральных веществ (кальция, фосфора: И Др.) — 16,молочной кислоты — 4. В порошкообразном концентрате содержится большоеколичество витаминов: В1 — 7,2, В2 — 42-49; РР — 123-193,В12— 0,22, пантотеновой кислоты — 84 — 99; биотина — 0,11; пиридоксина- 8,2 мг/кг.
Выработка концентратапроводится по технологической схеме, разработанной Лефрансуа (Франция). Молочнаясыворотка хранится в трех баках, откуда насосом подается на пастеризацию, послечего поступает в баки для смешивания с питательными солями. Из баковпроизводится питание двух ферментаторов, где осуществляется непрерывноевыращивание специальной культуры дрожжей, утилизирующих содержащиеся всыворотке в первом баке лактозу, а во втором — молочную кислоту при непрерывнойаэрации среды.
В ферментаторахпостоянный уровень жидкости (эмульсии) поддерживается с помощью специальногоустройства, включаемого в действие импульсом от давления воздуха втрубопроводах, которое соответствует давлению столба жидкости в каждом аппарате.
Смесь, обогащеннаядрожжами, поступает из обоих ферментаторов в двухкорпусный выпарной аппарат,где она сгущается до содержания 20 — 25% сухих веществ. Сгущенный продуктнасосом подается в распылительную сушилку и в виде светло-желтого порошка — концентратас содержанием 5% влаги и поступает на упаковку.
По такой схемесмонтированы комплектные установки на Острогожском, Вильнюсском и Знаменскоммаслодельных заводах с переработкой на каждой до 40 м3 сыворотки иполучением до 2 т концентрата в виде порошка.
По этой схеме из 1 тсыворотки можно получить 45 — 48 кг концентрата, в том числе 13 — 15 дрожжей,10 — 12 молочного сахара, 13 недрожжевых белков и других веществ и 8 кг солей.
На выработку 1 кгконцентрата расходуются: 8 г фосфорной кислоты (в пересчете на фосфорныйангидрид. Р2Ог5); 35 г аммиачного азота в виде мочевины исульфата аммония; не более 0,52 квт электроэнергии; 12 кг пара; менее 100 лводы; 200 г мазута. Обслуживают установку два человека. Применение концентратаснижает расход кормов при увеличении привеса.
Во ВНИМИ разработанспособ получения из сыворотки жидких кормовых дрожжей — белково-витаминногопродукта, содержащего до 25% белка. Такой продукт вполне заменяет обезжиренноемолоко при выпойке телят. Примерная стоимость установки производительностью 300тыс. т перерабатываемой сыворотки в год — 12 тыс. руб. Необходимоусовершенствовать технологию и оборудование и широко внедрить в промышленностьметод получения из сыворотки кормовых дрожжей.
При использовании только половины сыворотки на выращиваниекормовых дрожжей можно получить дополнительно 60 тыс. т мяса в год.
Сывороточный сироп. В производственных условиях из сывороткивымораживанием получен концентрированный сироп, содержащий 11,8% сухих веществ(сгущение в 2,3 раза).
Сыворотку, полученнуюпри выработке творога, кислотностью 65°Т с содержанием 5,2% сухих веществвымораживали при температуре — 4°С на фризере ОФН до сметанообразнойконсистенции. Полученную массу отфильтровывали через фильтросетку и помещали напресс-тележку для отделения сывороточного сиропа от кристаллов льда. Потерисухих веществ в отпрессованной и промытой массе составляли 1,4%.
При двух — илитрехкратном вымораживании сыворотки можно получить более концентрированныйсироп с содержанием 25 — 30% сухих веществ. Концентрированный сироп может бытьиспользован для получения молочного сахара, молочной кислоты, сгущенной и сухойсыворотки, а также в хлебопекарной промышленности.
На предприятиях молочнойпромышленности Воронежской области изготовляют сухой препарат ЗЦМ, применяемыйдля выпойки телят с целью сокращения расхода цельного молока. Его вырабатываютиз обезжиренного молока, дезодорированного саломаса, фосфатидного концентрата,витаминов и солянокислого биомицина по технологии, разработанной ВНИИ жиров иВНИИ животноводства.
Биологический препаратСКР получают, высушивая подсгущенное обезжиренное молоко, заквашенноеспециальными культурами молочнокислых бактерий. Он используется при силосованиикукурузы, кормовых бобов, сахарной свеклы и других кормовых культур.
Биологический препаратБАК получают также путем сушки обезжиренного молока или молочной сыворотки,заквашенных ацидофильными культурами молочнокислых бактерий с добавлениеммикроэлементов (солей кобальта, меди, цинка, железа) и витаминов (A, В1, B12, С, D2). Этот препаратприменяют для профилактики и лечения желудочно-кишечных заболеваний, а такжедля улучшения роста и развития молодняка сельскохозяйственных животных и птицы.
Низин. Из молочнойсыворотки методом вымораживания получают концентрат, содержащий антибиотическиевещества типа низина. Последний обладает бактериостатическими свойствами. Изконцентрата после обработки спиртом (или ацетоном) и сушки при 30°С получаютнативный низин. Установлено, что как концентрат, так и раствор нативного низина(2000 мг/л) пригодны дли обработки мясных полуфабрикатов.
Подвергнутые обработкеполуфабрикаты полностью сохраняли органолептические качества после 24-часовойвыдержки при температуре около 20°С, тогда как необработанные полуфабрикатыпришли в полную негодность.
В последнее времяработают над увеличением содержания белка во многих пищевых и кормовыхпродуктах.
Творожную сывороткуполучают на низовых заводах, находящихся на значительном отдалении отсельхозхозяйствах, что создает затруднения в ее транспортировке [2].
