автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Разработка альтернативных технологий производства деминерализованной творожной сыворотки

правах рукописи

Донских Александр Николаевич

РАЗРАБОТКА АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВА ДЕМИНЕРАЛИЗОВАННОЙ ТВОРОЖНОЙСЫВОРОТКИ

Специальность: 05.18.04 — технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 О ИЮН ¿013

Ставрополь - 2013

005062204

Работа выполненав Федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Северо-Кавказский федеральный университет» Министерства образования и науки Российской Федерации (ФГАОУ ВПО СКФУ)

Научный руководитель -

Официальные оппоненты-

Евдокимов Иван Алексеевич

доктор технических наук, профессор

Харитонов Дмитрий Владимирович

доктор технических наук, ГНУ Всероссийский НИИ молочной промышленности Российской академии сельскохозяйственных наук, заместитель директора

Бархатова Татьяпа Викторовна

доктор технических наук, профессор, Кубанский государственный технологический университет, проректор

Государственное научное учреждение Поволжский научно-исследовательский институт производства и переработки мясомолочной продукции Российской академии сельскохозяйственных наук

Защита состоится «09» июля 2013 г. в 16:00 ч. на заседании диссертационного Совета Д 212.245.05 на базе ФГАОУ ВПО «СевероКавказский федеральный университет» (ФГАОУ ВПО СКФУ) по адресу: 355009, г. Ставрополь, ул. Пушкина, 1, корпус 3, ауд. 506.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГАОУ ВПО СКФУ Автореферат размещен на сайте ВАК Министерства образования и науки РФ www.vak.ed.gov.ru/ru/dissertation/ и официальном сайте СКФУ www.nciu.ru.

Ведущая организация -

Автореферат разослан « У » ¿/Н7///7

2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.245.05, доктор технических наук, профессор

Шипулин В.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Расширение сырьевой базы за счет комплексной переработки вторичного сырья, в том числе молочного, является одной из важнейших народно-хозяйственных задач АПК России.

Одним из ценнейших продуктов, получаемых при переработке молока, является молочная сыворотка. Состав и свойства сыворотки обусловлены видом основного продукта и особенностями технологии его получения, а также аппаратурным оформлением процесса.

Анализируя технологии переработки сыворотки можно сказать, что сегодня дорогостоящие и высокорентабельные продукты вырабатываются главным образом из сладкой подсырной сыворотки. Творожная сыворотка имеет повышенную кислотность, высокое содержание солей и молочной кислоты и идет в основном на производство сывороточных напитков.

При выработке сухих и сгущенных продуктов из творожной сыворотки проводят операцию реагентной нейтрализации (гидроксид кальция или натрия). При этом готовый продукт чаще используется на кормовые цели из-за высокого остаточного содержания раскисляющего реагента и неудовлетворительных органолептических показателей. Таким образом, творожная сыворотка требует предварительной подготовки для переработки на пищевые продукты.

Перспективным направлением подготовки к промышленной переработке творожной сыворотки является применение баро-и электромембранных технологий: нанофильтрации, обратного осмоса, ультрафильтрации и электродиализа. Наиболее предпочтительными методами регулирования кислотности являются электромембранные процессы.

Использованию сыворотки для производства белковых концентратов, молочного сахара и др. продуктов посвящены труды российских ученых П. Г. Нестеренко, С. В. Василисина, В. Е. Жидкова, С. А. Рябцевой, П. Ф. Крашенинина, Э. Ф. Кравченко, В. Д. Суркова, М. С. Коваленко, М. В. Залашко,

* Научный консультант экспериментальной части работы к.т.н., доцент И. К. Куликова

В. А. Павлова, Г. Б. Гаврилова, А. Г. Храмцова, И. А. Евдокимова, Н. Я. Дыкало, Д. Н. Володина, Т. П. Бачуриной и зарубежных: Т. Paterson, Т. Senkevich, К. Н. Ridel, W. Zadow, В. Horton и др.

Особенно актуальна проблема производства и применения деминерализованной творожной сыворотки, являющейся источником важных пищевых компонентов и обладающей высокими органолептическими и физико-химическими характеристиками. Поэтому поиск новых технологий, позволяющих решить проблему переработки творожной сыворотки и охраны окружающей среды, является актуальным.

Целью диссертационной работы является разработка альтернативных технологий производства и использования деминерализованной творожной сыворотки.

Для достижения поставленной цели сформулированы задачи исследований:

проанализировать априорную информацию по методам и технологиям переработки молочной сыворотки;

исследовать основные закономерности процесса деминерализации творожной сыворотки методом электродиализа;

изучить влияние ионоселекгивных мембран различного типа на процесс деминерализации творожной сыворотки;

исследовать влияния температуры на процесс деминерализации творожной сыворотки методом электродиализа;

определить параметры регулирования кислотности творожной сыворотки в процессе электродиализа;

разработать технологию производства

деминерализованной творожной сыворотки с различным содержанием сухих веществ;

предложить альтернативные технологии использования деминерализованной творожной сыворотки с различным содержанием сухих веществ;

провести оценку экономической и социальной значимости разработанных технологий с учетом требований НАССР.

Научная новизна работы состоит в следующем: научно обоснована и подтверждена целесообразность и эффективность применения электродиализа для деминерализации творожной сыворотки; проведен сравнительный анализ гетерогенных ионоселекгивных мембран, произведенных методом прессования

и ламинирования; изучено влияние температурных режимов на процесс деминерализации творожной сыворотки методом электродиализа и определен оптимум (15 - 20) "С; изучены различные способы регулирования кислотности творожной сыворотки в процессе деминерализации; проведен подбор корректирующих кислотность творожной сыворотки реагентов; установлены оптимальные технологические параметры регулирования кислотности творожной сыворотки в процессе деминерализации; изучены состав и свойства деминерализованной творожной сыворотки с различным содержанием сухих веществ и степенью деминерализации как сырья для производства пищевых продуктов.

Практическая значимость работы. Разработана технология деминерализованной творожной сыворотки с различным содержанием сухих веществ (СТО 9229-00087656-003-2012 «Деминерализованная творожная сыворотка с различным содержанием сухих веществ»). Результаты исследований использованы в ТУ 9229-002-82062396-2007 «Сыворотка молочная деминерализованная». Предложены альтернативные технологии пищевых продуктов с использованием деминерализованной сыворотки (питьевого молока, йогурта, творожной массы, карамели). Проведена апробация технологии деминерализованной сыворотки на молочных предприятиях РФ: ОАО «Молоко» (г. Архангельск), ОАО «Кубарус- Молоко» (г. Армавир), Молочный комбинат «Лабинский» (г. Лабинск), ОАО «Чебаркульский молочный завод» (г. Чебаркуль), ОАО «Молочный комбинат «Ставропольский» (г. Ставрополь).

Апробация работы. Основные положения, изложенные в работе, докладывались и обсуждались на XIII региональной научно-технической конференции «Вузовская наука -Северо-Кавказскому региону» (г. Ставрополь, 2009), Международной научно-практической конференция «Молочная индустрия - 2009» (г. Москва, 2009), Международной научно-практической конференции «РЕКМЕА - 2009» (Прага, 2009), XV региональной научно-технической конференции «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону» (г. Ставрополь, 2011), научно-практической конференции «Инновационные разработки молодых ученых Юга России» (г. Ставрополь, 2011), V

Международной научно-практической конференции «Современное состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания» (г. Челябинск, 2011), СевероКавказском молодежном форуме «Машук 2011» (г. Пятигорск, 2011), Всероссийском молодежном форуме «Селигер 2011» (г. Осташков, 2011), Международной научно-практической конференции «Ion transport in organic and inorganic membranes» (г. Краснодар. 2012), региональной научно-практической конференции «Инновационные идеи молодежи Северного Кавказа -развитию экономики России» (г. Ставрополь, 2012).

Выигран конкурс «У.М.Н.И.К» (г. Ставрополь, 2011), получен диплом за второе место в конкурсе «Зворыкинский проект» (г. Ставрополь, 2010).

На «Способ регулирования кислотности сыворотки в процессе электродиализа» в ФИПС подана заявка на изобретение № 2012145182 от 24.10.2012 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной и технологической части, выводов, списка литературы и приложений. Содержание работы изложено на 200 страницах, включая приложения, 20 таблиц и 59 рисунков. Список литературы включает 270 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранного направления исследований, указаны научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе представлен анализ современного состояния переработки молочной сыворотки, рассмотрены состав и свойства творожной сыворотки. Проведен сравнительный анализ мембранных методов, применяемых в молочной промышленности, а также способов регулирования кислотности творожной сыворотки. Особое внимание уделено безреагентным способам нейтрализации творожной сыворотки, в частности, электроактивации и электродиализу. Показана целесообразность

применения электродиализа творожной сыворотки. На основании анализа литературных данных сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе рассмотрены организация работы и методы исследований.

Экспериментальные исследования проводились в лабораториях кафедры прикладной биотехнологии СевероКавказского государственного технического университета, в международной научно-исследовательской лаборатории «Электро- и баромембранных технологий» (г. Ставрополь), в ООО «МЕГА ПрофиЛайн» (г. Ставрополь) и ОАО «Молочный комбинат «Ставропольский».

При проведении исследований были смоделированы условия и режимы эксплуатации промышленной электродиализной установки периодического действия, которые используются при деминерализации молочной сыворотки.

Технологический цикл работы установки предусматривает: продолжительность работы до мойки - 20 часов; продолжительность обработки одной загрузки творожной сыворотки - 4 часа; количество загрузок — 5.

При проведении исследований применялись стандартные и общепринятые методы исследований: физико-химические, реологические, микробиологические, электрофизические и органолептические. Эксперименты проводили в 3 - 5 - кратной повторности.

В качестве объектов исследований были использованы пастеризованная творожная сыворотка соответствующая ГОСТ Р 53438-2009 «Сыворотка молочная. Технические условия», сгущенная, деминерализованная творожная сыворотка с различным содержаЕшем сухих веществ и уровнем деминерализации, концентрат солей, полученные путем электродиализной обработки.

Деминерализация творожной сыворотки проводилась на электродиализных установках ED - mini (лабораторная) и EDU-Y/50 (пилотная), производства АО "Mera" (Чешская республика).

Исследования реализованы по схеме (рисунок 1).

Анализ состояния вопроса

постановка цепи и задач _исследований_

X

Изучение технологических параметров процесса деминерализации творожной сыворотки методом эпектродиапиза

И ссл вдовани е основных закономерностей

процесса деминерализации творожной сыворотки эпектродиал изом

Л

X* - уазса tí* zzr,* зольного SÍTITKI : X: - *ра*»»штп»ш» ецтч: X. - їїїгсг- :

х» - хусг,а7~оіть;

Xt - СуХВЇ ЕІІЦ43Тї;

Хі * уд*ЛІ* зл*.«ї?<мза«0д часТІ:

X' - >3"СВ КЕ"Л5 т-3ІЗ

Xt - сила такі.

X* - р42Г5*та, X» - зк'а » эч__

Изучение влияния различных типов ионоселективных мембран на процесс деминерал изации тв орожной сыворотки

Исследов ание

влияния температуры на

процесс деминерализации тв орожной сыворотки

10 -с

ч

rG

Пр* llJ-î.

TTfT-0 'С

X

И ссл едование

процесса регул и р ова н и я кисл отн ости творожной сы воротки

г.*« a •с

пр* so -с

1

Иссл едс еание влияния на процесс ре гул нр ова кия кислотности вида реагента и эффективности его удаления в процессе ал ектро дна л и да

H атуралькая сыЕоротка

U гущ енн ая сы воротка

rjXJJŒX

ЕШ

¿ЗэЗЙЁ!

N а О H

КО H

¿¿¿¿з

£

ҐТГТ ттттттттт

Ыыоор оптимальных параметров производства деминерализованной творожной сыворотки с различным содержанием с/лих веществ

X

^азраоотка альтернативных технологии применения деминерализованном творожной сыворотки с

различным содержанием сухих веществ

37

Технико-экономическая и социальная оценка технологии деминерализованной сыворотки

Рисунок 1 - Схема проведения исследований

В третьей главе представлены результаты исследований, целью которых было установление оптимальных параметров деминерализации творожной сыворотки методом электродиализа.

Результаты предварительных исследований позволили выбрать ионоселективные гетерогенные мембраны, которые по сравнению с гомогенными мембранами характеризуются повышенной механической прочностью, высокой селективной проницаемостью и способностью работать в широком диапазоне рН.

В ходе реализации поставленных задач было проведено сравнение двух типов ионоселективных гетерогенных мембран: АМН-РЕ8/К. СМ-РЕ8/К (выработанных непрерывной лами-нацией) и АМН-РЕ8/Ь, СМ-РЕ8/Ь (выработанных методом прессования).

Анализ экспериментальных данных показывает, что изменение титруемой кислотности сыворотки характеризуется линейной зависимостью. Интенсивность понижения титруемой кислотности в процессе элекгродиализа одинакова для ламинированных и прессованных мембран и составляет 30 °Т/ч. Кислотность концентрата солей на протяжении всего процесса электродиализа возрастает на (80 - 100) °Т.