4. Общие вопросы переработки вторичного молочногосырья4.1 Химический состав, физические свойства ибиологическая ценность вторичного молочного сырья4.1.1 Химический состав
Основными и наиболее ценными компонентами вторичногомолочного сырья являются белки, липиды (молочный жир) и углеводы (лактоза). Кромеосновных компонентов во вторичное молочное сырье переходят минеральные соли,небелковые азотистые соединения, витамины, ферменты, гормоны, иммунные тела,органические кислоты, т.е. почти все соединения, обнаруженные в настоящее времяв молоке. Содержание основных компонентов в обезжиренном молоке, пахте имолочной сыворотке в сравнении с цельным молоком (в %) приведено в табл.1.
Таблица 1. Компоненты
Цельное
молоко Обезжиренное молоко Пахта Молочная сыворотка Массовая доля,% сухого вещества 12,3 8,8 9,1 6,3
В том числе:
молочного жира 3,6 0,05 0,5 0,2 белков 3,2 3,2 3,2 0,8 лактозы 4,8 4,8 4,7 4,8
минеральных
веществ 0,7 0,75 0,7 0,5
Особенностью молочного жира вторичного молочного сырьяявляется высокая степень дисперсности. Кроме молочного жира обезжиренноемолоко, молочная сыворотка и особенно пахта содержат фосфатиды (лецитин,кефалин, сфингомиелин) и стерины (холестерин и эргостерин).
К белковым азотистымсоединениям, содержащимся в обезжиренном молоке, пахте и молочной сыворотке,относятся казеин, лактоальбумин, лактоглобулин, автоглобулин и псевдоглобулин. Онисодержат все незаменимые аминокислоты, а также аланин, аспарагиновую кислоту,глицин, глютаминовую кислоту и др. Некоторые незаменимые аминокислоты, например,лейцин, изолейцин, метионин, лизин, треонин триптофан, представлены в белкахмолочной сыворотки даже в большем количестве, чем в белках молока (казеине). Вовторичном молочном сырье и особенно в молочной сыворотке присутствуют такженебелковые азотистые вещества в виде мочевины, мочевой кислоты, гиппуровойкислоты, креатина и пуриновых оснований.
В обезжиренном молоке,пахте и молочной сыворотке углеводы представлены главным образом молочнымсахаром (лактозой) и продуктами его гидролиза (глюкозой и галактозой). Имеютсясведения о незначительных количествах пентозы (арабинозы) и лактулозы.
Минеральные веществаприсутствуют во вторичном молочном сырье в виде органических и неорганическихсоединений. Состав минеральной части обезжиренного молока, пахты и сывороткипредставлен катионами калия, натрия, магния, кальция и анионами лимонной,фосфорной, молочной, соляной, серной и угольной кислот. В сыворотке минеральныхвеществ несколько меньше, чем в обезжиренном молоке и пахте, так как некотораячасть солей переходит в основной продукт (сыр, творог, казеин).
В состав вторичногомолочного сырья входят также микро — и ультрамикроэлементы: железо, кобальт,мышьяк, йод, кремний, германий.
Органические кислоты вовторичном молочном сырье представлены лимонной, молочной и нуклеиновой,витамины — водорастворимыми (С, В1, В2, В12,РР, пантотеновая и аскорбиновая кислоты) и жирорастворимыми (А, Д, Е).
Ферменты, содержащиеся во вторичном молочном сырье, можноразделить на гидролазы и фосфорилазы, ферменты расщепления,окислительно-восстановительные ферменты, ферменты переноса и ферментыизомеризации. При тепловой обработке обезжиренного молока, пахты или сывороткипри температуре выше 75°С ферменты обычно разрушаются [3].4.1.2 Физические свойства
Обезжиренное молоко. Врезультате сепарирования цельного молока происходит его разделение на сливки (жировуючасть) и обезжиренное молоко (нежировую часть). Обезжиренное молоко отличаетсяот цельного большим содержанием сухого обезжиренного молочного осадка (СОМО) именьшим количеством жира. Так, если в цельном молоке наодну часть жираприходится 2,2-2,4 СОМО, то в обезжиренном — 90 — 170.
Содержание сухих веществв обезжиренном молоке зависит от содержания их в цельном и может колебаться от8,2 до 9,5%.
Основные физическиесвойства обезжиренного молока характеризуются следующими данными: плотность1030 — 1035 кг/м3, вязкость (1,71 — 1,75).10-3 Па. с,теплоемкость 3,978 кДж/ (кг. К), теплопроводность 0,429 Вт/ (м.К). В связи с незначительным содержанием жира плотность обезжиренногомолока выше плотности цельного молока, составляющей в среднем 4028 — 1032 кг/м3,а вязкость меньше вязкости цельного молока примерно на 8-15%. Энергетическаяценность обезжиренного молока меньше по сравнению с цельным в 2 раза вследствиемалого количества содержащегося в нем жира.
Пахта. Пахта образуетсяна стадиях сбивания или сепарирования сливок при производстве сливочного маслаи представляет собой жидкую несбиваемую часть сливок. В зависимости от методавыработки масла различают следующие виды пахты: пахта, получаемая припроизводстве сливочного масла методом сбивания сливок — СC на маслоизготовителях периодического и непрерывного действия; пахта,получаемая при производстве сливочного масла методом преобразования высокожирныхсливок — ЛВС.
Способом выработкисливочного масла во многом определяются состав и свойства шахты. Кроме того, взависимости от вида вырабатываемого масла различают пахту, получаемую припроизводстве сладкосливочного масла, и пахту, получаемую при производствекислосливочного масла.