Активная кислотность пастеризованной (СВ = (5,5-6,5) %) и подсгущенной (СВ = (18-20) %) сыворотки (рисунок 2а и 26) при использовании ламинированных мембран убывает интенсивнее на (8 - 12) % и в конце процесса уменьшается на (0,3 — 0,4) единицы рН. Это связано с тем, что переход катионов в концентрат солей проходит гораздо быстрее, чем переход молочной кислоты.

Интенсивность уменьшения удельной электропроводности сыворотки в процессе электродиализа для ламинированных мембран выше на 0,5 мСм/см.

Таким образом, полученные результаты позволяют сделать вывод, что основные рабочие характеристики электродиализа для обоих типов мембран отличаются незначительно. Тем не менее, ионоселективные мембраны, произведенные методом ламинирования, позволяют интенсифицировать процесс, имеют большую механическую прочность, низкое электрическое сопротивление, высокую . теплоустойчивость и более равномерное распределение ионообменной смолы. Поэтому в

дальнейших исследованиях нами использовались гетерогенные ионоселективные мембраны произведенные методом ламинирования.

АМН-РЕЭ/Ь, СМ-РЕв/Ь ПРОДОЛЖН^ЬВОСТЬ.МИН дмп.рЕ8/к> см.рю,к -«-Сыворотка ЧЭ-Концентрат солен -»-Сыворотка -^-Концентрат солей

а) пастеризованная

о 20 40 60 80 100

Продолжительность, мин „....,.. „___.

AMH-PES/L, CM-PES/L АМН-РЕЬ/К, CM-PES/K

—Ф—Сыворотка -В-Концентрат солен -Ф-Сыворотка -А-Концентрат солей

б) подсгущенная

Рисунок 2 - Кинетика изменения активной кислотности творожной сыворотки

Эффективность процесса электродиализа, определяющаяся интенсивностью удаления солей из объекта за определенный промежуток времени, зависит от многих параметров, в том числе и температуры. Учитывая, что по литературным данным характер этой зависимости не однозначен, нами были проведены исследования по влиянию различных температурных режимов на электродиализ творожной сыворотки

Были выбраны два уровня деминерализации, характерные для электродиализной обработки: до 50 % уровня, как наиболее часто используемый на молочных предприятиях (рисунок 3) и до 90 %, как наиболее энергозатратный и длительный процесс. Деминерализация проводилась при 10, 15, 20, 25, 30 °С

Рисунок 3 - Влияние температуры на производительность электродиализной установки

2 3 4

№ загрузки

В при 10 'С И при 15 "С □ мри 20 °С О при 25 "С В при 30 °С

В пределах одной загрузки (стр. 7 автореферата) повышение температуры с 10 °С до 15 °С значительно интенсифицирует процесс деминерализации. Вероятно, это связано с изменением вязкости продукта и степенью диссоциации минеральных веществ, а так же со свойствами гетерогенных ионоселективных мембран. С каждой последующей загрузкой происходит снижение производительности при постоянной температуре. При повышении температуры до (25 - 30) °С разница между

производительностью каждой загрузки становится более выраженной. Можно предположить, что повышение температуры совместно с механическим воздействием вызывает седиментацию термолабильных сывороточных белков на поверхности мембран и постепенное нарастание концентрационной поляризации. При температурах выше 20 °С увеличивается время обработки сырья до достижения нужной степени деминерализации, и сокращается период работы мембран до мойки.

Оптимальной температурой электродиализного обессоливания творожной сыворотки, которая обеспечивает высокую эффективность процесса и максимальную производительность ЭД - установок является (15 - 20) °С.

В четвертой главе представлены результаты исследований по разработке способа регулирования кислотности творожной сыворотки в процессе деминерализации.

Основная задача деминерализации творожной сыворотки -получение сырья с заданными свойствами, которое может быть использовано в производстве продуктов питания. Для этого необходимо добиться максимального удаления молочной кислоты и солей, и придать сыворотке нейтральный вкус. Однако, даже при глубокой деминерализации рН сыворотки остается ниже 5, что затрудняет ее термообработку и снижает органолептические характеристики.

Как показали исследования (рисунок 4), повышение уровня деминерализации творожной сыворотки способствует снижению буферной емкости. Вероятно, это связано с тем, что в процессе электродиализа из творожной сыворотки удаляется молочная кислота, которая понижает рН. Соли молочной кислоты в основном определяют буферность системы при значениях начиная с рН 6,1. Сравнение кривых титрования позволяет сделать вывод, что при 50 % уровне деминерализации (рисунок 4, кривая 3) участки буферной зоны слабо выражены, при 90 % уровне деминерализации (рисунок 4, кривая 5) - отсутствуют.

У(1Н№0Н), мл

-о-Сыворотка УДО % Сыворотка УД 25 % -^-Сыворотка УД 50 %

—'-Сыворотка УД 70 % -(»-Сыворотка УД 90 %

Рисунок4-Кривыетитрованиятворожнойсывороткивпроцессе электродиализа

Это дало основание предположить, что расход нейтрализующего реагента обратно пропорционален уровню деминерализации сырья, что и было подтверждено дальнейшими исследованиями (рисунок 5).

О 20 50 70 90

Уровень лемкмералнзяцми сыворотки, %

Рисунок 5 - Зависимость количества нейтрализующего реагента от уровня деминерализации сыворотки

Остаточное количество реагента необходимо удалить, для того чтобы обеспечить требуемые степень деминерализации и органолептические свойства.

Нами были исследованы два способа внесения нейтрализующего реагента: на протяжении всего процесса деминерализации, и на конечной стадии.

При исследовании первого способа (рисунок 6) нейтрализующий реагент дозировался синхронно с началом

—9—Сыворотка —И—Концентрат солей

Рисунок 6 - Кинетика изменения активной кислотности в процессе электродиализа творожной сыворотки (СВ = 6,5 %), уровень деминерализации 50 %

По достижении рН 6,5, которое является буферной точкой, дозирование щелочи прекращалось. После чего рН сыворотки начинает уменьшаться, как правило, на (0,5 - 0,7) единицы, за счет удаления остаточного количества реагента. Титруемая кислотность сыворотки при значении рН 6,5 составляла 11 °Т.

Результаты органолептической оценки образцов показали, что деминерализованная сыворотка СВ = (5,5 - 6,5) % обладает чистым сывороточным вкусом и запахом, без привкуса щелочи. При деминерализации подсгущенной сыворотки СВ = (18 - 20) % были получены образцы с выраженным вкусом

и запахом реагента.

При внесении реагента на заключительном этапе процесса

деминерализации пастеризованной и подсгущенной творожной сыворотки дозирование реагента начиналось при удельной электропроводности, соответствующей уровню деминерализации 40 % и прекращалось при достижении рН = 6,5 (рисунок 7).

щ--Й ¥ к -Л г^ЗС-

\ N }

--- - —16

7

_| ►—1— * --1- ** и Внес снне

! г . - 1— нейтрализующего реагента "Г |

--—

Продолжительность, мин —»—Сыворотка Концентрат солей

Рисунок 7 - Кинетика изменения активной кислотности в процессе электродиализа творожной сыворотки (СВ = 6,5 %), уровень деминерализации 50 %

Как видно, количество щелочи, пошедшее на нейтрализацию, уменьшилось в два раза по сравнению с первым методом. Пастеризованная и подсгущенная деминерализованные сыворотки обладали чистым сывороточным вкусом, без

посторонних привкусов.

Предварительные исследования показали, что вид нейтрализующего реагента так же оказывает существенное влияние на органолептические характеристики продукта. На следующем этапе исследования была изучена эффективность удаления различных видов раскисляющих реагентов, и их влияние на органолептические показатели деминерализованной сыворотки. В качестве щелочных агентов были использованы 40 % раствор НаОН и 40 % раствор КОН.

Анализ графических зависимостей (рисунок 8) показывает, что гидроксид натрия удаляется эффективнее, чем гидроксид

калия, о чем свидетельствует концентрация активных ионов. По окончании процесса электродиализа содержание активных ионов натрия меньше чем в начальный момент дозирования.

1

ш.

л г" ч

„ 1 И г ч /

1-Е и Г " N

I Г г' у л о

5--Í 1- 1 г < ► ч *

«

>"

. - •< . -

О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 ISO 160 170 180 Продолжительность, мин

- рК+ -и- pNa+

Рисунок 8 — Кинетика изменения содержания ионов Na+ и ионов К+

Органолептическая оценка показала, что деминерализованная сыворотка, при регулировании кислотности раствором КОН, обладала выраженным щелочным запахом и привкусом с горьким послевкусием. Тогда как у деминерализованной сыворотки, полученной с использованием ИаОН, вкус был чистым, сывороточным. Уменьшение значения зольного остатка показывает, что удаление ионов натрия и калия не прекращается даже в процессе внесения реагента.

В пятой главе обоснованы параметры основных технологических операций процесса получения деминерализованной творожной сыворотки с различным содержанием сухих веществ, приведены альтернативные технологии ее использования.

Основные этапы технологического процесса представлены на рисунке 9.

Приемка и оценка качества сырья

:

Выделение жира казеиновой пыли

Подсырные СІ

и и казеиновая пыль

Охлаждение до температуры злектродиализной обработки! = (15-20) аС.

Деминерализация и регулирование кислотности при { = (15 - 20) °С

40 - 50 % №ОН і

X

Концентрат солей:

- минеральные напитки; -удобрения;

- корм и др.

- цельномолочные продукты;

- сывороточные напитки; хлебо-булочные изделия и др.

Хранение,упаковка и реализация

Сгущение 1-й ступени до 20±2 % СВ, при І = 65±5 °С.

1

Охлаждение до температуры электродиализной обработка = (15-20) °С. 1

Деминерализация и регулирование кислотности при {= (15 - 20) °С

! *

Концентрат солей: - минеральные напитки; - удобрения; - корм и др.

40 - 50 % №ОН [

- цельномолочные продукты;

- колбасные изделия; ХЛебо-буЛОЧНЫе ИЗДвЛИЯ И Др.

Хранение, упаковка и реализация

8=1- конечный продукт деминерализованная сыворотка с СВ {5,5 - 6,5) %;

в ? 1 - сгущение 1-й ступени до 20±2 % СВ, при (= 65±5 "С;

С = 1 - конечный продукт деминерализованная сыворотка с СВ (18 - 20) %;

С ? 1 - Сгущение 2-й ступени до 53±2 % СВ, при I = 55±5 "С;

В = 1 - конечный продукт деминерализованная сыворотка с СВ (53 ± 2) %;

В ? 1 - сушка, конечный продукт деминерализованная сыворотка с СВ (93 ± 2) %.

Сгущение 2-й ступени до53±2 % СВ, при I = 55±5 "С.

Охлаждение и кристаллизация

- сырные массы;

- смеси для мороженого;

- колбасные изделия;

- хлебо-булочные изделия и др.

Хранение, упаковка и реализация

Сушка

- кондитерские изделия;

- цельномолочные продукты;

- колбасные изделия;

- хлебо-булочные изделия и др.

Хранение,упаковка и реализация

Рисунок 9 - Технологическая схема получения и использования деминерализованной творожной сыворотки с различным содержанием сухих веществ

Отобранную по качеству сыворотку подогревают до температуры (38 ± 2) °С, проводят двухстадийную очистку от жира и казеиновой пыли, чтобы не произошло отложение белка и жира на мембранах модуля.

Очищенная от жира и казеиновой пыли сыворотка поступает на пастеризационно - охладительную установку, где пастеризуется при температуре (74 ± 2) °С с выдержкой 15 с.

1. При производстве продуктов с использованием пастеризованной творожной сыворотки с содержанием (5,5-6,5) % сухих веществ, сыворотка охлаждается до температуры (15 — 20) °С и направляется на деминерализацию.

В процессе деминерализации осуществляется регулирование кислотности (40 - 50) % раствором ЫаОН.

В дальнейшем деминерализованная творожная сыворотки с содержанием (5,5 - 6,5) % сухих веществ направляется на производство цельномолочных продуктов.

2. При производстве продуктов с использованием творожной сыворотки с содержанием (18 — 20) % сухих веществ очищенная сыворотка после пастеризации сгущается на вакуум-выпарном аппарате, охлаждается до температуры (15 - 20) °С и направляется на деминерализацию.

В процессе деминерализации осуществляется регулированием кислотности (40 - 50) % раствором КаОН.

В дальнейшем деминерализованная творожная сыворотка с содержанием (18 - 20) % сухих веществ направляется на производство цельномолочных продуктов.

3. При производстве продуктов с использованием сгущенной деминерализованной сыворотки охлажденная до (15 - 20) °С сыворотка деминерализуется и направляется на сгущение до массовой доли сухих веществ (53 ± 2) % в вакуум-выпарном аппарате с последующей кристаллизацией.

Полученная сгущенная деминерализованная сыворотка направляется на производство сырной массы.

В случае использования сухой деминерализованной сыворотки сгущенную до (53 ± 2) % сухих веществ и кристаллизованную сыворотку направляют на сушку.

Сухая деминерализованная сыворотка используется при

производстве молока, йогурта, продуктов детского питания, кондитерских изделий и др.

Органолептические, физико-химические и микробиологические показатели деминерализованной творожной сыворотки представлены в таблицах 1-2.