Физические свойствапахты характеризуются следующими данными: плотность 1029 — 1035 кг/м3,вязкость (1,65 — 1,7) 10-3 Па. с, теплоемкость 3,936 кДж/(кг. К), теплопроводность 0,452 Вт/ (м. К).
Молочная сыворотка. Молочнаясыворотка является побочным продуктом при производстве сыров, творога, казеина.В зависимости от вида вырабатываемого продукта получают подсырную, творожнуюили казеиновую сыворотку. В процессе производства сыров, творога и казеина вмолочную сыворотку переходит около 50% сухих веществ молока. Степень переходаосновных компонентов молока в молочную сыворотку определяется главным образомразмерами их частиц. Состав и свойства молочной сыворотки обусловлены видомосновного продукта и особенностями технологии его получения.
Основным компонентом всоставе сухих веществ молочной сыворотки является лактоза, которая составляетболее 70%. В молочной сыворотке в среднем на 100 мл содержится 0,135 мг азота,около 65% которого входит в состав белковых азотистых соединений и около 36% всостав небелковых. Содержание белковых азотистых соединений в сывороткеколеблется от 0,5 до 0,8% и зависит от способа коагуляции белков молока,принятого при получения основного продукта (творог, сыр, казеин).
Состав углеводовмолочной сыворотки аналогичен углеводному составу молока: моносахара,олигосахара и аминосахара. Основной углевод — лактоза. Из моноз в сывороткеобнаружены глюкоза и галактоза. В творожной сыворотке содержится 0,7-1,6%глюкозы, что обусловлено гидролизом лактозы при производстве творога.
В молочной сыворотке содержится 0,05-0,5% жира, чтообусловлено содержанием его в исходном сырье и технологией выработки основногопродукта. В сепарированной сыворотке содержание жира составляет 0,05-0,1%. Молочныйжир в сыворотке диспергирован больше, чем в цельном молоке, что положительновлияет на его усвояемость.
В молочную сыворотку переходят почти все соли имикроэлементы молока, а также соли, вводимые при выработке основного продукта. Абсолютноесодержание основных зольных элементов в сыворотке следующие: калий 0,09-0,19%,магний 0,009-0,02, кальций 0,04-0,11, натрий 0,03-0,05, фосфор 0,01-0,1, хлор0,08-0,11%.
Минеральные вещества всыворотке находятся в форме истинного и молекулярного растворов и в коллоидномсостоянии, в виде солей органических и неорганических кислот. В составнеорганических солей входит 67% фосфора, 78% кальция и 80% магния. Количественноесодержание анионов (5,831 г/л) и катионов (3,323 г/л) в молочной сывороткеаналогично содержанию микроэлементов в цельном молоке. Из катионов в сывороткепреобладают калий, натрий, кальций, магний и железо; из анионов — остаткилимонной, фосфорной, молочной и соляной кислот.
В подсырную сывороткупереходит 23-75% сычужного фермента, введенного в молоко. При производстве казеинасыворотка содержит некоторое количество минеральных кислот — соляной или серной.
Молочная сыворотка имеетследующие основные показатели: плотность 1022 — 1027 кг/м3, вязкость(1,55 — 1,66) 10-3 Па. с, теплоемкость 4,8 кДж/ (кг.К), рН 4,4 — 6,3, буферная емкость то кислоте 1,72 мл и по щелочи 2,32мл, мутность 0,15 — 0,25 см-1. Энергетическая ценность сывороткинесколько ниже, чем цельного молока, а биологическая — примерно та же, чтообусловливает возможность и целесообразность ее использования в диетическомпитании [3].
4.1.3 Биологическая ценность
Биологическая ценностьвторичного молочного сырья обусловлена содержанием в нем молочных белков (казеина,сывороточных белков), углеводов, жира, минеральных солей, витаминов, микро — иультрамикроэлементов и других веществ, необходимых для нормального роста иразвития организма человека и животных.
Молочный жир вобезжиренном молоке, пахте и молочной сыворотке находится в состоянии высокойстепени дисперсности. Размер жировых шариков составляет 0,06 — 1 мкм, чтоспособствует более легкому эмульгированию, омылению и усвояемости (94 — 96%) жира.
Усвояемость молочногосахара живым организмом достигает 98 — 99,7%. Наряду с энергетическимифункциями лактоза выполняет функции структурного углевода. Кроме того,медленнее всасываясь, она способствует поддержанию жизнедеятельности молочныхбактерий. Молочная кислота, продуцируемая из лактозы, угнетает деятельностьгнилостной микрофлоры желудка, что обусловливает диетические свойства простокваши,кефира и других кисломолочных продуктов.
Больше всего в молочном белке содержится лизина. Так как вбелках злаковых растений лизина содержится недостаточно, то молочный белокможет существенно восполнить этот недостаток. Если принять биологическую ценностьбелка куриного яйца за 100 (тест белка), то для комплекса молочных белков этотпоказатель составит 92 (для казеина — 73, а для сывороточных белков — 110). Биологическаяценность смеси, состоящей из 76% молочного белка и 24% белка пшеницы, равняется105 — 112, что превосходит биологическую ценность белка пшеницы (56) ипревышает биологическую ценность самого молочного белка. Смесь концентратасывороточных белков с другими растительными белками дает еще больший эффект.
Белковые вещества молочной сыворотки по своей природе близкик белкам крови (альбумин, глобулин), некоторые фракции их обладают иммуннымисвойствами. Небелковые азотистые соединения, особенно аминокислоты, в том численезаменимые, представляют собой ценность для питания организма.
Вторичное молочное сырье является продуктом с естественнымнабором жизненно важных минеральных соединений. По минеральному составувторичное молочное сырье идентично цельному молоку. Особую ценностьпредставляют соединения, содержащие фосфор, кальций, магний, а также микро — иультрамикроэлементы. В целом комплекс минеральных солей вторичного молочногосырья как по своему широкому спектру, так и по составу соединенийпредставляется с биологической точки зрения наиболее оптимальным. Ферменты,витамины, фосфолипиды и другие биологически активные вещества обезжиренногомолока, пахты и молочной сыворотки играют важную роль.
Энергетическая ценность обезжиренного молока и пахты почти в2 раза, а сыворотки почти в 3,5 раза меньше, чем цельного молока, абиологическая ценность их примерно одинаковая. Это обусловливаетцелесообразность использования вторичного молочного сырья в диетическом питаниилюдей в нынешний период, когда физические нагрузки значительно снизились, появляется тенденция к избыточноймассе тела, возросли нервно-психические перегрузки и в питании имеет значениене столько его энергетическая ценность, сколько высокая биологическаяполноценность [3].4.2 Первичная обработка вторичного молочного сырья4.2.1 Пастеризация
Процесс пастеризациивторичного молочного сырья обусловлен необходимостью подавить развитиенежелательной микрофлоры. Кроме того, три пастеризации подсырной сывороткиинактивируются остатки сычужного фермента, присутствие которого в ряде случаевпри дальнейшей переработке молочной сыворотки нежелательно.
Пастеризацияобезжиренного молока и пахты проводится на оборудовании и при режимах, принятыхдля цельного молока, но в ряде случаев режимы пастеризации (температура ипродолжительность) обусловлены специальными требованиями технологическогопроцесса производства продукта пли полуфабриката. Пастеризацию сывороткирекомендуется проводить «низкотемпературную», т.е. при температуре 63- 66 °С с выдержкой 30 мин.
Пастеризацияосуществляется на современных установках трубчатого и пластинчатого типов савтоматическим поддерживанием температуры нагрева.
Наибольшеераспространение получили автоматизированные пастеризационно-охладительныеустановки пластинчатого типа производительностью от 3000 до 25 000 л/ч. Всостав установки типа входят уравнительный бак с клапанно-поплавковымустройством для регулирования уровня молока в баке, центробежный насос длямолока, пластинчатый аппарат, сепаратор-молокоочиститель, выдерживатель,возвратный клапан, центробежный насос для горячей воды, пароконтактныйнагреватель для нагревания воды и пульт управления [4].
Техническая характеристика пастеризационно-охладительнойустановки А1-ОКЛ-10Производительность, л/ч 10000 Температура пастеризации молока, °С 76 — 80 Выдержка молока при температуре пастеризации, с 25 Температура охлаждения молока, °С 2 — 6 Коэффициент регенерации тепла,% 85 — 87 Расход пара, кг/ч 160 — 190 Мощность электродвигателей, кВт 16,5 Габаритные размеры, мм 5500 х 4200 х 2500 Масса, кг 3500
/>
Рис. 1. Общий вид пластинчатого аппарата установки маркиА1-ОКЛ-10:
1 – штуцер выхода молока из секции регенерации;
2 – станина; 3 – секция пастеризации; 4 – штуцер входамолока в секцию пастеризации; 5 – штуцер выхода молока из аппарата; 6 – штуцервхода ледяной воды;
7 – зажимной механизм; 8 – ножка; 9 – секция охлаждения; 10– штуцер входа молока в секцию охлаждения;
11 – штуцер выхода молока из секции пастеризации;
12 – секция регенерации;
13 – штуцер входа сырого молока в секцию регенерации
4.2.2 Сепарирование
Из вторичного молочногосырья сепарированию подвергается только сыворотка. Сыворотку сепарируют с цельюизвлечения молочного жира и казеиновой пыли. Сепарирование сывороткиприменяется также для выделения из нее сывороточных белков после их тепловойкоагуляции при получении белкового продукта, а также при очистке от несахаровпроцессе производства молочного сахара. Содержание молочного жира в сыворотке,полученной при производстве сычужных сыров, составляет обычно от 0,2 до 0,6%. Содержаниежира в творожной сыворотке зависит от вида вырабатываемого творога.
В сыворотке содержатся ичастицы казеина в количестве 0,4 — 1%. После извлечения жира и казеиновыхчастиц сыворотка представляет собой кинетически устойчивую систему, практическине подвергающуюся расслоению.
Молочный жир и казеиновые частицы выделяются из сывороткипри сепарировании ее в сепараторах-сливкоотделителях. Молочный жир отделяетсяот сыворотки в виде подсырных сливок. Для извлечения жира и казеиновой пыли изсыворотки рекомендуется саморазгружающийся сепаратор А1-ОХС полузакрытого типас двухсекционным барабаном. Конструкция барабана сепаратора обеспечиваетцентробежную пульсирующую частичную выгрузку осадка через определенныепромежутки времени без прекращения подачи продукта.
Техническая характеристика сепаратора А1-ОХСПроизводительность, л/ч 5000
Частота вращения барабана, с-1 83,3
Количество тарелок барабана, шт:
для осветления 17 для разделения 82
Диаметр осветлительной тарелки, мм:
максимальный 318 минимальный 155
Диаметр сниетительной тарелки, мм:
максимальный 400 минимальный 155 Угол наклони образующей тарелки, град. 50 Мощность электродвигателя, кВт 17 Габаритные размеры, мм 11500 х 940 х 1690
Ниже показана принципиальная технологическая схемаизвлечения жира и казеиновой пыли из молочной сыворотки (схема 1).
Схема 1.