Таблица 1 - Органолептические показатели деминерализованной творожной сыворотки с различным содержанием сухих веществ

Показатель Деминерализованная творожная сыворотка с различным содержанием сухих веществ, %

5,5-6,5 18-20 53-55 95-97

Внешний вид и консистенция Однородная жидкость Однородная, слабовязкая жидкость Однородная, вязкая жидкость Мелкодисперсный порошок

Цвет Желтый Светло-желтый Белый с желтоватым оттенком

Вкус и запах Вкус чистый, сладковатый, сывороточный. Запах сывороточный. Без посторонних привкусов и запахов Вкус чистый, сладкий, сывороточный. Запах сывороточный. Без посторонних привкусов и запахов

Таблица 2 - Основные физико-химические и микробиологические показатели деминерализованной творожной сыворотки с различным содержанием сухих веществ (п = 3, Р > 0,96)

Показатель Деминерализованная творожная сыворотка с различным содержанием сухих веществ, %

5,5-6,5 18-20 53-55 95-97

1 2 3 4 5

Сухие вещества, % 5,7 18,8 53 96

Продолжение таблицы 1

1 2 3 4 5

рН 6,45 6,5 6,3 6,0

Титруемая кислотность, °Т 10,0 12,0 16,0 (восстановленная до 6,5 % СВ) 16,0 (восстановленная до 6,5 % СВ)

Плотность, кг/м3 1018 1055 1280

Массовая доля золы, % 0,3 1,0 2,5 4,5

Массовая доля белка, % 0,6 2,3 6,3 12,3

Массовая доля жира, % 0,05 0,1 0,6 1,0

Массовая доля лактозы,% 4,9 16,4 30 77,0

БГКП (колифор-мы) в 1,0 г Отсутствуют

Количество мезофильных аэробных и факультативных анаэробных микроорганизмов, КОЕ/г (1 — 2)-105 (2-4)-104 (1-3)-105 (1 — 2)-105

Таким образом, по физико-химическим и органолептическим показателям образцы деминерализованной творожной сыворотки с различным содержанием сухих веществ соответствуют требованиям разработанной технической документации. Микробиологические показатели не превышают норм, установленных Федеральным законом ФЗ № 88 «Технический регламент на молоко и молочную продукцию» и ГОСТ Р 5343 8-2009 «Сыворотка молочная. Технические условия».

Проведена адаптация системы НАССР для контроля технологического процесса производства деминерализованной творожной сыворотки с различным содержанием сухих веществ,

в которой предусмотрена операция регулирования кислотности в процессе деминерализации (40 - 50) % раствором гидроксида натрия, при температуре (15 - 20) °С.

Проработаны альтернативные технологии производства молочных продуктов с использованием творожной сыворотки с различным содержанием сухих веществ и проведены опытные выработки: молока питьевого, йогурта, сырной массы.

Технико-экономические расчеты (на примере сухой деминерализованной сыворотки) показали экономическую эффективность разработанной технологии. Рентабельность составила 18,2 %, что подтвердило конкурентоспособность разработанной технологии.

ВЫВОДЫ:

1. Обоснована и практически подтверждена целесообразность использования метода электродиализной обработки творожной сыворотки для получения продуктов с высокими качественными показателями.

2. Исследованы основные закономерности процесса деминерализации творожной сыворотки, изучена кинетика изменения удельной электропроводности, напряжения, силы тока, активной и титруемой кислотности.

3. Экспериментально подтверждена эффективность применения гетерогенных ионоселективных мембран, произведенных методом непрерывной ламинации в процессе деминерализации творожной сыворотки.

4. Исследовано влияние температуры на процесс деминерализации творожной сыворотки. Установлено, что оптимальной температурой электродиализной обработки творожной сыворотки является (15 - 20) °С.

5. Изучена взаимосвязь между буферной емкостью творожной сыворотки и уровнем деминерализации. Определены оптимальные параметры регулирования кислотности сыворотки в процессе электродиализа и выявлена корреляция между уровнем деминерализации, буферной емкостью и количеством корректирующего реагента (40 % раствор гидроксида натрия).

6. Научно обоснованы технологические параметры и разработана схема производства деминерализованной творожной сыворотки с различным содержанием сухих веществ (СТО 9229-00087656-003-2012 «Деминерализованная творожная сыворотка с различным содержанием сухих веществ»).

7. Предложены альтернативные технологии использования деминерализованной творожной сыворотки с различным содержанием сухих веществ - молоко питьевое, йогурт, сырная масса, которые апробированы на молочных предприятиях РФ.

8. Проведена экологическая и технико-экономическая оценка технологии производства творожной сыворотки с различным содержанием сухих веществ и ее адаптация в соответствии с системой НАССР.

Основное содержание диссертации изложепо в следующих работах:

1. Донских, А.Н. Исследование закономерностей процесса электродиализа творожной сыворотки [Текст] / А.Н. Донских, И.А. Евдокимов, Д.Н. Володин, И.К. Куликова // Вестник СевКавГТУ. 2009. № 2 (19).-С.60-62.

2. Донских, А.Н. Исследование закономерностей процесса электродиализа творожной сыворотки [Текст] / А.Н. Донских, И.А. Евдокимов, И.К. Куликова, Д.Н. Володин, A.C. Бессонов // Материалы XIII региональной научно-технической конференции «Вузовская наука - СевероКавказскому региону». Том первый. Ставрополь: СевКавГТУ, 2008.- С.174- 176.

3. Донских, А.Н. Исследование основных закономерностей регулирования кислотности творожной сыворотки [Текст] / А.Н. Донских, И.А. Евдокимов, И.К. Куликова, Д.Н. Володин, A.C. Бессонов // Материалы XXXVTII научно-технической конференции по итогам работы профессорско-преподавательского состава СевКавГТУ за 2008 год. Том первый. Ставрополь, 2009.- С.99 - 100.

4. Донских, А.Н. Закономерности регулирования кислотности творожнойсывороткивпроцессеэлектродиализнойобработки [Текст] / А.Н. Донских, И.А. Евдокимов, И.К. Куликова, Д.Н. Володин, A.C. Бессонов // Материалы Международной

НПК «Молочная индустрия - 2009». - Москва 2009,- С.83.

5. Донских, А.Н. Технол огиятворожной сыворотки предпосылки к разработке [Текст] / А.Н. Донских, И.А. Евдокимов, И.К. Куликова, Д.Н. Володин, А.С. Бессонов // Вестник СевКавГТУ. 2010. № 2 (23).- С.60 - 62.

6. Evdokimov, I.A. Demineralization of different milk whey kids / I.A.Evdokimov, D.N.Volodin, A.S.Bessonov, A.N.Donskih // PERMEA 2009. - Prague, 2009,- p. 110.

7. Donskih, A.N. Comparative studies of deacidification agents used for acid whey demineralization / A.N.Donskih, I.A.Evdokimov, D.N.Volodin, A.S.Bessonov // International Conference «Ion transport in organic and inorganic membranes».- Krasnodar,

2010. - P.46.