/>
Молочную сыворотку сепарируют при 35 — 40 °С непосредственнопосле удаления ее из сыроизготовителя, т.е. без предварительного подогревания. Допускаетсяхранение подсырной сыворотки перед сепарированием не более 24 ч при температуре8 — 10 °С. Творожную сыворотку хранитьне рекомендуется.
Физико-химические показатели сливок из сыворотки приведены втабл. 2.
Таблица 2. Массовая доля жира в сливках,% Норматив кислотности для сливок,%
подсырных
творожных 20 — 25 17 60 26 — 30 16 59 31 — 35 15 58
Полученные при сепарировании сыворотки сливки то составу исвойствам несколько отличаются от обычных. В них содержится на 3 — 4% меньшесухих обезжиренных веществ и практически отсутствует казеин. Подсырные сливкииспользуют для нормализации смеси при выработке сыров, для выработки подсырногомасла, для производства плавленых сыров и мороженого.
/>
Рис. 2. Общий вид саморазгружающегося сепаратора А1-ОТС: 1— гидроузел; 2 — коммуникации; 3 – крышка сепаратора; 4 — барабан; 5 — приемникосадка; 6 — станина
Для выделения из сыворотки скоагулированных белковых веществможет быть использован способ центрифугирования. Система сыворотка — хлопьябелка представляет собой грубодисперсную суспензию, разделяемость ее довольнонизкая, что можно объяснить значительной гидрофильностью частиц, Для выделенияскоагулированных белков используют сепаратор А1-ОТС (рис.2) с периодическойцентробежной выгрузкой осадка.
Разделение рекомендуется проводить при температуре сыворотки410 — 60 °С. Полученную белковую массунеобходимо немедленно охлаждать или направлять на промышленную переработку [4].4.2.3 Консервирование
Под консервированиемпонимается такая обработка молочных продуктов, в результате которой онисохраняются длительное время без разложения входящих в них белков, жиров,углеводов и других компонентов. Важно также полное сохранение природных свойствпродукта при наименьших затратах.
Для сохранения качествамолочной сыворотки при производстве молочного сахара можно применять формалин иперекись водорода. Формалин (формальдегид) вводится в количестве 0,025% 40% -ногораствора, перекись водорода — в количестве 0,03% 30% -ного раствора.
Известно, что (перекисьводорода разлагается через 45 — 50 ч хранения сыворотки (с этого моментаначинает увеличиваться ее кислотность). Формалин сохраняется в сыворотке болеетрех суток. При производстве молочного сахара перекись водорода инактивируетсяна стадии очистки сыворотки, а формалин отходит с межкристальной жидкостью (мелассой).Готовый продукт не содержит консервантов.
Возможно консервированиенатуральной и сгущенной молочной сыворотки сорбиновой кислотой. В качествеконсерванта можно использовать хлористый натрий (поваренную соль), которыйзадерживает развитие основной микрофлоры сыворотки при концентрации 5-10%, атакже этиловый спирт при концентрации 10%, сернистый ангидрид, аммиак и другиевещества.
Известны способыконсервирования сыворотки путем сгущения и сушки. Аналогичные способыконсервирования могут быть использованы для обезжиренного молока и пахты [4].4.3 Биологические методы обработки вторичногомолочного сырья
Целесообразностьбиологической обработки обезжиренного молока, пахты и в особенности молочнойсыворотки обусловлена возможностью повышения питательной ценности этого сырьяза счет обогащения полезными веществами. Основные направления биологическойобработки: синтез белковых веществ дрожжами, использующими для своего роста иразвития лактозу; гидролиз лактозы протеолитическими ферментами до болеесладких моноз; микробный синтез витаминов, жира, ферментов и антибиотиков; переработкалактозы и молочную кислоту и этиловый спирт; расщепление молочных белков досвободных аминокислот [4].4.3.1 Обработка микроорганизмами
Использованиемикроорганизмов является основным методом биологической обработки молочногосырья. На этом методе основано производство широкого ассортимента диетическихкисломолочных продуктов (кефир, ацидофилин, простокваши, йогурт, кумыс, творог,напитки из пахты и сыворотки), (полуфабрикатов для пищевых целей (сывороткасгущенная сброженная), кормовых (сыворотка обогащенная, закваска длясилосования кормов, Био-ЗЦМ) и технических (этиловым спирт, молочная кислота,столовый уксус, низин и др.) продуктов.
При изготовлениимолочнокислых продуктов в молочное сырье вносятся различные закваски, которыеготовят на чистых культурах соответствующих видов микроорганизмов (молочнокислыебактерии, уксуснокислые бактерии, дрожжи). В результате молочнокислого броженияпроисходит расщепление лактозы до глюкозы и галактозы и далее до молочной'кислоты:
С12Н22О11+ Н2О = 4СН3СНОНСООН
Лактоза Молочная кислота
Параллельно с молочнокислым брожением, как правило,протекают побочные процессы, которые обусловливают накопление продуктов распадалактозы — летучих кислот, спиртов, диацетила. Брожение прекращаетсясамопроизвольно, когда микроорганизмы расщепляют лишь часть (около 20%) лактозы,поскольку образующаяся молочная кислота губительно действует на их дальнейшееразвитие.
При внесении в молочное сырье вместе с молочнокислой закваскойдрожжей идет спиртовое брожение, которое в общем виде можно представитьследующим уравнением:
С12Н22О11+ Н2О = 4СН3СН2ОН + 4СО2
Лактоза Этиловый спирт Углекислота
Если протекают другие виды брожения (маслянокислое,углекислое, пропионовокислое), то они вызывают пороки молочного продукта.