8. Куликова, И.К. Влияние процесса деминерализации на микрофлору подсырной и творожной сыворотки [Текст] / И.К. Куликова, А.С. Бессонов, А.Н. Донских, А.Р. Агирбова // Материалы XL научно-технической конференции по итогам работы профессорско-преподавательского состава СевКавГТУ за 2010 год. Том первый. Ставрополь: СевКавГТУ,

2011,- С.184.

9. Евдокимов, И.А. Влияние процессов нанофильтрации и деминерализации на устойчивость белков молочной сыворотки при тепловой обработке [Текст] / И.А. Евдокимов, Д.Н. Володин, И.К. Куликова, А.С. Бессонов, А.Н. Донских, B.C. Губин//Материалы XL научно-технической конференции по итогам работы профессорско-преподавательского состава СевКавГТУ за 2010 год. Том первый. Ставрополь: СевКавГТУ, 2011.-С.186.

10. Головкина, М.В. Изучение процесса ультрафильтрации подсырной сыворотки [Текст] / М.В. Головкина, А.А. Платонов, А.Н. Донских, // Материалы XL научно-технической конференции по итогам работы профессорско-преподавательского состава СевКавГТУ за 2010 год. Том первый. Ставрополь: СевКавГТУ, 2011. - С. 189.

И. Евдокимов, И.А. Влияние процесса деминерализации на микрофлору подсырной и творожной сыворотки [Текст] / И.А. Евдокимов, И.К. Куликова, А.Н. Донских, B.C. Губин,

Г.С. Анисимов // Материалы V Международной научно-практической конференции «Современное состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания». - Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ. 2011 - T.I. - С. 171 - 173.

12. Донских, А.Н. Разработка технологии раскисления творожной сыворотки в процессе ее деминерализации [Текст] / А.Н. Донских, И.А. Евдокимов // Материалы региональной научно-практической конференции «Инновационные идеи молодежи Северного Кавказа - развитию экономики России» - Ставрополь,-С.57 - 58.

13. Evdokimov, I.A. Comparative studies of deacidification agents used for acid whey demineralization / I.A. Evdokimov, D.N. Volo-din, I.K. Kulikova, A.N. Donskih, M. Greshnyakova // International conference "Ion transport in organic and inorganic membranes". Membrane Institute KubSU, Krasnodar, 2012, p. 51.

14. Донских, A. H. Рациональная переработка вторичного молочного сырья [Текст] / А.Н. Донских, И.А. Евдокимов, И.К. Куликова // Материалы научно-практической конференции «Инновационные разработки молодых ученых Юга России» - Ставрополь, 2012 - С.68 - 70.

15. Донских, А. Н. Влияние температурных режимов на эффективность деминерализации молочной сыворотки при электродиализе [Текст] / А.Н. Донских, И.А. Евдокимов, И.К. Куликова, Д.Н. Володин, А.П. Поверин // Сыроделие и маслоделие № 3, 2013,- С.44 - 45.

Печатается в авторской редакции

Подписано в печать 29.05.2013. Формат 60x84 1/16. Усл. печ. л. 1,5. Уч. изд. л. 1. Бумага белая. Печать ризограф™. Заказ № 16(05-13). Тираж 110 экз. Отпечатано в соответствии с предоставленным материалом в ООО Издательский Дом «ТЭСЭРА» 355035 г. Ставрополь, ул. Маршала Жукова 7, оф. 37 +7 988 700 70 80

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «Северо-Кавказский федеральный университет»

ДОНСКИХ АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ

УДК 637.1

РАЗРАБОТКА АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВА ДЕМИНЕРАЛИЗОВАННОЙ ТВОРОЖНОЙ СЫВОРОТКИ

Специальность: 05.18.04 - технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств

на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

<Н201340470

ДИССЕРТАЦИЯ

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Евдокимов И. А.

Ставрополь -2013

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ И НАПРАВЛЕНИЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТВОРОЖНОЙ СЫВОРОТКИ 8

1.1 Характеристика основных технологий использования творожной сыворотки 8

1.1.1 Технологии продуктов с использованием отдельных компонентов сыворотки 11

1.1.2 Технологии продуктов с использованием всех компонентов сыворотки 13

1.2 Анализ методов подготовки творожной сыворотки к переработке 16

1.2.1 Характеристика свойств творожной сыворотки как сырья 16

1.2.2 Реагентные способы подготовки творожной сыворотки к переработке 25

1.2.3 Безреагентные способы подготовки творожной сыворотки к переработке 26 1.2.4Сравнительная характеристика методов улучшения качества сыворотки 38

1.3 Сравнительная характеристика ионоселективных мембран 40

1.4 Цель и задачи исследований 50 ГЛАВА 2. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 52 2.1 Организация работы 5 2 2.2Методы исследований 60 ГЛАВА 3. ИЗУЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ДЕМИНЕРАЛИЗАЦИИ ТВОРОЖНОЙ СЫВОРОТКИ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОДИАЛИЗА 64 3.1 Изучение влияния различных типов ионоселективных мембран на процесс деминерализации творожной сыворотки 64

3.2 Исследование влияния температуры на процесс деминерализации творожной сыворотки 74 ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА РЕГУЛИРОВАНИЯ КИСЛОТНОСТИ ТВОРОЖНОЙ СЫВОРОТКИ 79

4.1 Исследование основных закономерностей регулирования кислотности творожной сыворотки электродиализом 79

4.2 Исследование непрерывного процесса регулирования кислотности натуральной творожной сыворотки при электродиализной обработке 82

4.3 Исследование регулирования кислотности на конечной стадии процесса электродиализа 89

4.4 Сравнение эффективности удаления реагентов корректирующих

рН творожной сыворотки в процессе электродиализа 94

ГЛАВА 5 РАЗРАБОТКА АППАРАТУРНО-ПРОЦЕССОВОЙ СХЕМЫ ПОЛУЧЕНИЯ ДЕМИНЕРАЛИЗОВАННОЙ ТВОРОЖНОЙ СЫВОРОТКИ И ТЕХНОЛОГИЙ ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ 99

5.1 Разработка технологии деминерализованной творожной сыворотки с различным содержанием сухих веществ 99

5.2 Анализ безопасности производства сухой деминерализованной сыворотки 106

5.3 Альтернативные технологии применения деминерализованной творожной сыворотки 112

5.3.1 Адаптированные технологии цельномолочных продуктов 112

5.3.2 Адаптированная технология пастообразных продуктов 117

5.3.3 Адаптированная технология карамели 121

5.4 Технико-экономическая и социальная оценка технологии сухой деминерализованной сыворотки 123 ВЫВОДЫ 126 ЛИТЕРАТУРА 127 ПРИЛОЖЕНИЯ 156

ВВЕДЕНИЕ

Во все периоды жизни человека и особенно в детском и пожилом возрасте, молоко и молочные продукты относятся к незаменимым продуктам питания [130, 165].