Закваски — основнаясоставная часть первичной микрофлоры кисломолочных продуктов.
Производится она вспециализированных лабораториях. В настоящее время разработаны прогрессивныеметоды непрерывного культивирования молочнокислых бактерий с целью накапливаниябиомассы для приготовления концентрированных заквасок.
Принципиальная схемапроизводства кисломолочных продуктов состоит из ряда общих технологическихопераций (схема 2).
Схема 2
/>
Для приготовлениянекоторых кисломолочных налитков используют концентраты молочной сыворотки илибелковые сывороточные концентраты, которые ускоряют процесс сквашивания, улучшаютпитательную ценность, органолептические и диетические свойства продуктов.
Для производствабелково-углеводного концентрата (БУК) производится обработка подсырнойсыворотки специальной закваской из штамма ацидофильной палочки 12б.
Сбражившше сыворотки проходитв ферментерах в течение 5 — 6 ч до кислотности 60 — 70°Т. Сброженная сывороткадосгущается до массовой доли сухих веществ 40 или 60%. БУК применяют привыпечке хлеба и хлебобулочных изделий.
Под действиеммолочнокислых микроорганизмов лактоза может сбраживаться до молочной кислоты. Молочнаякислота может производиться из любого вида молочной сыворотки (подсырной,творожной, казеиновой). Технология молочной кислоты включает приготовлениезатора и закваски, сбраживание сыворотки, нейтрализацию, разложение лактатакальция, очистку и фильтрацию, отстой и декантацию молочной сыворотки.
Молочную сывороткусгущают в 2-2,6 раза для того, чтобы содержание молочного сахара возросло до 10-12%.После пастеризации и охлаждения до 45°С затор засевают специальными видамимолочнокислых бактерий, сбраживающих лактозу. Образующаяся в результатеброжения молочная кислота периодически нейтрализуется известью или мелом, врезультате чего получается лактат кальция:
2СН3СООНСООН+ СаСО3 = Са (С3Н5О3) + Н2О+ СО2.
Процесс брожения длится 2-2,5 суток. Сброженную сывороткунейтрализуют известью, фильтруют и сгущают в 2-5 раз и зависимости отнеобходимой концентрации молочной кислоты (10 — 45%), после чего добавляютсерную кислоту для разложения лактата кальция и выделения молочной кислоты:
Са (С3H5O3)+ Н2SO4 = 2СН3CНОНСООН + СаSO4.
Процесс ведут при температуре 40-45°С. Затем молочнуюкислоту подвергают очистке активированным углем и фильтруют от гипса иактивированного угля на специальном фильтре под вакуумом.
Получение этиловогоспирта из молочной сыворотки основано на сбраживании лактозы сывороткиспециальными видами дрожжей до спирта и углекислоты:
С12Н22О11+ Н2О ® СН3СНОН + 4СО2
На спирт расходуется до 95% молочного сахара, а 5% идет на образованиедрожжевых клеток и побочных продуктов спиртового брожения. Суть технологиисостоит в том, что исходную молочную сыворотку очищают от белков, вносят дрожжии ведут процесс брожения при 33 — 34°С в течение 48-72 ч. Затем дрожжи отделяютот бражки, а последнюю подвергают дисцилляции. Выход спирта в условияхпромышленного производства составляет 84%.
Побочными продуктамипроцесса получения спирта являются сывороточные белки, которые могутиспользоваться на пищевые цели, а также послеспиртовая бражка, которая можетиспользоваться на корм сельскохозяйственным животным. Наряду с многиминаправлениями промышленного использования этиловый спирт может быть применен ив качестве сырья при производстве столового уксуса.
Производство обогащенноймолочной сыворотки (кормовой добавки), использующейся для профилактики противжелудочно-кишечных заболеваний молодняка сельскохозяйственных животных,основано на сквашивании сыворотки 3% -ной закваской ацидофильной палочки (штамм12б), приготовленной на обезжиренном молоке. Культивирование указаннойзаквасочной культуры в сыворотке проводится в ферментерах 4-6 ч до кислотности60-90°Т. В течение этого времени в сыворотке идет интенсивный рост биомассымолочнокислых бактерий, увеличивается количество их метаболитов и другихбиологически активных веществ, повышающих ее антагонистическую активность. Положительноедействие обогащенной сыворотки на рост и развитие животных основано на том, чтоацидофильная палочка способна легко приживаться в пищеварительном трактеживотных и тормозить развитие гнилостных бактерий.
Бактериальная закваскадля силосования кормов вырабатывается из молочной сыворотки путем введенияспециальной материнской бактериальной закваски, культивации при 30-32°С втечение 12-16 ч и охлаждения до 8-10°С. В результате применения бактериальнойзакваски при силосовании повышается питательная ценность кормов, их органолептические,физико-химические и микробиологические показатели. За счет активного развитиямолочнокислого процесса в силосе подавляется развитие маслянокислых игнилостных микроорганизмов, а также бактерий группы кишечной палочки и плесеней.
В рецептуре Био-ЗЦМглавным компонентом является молочная сыворотка. На молочной сывороткекультивируется специальный штамм дрожжей, способный к быстрому росту и дающийвысокий выход биомассы. Белок дрожжей, выращенных на молочной сыворотке, сходенс белком молока не только по наличию незаменимых аминокислот, но и по ихсодержанию. Важным свойством таких дрожжей является то, что они одинаковохорошо растут на всех видах сыворотки.