При современном ритме жизни, неблагоприятной экологической обстановке и нарушениях в состоянии здоровья человека важное значение имеет обеспечение высокой пищевой и биологической ценности [130].

Реализация концепции государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации требует увеличения производства продуктов питания, потребление которых способствует сохранению и укреплению здоровья человека [165].

Интенсивность развития современного общества нуждается в комплексном использовании сырья в пищевой промышленности [130] и создании продуктов питания способных не только восполнить энергетический баланс человека, но и удовлетворить его потребности в пищевых волокнах, витаминах, микро- и макроэлементах, и других биологически значимых нутриентах.

О лечебные свойства пахты, молочной сыворотки и обезжиренного молока утверждается в трудах и рекомендациях многих врачей далекого прошлого. Уже в древности, при назначении диетического питания больным, страдающим сердечно-сосудистыми заболеваниями и ожирением, были известны и определены преимущества этих продуктов [190, 192, 194].

Ученые, врачи и технологи придают большое значение молоку и молочным продуктам как универсальным лечебным продуктам и стремятся сохранить все основные компоненты молока - белки, углеводы, витамины и минеральные соли. Большое распространение в качестве лечебных получили такие молочные продукты, как обезжиренное молоко, молочная сыворотка, пахта, а также продукты на их основе, особенно кисломолочные [130].

Важное значение в лечебном и диетическом питании имеет молочная сыворотка - наименее энергетически ценный молочный продукт, в то же время

обладающий выраженным свойством возбуждать секрецию желудочных пищеварительных желез. Переработка сыворотки и ее отдельных компонентов является важной проблемой современной науки и технологии и позволяет решить различные социальные и экологические проблемы. Использованию сыворотки для производства молочного сахара, белковых концентратов, лакту-лозы и др. продуктов посвящены труды российских ученых С. В. Василисина, П. Г. Нестеренко, В. Е. Жидкова, С. А. Рябцевой, П. Ф. Крашенинина, Э. Ф. Кравченко, В. Д. Суркова, М. С. Коваленко, М. В. Залашко, В. А. Павлова, Г. Б. Гаврилова, А. Г. Храмцова, И. А. Евдокимова, Н. Я. Дыкало, Д. Н. Володина, Т. П. Бачуриной и зарубежных: T. Paterson, T. Senkevich, К. Н. Ridel, W. Zadow, В. Horton и др.

Работы по исследованию молочной сыворотки и применению ее в молочных продуктах активно ведутся в СКФУ на кафедре прикладной биотехнологии в научной школе «Живые системы» под руководством Храмцова Андрея Георгиевича и Евдокимова Ивана Алексеевича и открывают новые возможности для переработки и использования ценного белково-углеводного сырья и создания новых функциональных продуктов питания.

В настоящее время остро стоит проблема полной переработки вторичного молочного сырья. Сыворотка является перспективным сырьем для получения большого количества различных продуктов питания, это способствует решению проблемы использования молочной сыворотки, так как уровень ее промышленной переработки составляет 50 %, в том числе на пищевые цели используется менее 20 %. В последние годы в Российской Федерации из более чем полутора тысяч молочных предприятий отрасли лишь около 700 перерабатывают молочную сыворотку [7, 8, 100, 101, 102, 124]. Необходимость полной переработки молочной сыворотки и снижения ее потерь обусловлена как экономической целесообразностью, так и необходимостью охраны окружающей среды [188, 192, 191].

Полученную после удаления жира и белков из молока сыворотку можно рассматривать как истинный раствор. Состав и свойства молочной сыворотки

обусловлены видом основного продукта и особенностями технологии его получения, а также аппаратурно-технологическим оформлением процесса. Различают следующие виды сыворотки: подсырную, творожную, казеиновую [188].

Творожную сыворотку очень трудно перерабатывать, что связано с тремя факторами:

- высокая кислотность;

- высокое содержание солей;

- высокое содержание лактозы.

Проведено большое количество конструкторских и научно-исследовательских работ по созданию необходимого оборудования, разработке и совершенствованию технологических процессов, и специализированных производств по переработке сыворотки. Эти технологии зачастую не позволяют перерабатывать большие объемы сырья или являются дорогостоящими. Особенно остро эта проблема стоит с переработкой кислой (творожной и казеиновой) сыворотки. Кислая сыворотка плохо подвергается технологическим операциям, сгущению и сушке. Получаемый при этом продукт имеет низкое качество и не может быть использован при производстве продуктов питания.

Вместе с тем, являясь уникальной по компонентному составу биологической жидкостью, молоко обладает чрезвычайно сложной молекулярно-коллоидной структурой, стабильность которой весьма чувствительна к изменению активной и титруемой кислотности. Это обстоятельство ограничивает развитие концепции безотходной переработки творожной сыворотки и обогащения молочных продуктов компонентами сыворотки из-за необходимости строго выдерживать уровень их кислотности в безопасном диапазоне значений, обеспечивающем при стерилизации и хранении стабильность системы. Проблема состоит еще в том, что нейтрализация творожной сыворотки с помощью корректирующих химических реагентов, в большинстве случаев, приводит к снижению ее органолептических характеристик и аллергенности белковых фракций [179].

Повышенная кислотность может быть устранена реагентным и безреа-гентными способами.

В связи с выше изложенным, всё большее внимание, в настоящее время, стало уделяться применению современных высокотехнологичных мембранных методов переработки молочного сырья, ультрафильтрации, обратного осмоса, нанофильтрации и электродиализа, позволяющих изменять состав и свойства и получать новые виды концентратов.

В настоящий момент электродиализ занимает одно из основных положений, как наиболее эффективный способ удаления из молочной сыворотки соли при практически неизменном содержании основных компонентов. Это приводит к улучшению ее органолептических и физико-химических показателей, что открывает широкие возможности ее использования при производстве продуктов высокого качества.

В молочной промышленности деминерализация - это путь крупномасштабной промышленной переработки сыворотки при дальнейшем её использовании на пищевые цели, при чем, удельный вес затрат на процесс деминерализации сыворотки, не превышает 4% себестоимости продукции [188, 190, 194].

Однако большой интерес вызывает интенсификация данного процесса: применение мембран нового поколения, изменением технологических режимов. Применение электродиализа для обработки вторичного молочного сырья является актуальными и может стимулировать развитие инноваций в отечественной молочной отрасли.