Для того чтобыполученная биомасса по своему составу приближалась к молочному белку, всыворотку вносят минеральные соли: сернокислый аммоний, двузамещенныйфосфорнокислый аммоний, двузамещенный фосфорнокислый калий, хлористый магний имочевину. В процессе роста дрожжи, используя в качестве источника энергиилактозу сыворотки и молочную кислоту, превращают минеральные азотсодержащиесоли в полноценный клеточный белок. При культивировании в молочной сывороткедрожжи обогащают ее не только белком, но и витаминами группы В, провитамином D, микроэлементами и рядом других биологически активных веществ. Посодержанию белка такая сыворотка приближается к обезжиренному молоку, а посодержанию витаминов и микроэлементов превосходит его. Обогащенная микробнымбелком и витаминами молочная сыворотка является основой Био-ЗЦМ для телят. Длядрожжевания применяют свежую творожную или подсырную сыворотку. Для лучшихусловий дрожжевания из нее удаляют белки, нагревая до 92-96°С. Процессферментации осуществляют в аппаратах, снабженных мешалкой и барбатером, припостоянном поступлении воздуха до полного использования лактозы. По окончаниипроцесса молочная сыворотка содержит до 2,3% белка. Далее ее подвергаюттемпературной обработке для инактивации живых клеток, сгущают до содержаниясухих веществ 44-46% и попользуют при производстве Био-ЗЦМ [4].4.3.2 Обработка протеолитическими ферментнымипрепаратами
Ферменты — биологическиекатализаторы белковой природы, обладающие высокой активностью и специфичностьюдействия. Их применение значительно увеличивает скорость химическихпревращений, что позволяет сократить продолжительность многих технологическихпроцессов. Спомощью ферментов может быть обеспечена также определеннаянаправленность процессов при получении ценных компонентов продуктов питания.
Для гидролиза лактозыиспользуют фермент b-галактозидазу. В результатегидролиза плохо растворимый и несладкий сахар-лактоза превращается в болеесладкую и хорошо растворимую смесь моносахаров (глюкозы и галактозы), чтопозволяет широко использовать фермент для производства пищевых и кормовыхпродуктов. Уравнение гидролиза лактозы можно представить так:
C12H22O11 + H2O ® С6H12О6 + C6H12О6.
Лактоза Глюкоза Галактоза
В результате гидролиза в моносахара превращается до 50-70%лактозы, увеличивается сладость и усвояемость готового продукта. Во многихстранах пользуются популярностью кисломолочные продукты и налитки,вырабатываемые из молока с гидролизованной лактозой. Проводятся исследования попроизводству сыра из гидролизованного молока. Сыр, по сравнению с контрольнымиобразцами, отличается более высокими вкусовыми качествами и ускореннымпроцессом созревания.
Особый интереспредставляет возможность выработки продуктов и полуфабрикатов из молочнойсыворотки с гидролизованной лактозой. Такие полуфабрикаты из сыворотки могутшироко использоваться для приготовления различных напитков, пищевых сиропов иподслащающих веществ для кондитерской промышленности. Использование этихполуфабрикатов в хлебопечении позволяет добиться хорошей сбраживаемости опарыхлебопекарными дрожжами, улучшить качество хлеба.
Сыворотку послегидролиза рекомендуется сгущать при температуре 55-65°С до массовой доли сухихвеществ 40%. Продукт такой концентрации обладает сравнительно невысокойвязкостью, в нем не происходит кристаллизации лактозы.
В нашей стране и зарубежом проводятся работы по созданию и использованию иммобилизованныхферментов. Иммобилизованные ферменты — это нерастворимые вещества, в которыхфермент связан с каким-либо носителем силами адсорбции или ковалентнымисвязями, либо заключен в матрицы или микрокапсулы. Иммобилизованные ферментысохраняют свою специфичность и активность, они могут быть легко удалены изконечного продукта, т.е. могут быть использованы многократно. Кроме того,иммобилизация повышает стабильность фермента, позволяет проводить гидролиз втечение продолжительного времени и без добавления чужеродных материалов вготовый продукт. Такие ферменты как пепсин, протосубтилин попользуются дляпроизводства сывороточного концентрата КОМС. Сывороточный концентрат КОМСвырабатывается путем сгущения подсырной или творожной сыворотки, предварительнообогащенной растворимыми азотистыми веществами и витаминами. Концентратпредназначается для производства безалкогольных напитков или напитков брожения.
Для обогащения сывороткииспользуют ее белковые вещества, оставшиеся после операции осветления. Белковыевещества в сыворотке диспергируют, если пропустить сыворотку через центробежныйнасос в течение 10 — 15 мин, ферментные препараты (пепсин, протосубтилин) готовятв виде раствора. В качестве активатора протеолитических процессов используютавтолизированные пивные дрожжи. Одновременно они обогащают сыворотку витаминамигруппы В и аминокислотами.
Ферментацию сывороткипроводят при периодическом перемешивании в течение 3,5 — 4 ч при температуре29°С или в течение 1 ч при 40°С. Обогащенную сыворотку нагревают до 93°С,охлаждают до 62°С, фильтруют через бязь и направляют па сгущение. Негидролизованныйбелок поступает на повторный гидролиз.
Ферментные препаратыиспользуются также при производстве молочного сахара-сырца улучшенного. Сущностьтехнологии заключается в том, что в подсгущенную сыворотку для гидролиза остаточныхазотистых соединений сиропа вносят ферментный препарат панкреатин притемпературе 50 — 55°C [4].
5. Комплексное использование промежуточных продуктовпроизводства молочного сахара на кормовые концентраты
Основным продуктом,вырабатываемым из подсырной сыворотки, является молочный сахар [5]. На егопроизводство расходуется около 50% сыворотки, перерабатываемой в промышленности.При этом получаются промежуточные продукты данного производства (меласса исывороточные белки), в которые переходит 2/3 сухих веществ сыворотки. Циклпереработки молока в плане использования всех его составных частей остается иэтом случае незавершенным. Этот недостаток не исключает разрабатываемые впоследние годы новые способы производства молочного сахара, такие, как способ Л.П.Фиалкова [6] с применением пороговой центрифуги и способ, основанный нагидролизе белков протеолитическими ферментами.