Выбор направления исследований связан с проблемой переработки творожной сыворотки, стоящей перед молокоперерабатывающими предприятиями, и поиском эффективных способов получения и использования ценных компонентов молочной сыворотки.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ И НАПРАВЛЕНИЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТВОРОЖНОЙ СЫВОРОТКИ

1.1 Характеристика основных технологий использования

творожной сыворотки В России, как правило, молочная сыворотка подлежит возврату сдатчикам молока для выкармливания сельскохозяйственных животных или сбрасывается в канализацию, в результате чего наносится значительный вред экологии. По расчетам, на окисление в течении пяти суток органических соединений, содержащихся в одном литре молочной сыворотки, попавшей в сточные воды, потребляется от 34 до 39,2 кг кислорода [89]. Каждая тонна молочной сыворотки, попавшая в сточные воды, загрязняет водоем, так же, как 100 м3 хозяйственно бытовых стоков [37, 180, 194]. Поэтому вопросы, связанные с переработкой и рациональным использованием сыворотки остаются актуальными для молочной промышленности России до настоящего времени. Помимо этого, не следует забывать о экологической безопасности технологий [94].

Что касается ассортимента производимых из молочной сыворотки в РФ продуктов, то, согласно официальной статистике [45], он достаточно скуден (таблица 1.1).

Таблица 1.1- Ассортимент продуктов из молочной сыворотки, тыс.т.

Год Молочный сахар-сырец Молочный сахар рафинированный Сухая сыворотка Сгущенная сыворотка Обогащенная сыворотка

2003 2,1 0,08 8,0 0,7 10,5

2004 1,8 0,07 12,8 - 29,3

2005 1,02 0,09 19,9 - 32,1

2006 0,91 0,084 29,07 - 2,33

Представленные данные показывают, что только производство сухой сыворотки динамично развивается. Этот процесс аналогичен тому, который происходил и в других странах Мира (Нидерланды, США, Германия, Франция и т.д.) [255, 256]. Еще совсем недавно сухая сыворотка была одним из основных направлений переработки. За границей считается, что сушка молочной сыворотки, даже при высокой стоимости энергоносителей, гораздо выгоднее,

чем штрафы за слив молочной сыворотки в сточные воды и в водоемы без предварительной обработки. Однако в последние годы объемы молочной сыворотки, направляемой на сушку, уменьшаются за счет ее более глубокой и рациональной переработки [74, 98, 194].

Не так давно ассортимент был более разнообразен [40, 41], он насчитывал более 1000 наименований и постоянно расширялся. Исходя из основных направлений промышленного использования и группировки продуктов по ассортиментному признаку, на рисунке 1.1 представлена схема основных направлений переработки молочной сыворотки [9, 194, 196].

Ассортимент продуктов производимых из молочной сыворотки:

- продукты из подсырных сливок: масло крестьянское, масло сливочное подсырное, масло сливочное любительское, масло из сливок творожной сыворотки;

- белковые продукты: сырки альбуминные, молоко альбуминное, альбумин молочный пищевой, паста детская, творог альбуминный «Надуги», сырная масса «Кавказ», белок сывороточный растворимый сухой и др.;

- напитки: сыворотка молочная пастеризованная, сывороточный напиток с ванилином, напиток «Здоровье», напиток «Столовый», напиток «Полевой» и

' др-;

- продукты биологической обработки: молочная кислота, этиловый спирт, лимонная кислота и др.;

- молочный сахар;

- сгущенные концентраты: сыворотка молочная сгущенная, сыворотка молочная концентрированная, сыворотка молочная сквашенная сгущенная и др.;

- сухие концентраты: сыворотка молочная сухая, сухой белково-углеводный концентрат «Белгородский» и др.;

- мороженое;

- сывороточные сыры: сыры «Белоснежка», «Пчелка», «Чебурашка», «Варденисский», «Жажик», сыр школьный, сыр ставропольский и др.

1

Молочная сыворотка

Продукты с использование отдельных компонентов сыворотки

I

Жир

V

П одсы рн ы е сл ивки

I

масло сливочное подсырное, масло сливочное любительское;о м асло

крестьянское; © использование сливок в производстве сыров; о

масло из сливок творожной сыворотки. И

I

Белок

Бел ковы е п родукты

т

молоко альбуминное; альбумин молочны й пищевой; КС Б; сырная масса для

плавления; с? белок

сы вороточный растворимый сухой; сыры. о

I

Углеводы

т

Молочный сахар

различные виды молочного сахара; .©>■

получение производных лактозы. о;к

В качестве сырья используется: подсырная сыворотка - о творожная сыворотка - я

Продукты с использование всех компонентов сыворотки

* 1 1

Н ап итки Сгущенные и сухие концентраты Продукты на основе биохимической обработки

квас молочныи о крошечный; ©га сы вороточны й напиток с о ■ томатны м соком; квас "Новый";©4® сы воротка молочная ■

пастеризованная; сы вороточны й напиток с ■

сахаром;напиток "Столовый"; в напиток

"Березка". ■

концентрат сы вороточны й яичный; ■

"БК-лакт"; сухая гранулированная молочная сы воротка; ■ сы воротка дем инерали-зованная полученная методом о

электродиализа; полуфабрикат о УК-2; продукт о молочный сухой С М П ; сы воротка молочная сгущенная; о ■ сы воротка о я молочная концентрированная; сы воротка с>щ молочная сухая; полуф абрикат УК-1. о ■

молочная кислота; ©я лимонная кислота, о ■ этиловый спирт; биопаста © ■ альбуминная; сы воротка молочная сгущенная & _ гидролизованная; С ГОЛ; -о я

сы воротка молочная аммонизированная сгущенная; щ лактат кальция кормовой из молочной сыворотки. ©■

Рисунок 1.1- Основные направления переработки молочной сыворотки

1.1.1 Технологии продуктов с использованием отдельных компонентов сыворотки

Использование отдельных компонентов молочной сыворотки дает возможность технологам молочной промышленности вырабатывать продукты на основе сывороточных белков; продукты на основе молочного жира и казеиновой пыли; продукты на основе молочного сахара [186].

Подсырные сливки - концентрат жировых шариков, полученный при сепарировании всех видов молочной сыворотки.

Сливки из творожной сыворотки имеют чистый, умеренно кислый вкус с привкусом творожной сыворотки, цвет от бело- до слабо-желтого, однородную консистенцию.

Сливки используют для нормализации смеси при выработке сыров, под-сырного масла, плавленых сыров и мороженого, а также некоторых видов масла для непосредственной реализации.

Высокая пищевая и диетическая ценность белков молочной сыворотки делает целесообразным их получение и использование для непосредственного потребления или в качестве полуфабрикатов для обогащения пищевых продуктов. Белки из молочной сыворотки можно извлекать тепловой денатурацией или в смеси с обезжиренным молоком (пахтой) с изменением реакции среды, высаливанием, адсорбцией на �