/>
По своему составу этипромежуточные продукты являются ценным сырьем для дальнейшей промышленнойпереработки.
В Северо-Кавказскомфилиале ВНИИМС в 1974 — 1976 гг. разработана технология получения на основемелассы сухого сывороточного концентрата (ССК) для кормовых целей. Разработанаи утверждена нормативно-техническая документация, технические условия ТУ РСФСР49253-75 и цена (350руб. за 1т).
Данная технологиявнедрена на Александровском маслосырзаводе Ставропольского края с 1975 года [7].В настоящее время на Александровском МСЗ при выработке молочного сахараиспользуются все составные части молока. В сточные воды попадают загрязнения внезначительном количестве лишь при мойке оборудования.
Часть мелассы исывороточных белков (альбуминного молока), которые нет возможности переработатьна ССК, используются для выработки жидкого сывороточного концентрата — ЖСК [8].Основные технико-экономические показатели поточной линии производства ССКЧисло агрегатов СДА-250, шт. 2 Производительность по готовому концентрату, кг/час 34 Расход пара, кг/час 200
воды, м3/сутки 9,5 Давление пара, МПа 0,4 Общая мощность установленных электродвигателей, квт 33,6
Занимаемая площадь, м2 25
Физическая экономическаяэффективность производства ССК и ЖСК ми Александровском МСЗ характеризуетсяследующими данными. ССК ЖСК Себестоимость 1 т, руб. 253,6 14,4 Прибыль на 1 т, руб. 96,4 10,6 Рентабельность продукции,% 38,8 73,6
Фенологическийэксперимент по обмену веществ, использованию азота, кальция и фосфора,проведенный на фоне научно-хозяйственного опыта, показал, что перевариваемостьпитательных веществ была значительно выше у животных, получавших гранулы сдобавлением ССК [9].
Заключение
Исходя из всеговышесказанного, нельзя усомниться в важности рассмотренной проблемы, — вторичныемолочные продукты находят применение в разнообразных областях хозяйства, нонаиболее востребованы они в сельском хозяйстве. Для обеспечения сельскогохозяйства дополнительными ресурсами дешевых высокобелковых витаминизированныхкормов из отходов молочной промышленности необходимо решить следующие задачи: усовершенствоватьтехнологические процессы основного производства с целью получения отходов в видекачественных кормов с полным сохранением их питательной ценности припродолжительном хранении; организовать комплексную переработку многих отходов сполным их использованием для получения белково-витаминных кормов, белковыхпрепаратов и других отходов; освоить опытно-промышленные установки дляполучения дрожжевой сыворотки и совершенствовать технологию производства сцелью повышения кормовой ценности биомассы и снижения себестоимости продукта; отработатьтехнологию, оборудование и широко внедрить способ выращивания на сывороткежидких кормовых дрожжей, исследовать и уточнить метод приготовления изсыворотки биологических препаратов и выявить эффективность их применения длясилосования кормов и стимулирования роста животных; совершенствовать технологиюпереработки сыворотки на пищевые и кормовые продукты и пр. Таким образом,рациональное использование вторичных молочных продуктов предусматриваеткомплексный подход.
Считаю, что проблема,поставленная в курсовой работе — рассмотрение основных направлений разработкибезотходных технологий при переработке отходов молочной промышленности в целомраскрыта.
Литература
1. Промышленная переработка вторичного молочного сырья / А.Г. Храмцов, К.К.Полянский, С.В. Василисин, П.Г. Нестеренко. — Воронеж: Изд-во ВГУ, 1986. — с.3 — 7
2. И.Г. Лернер. Использованиеотходов молочной промышленности. М., 1964. С.3 — 16.
3. Промышленная переработка вторичного молочного сырья / А.Г. Храмцов, К.К.Полянский, С.В. Василисин, П.Г. Нестеренко. — Воронеж: Изд-во ВГУ, 1986. — с.8 — 15.
4. Промышленная переработка вторичного молочного сырья / А.Г. Храмцов, К.К.Полянский, С.В. Василисин, П.Г. Нестеренко. — Воронеж: Изд-во ВГУ, 1986. — с.31- 45.
5. Храмцов А.Г. Молочный сахар. М., «Пищевая промышленность», 1972,192 с.
6. Фиалков А.Н. Теоретические и экспериментальные исследования в целяхкомплексного решения проблемы рационального использования составных частеймолока. Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. докт. наук. М., 1974, 39 с.
7. Босов В.М., Жилин Н.М., Нестеренко П.Г., Казьмина В.Д. Технологияпроизводства сухого сывороточного концентрата (ССК) на корм скоту. Инф. листок№ 321 — 76 Ставроп. ЦНТИ, 1976, 4 с.
8. Жилин Н.М., Босов В.М., Нестеренко П.Г., Москаленко В.М., Волосевич Б.И.Технология производства жидкого сывороточного концентрата (ЖСК) на корм скоту. Инф.листок № 506 — 76 Ставроп. ЦНТИ, 1976, 2 с.
9. Нестеренко П.Г., Храмцов А.Г., Висилисин С.В., Ширяева Т.К., Жилин Н.М. Идр. Комплексное использование промежуточных продуктов производства молочногосахара на кормовые концентраты / Труды ВНИИМСП / Вып.26. Ярославль, 1978, с.63 — 69.