автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Разработка технологии фруктовых добавок на основе глюкозо-галактозного сиропа, полученного из творожной сыворотки с применением мембранных методов

На правах рукописи

Сомов Виталий Сергеевич

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ФРУКТОВЫХ ДОБАВОК НА ОСНОВЕ ГЛЮКОЗО-ГАЛАКТОЗНОГО СИРОПА, ПОЛУЧЕННОГО ИЗ ТВОРОЖНОЙ СЫВОРОТКИ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕМБРАННЫХ МЕТОДОВ

Специальность: 05.18.04 - Технология мясных, молочных и

рыбных продуктов и холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

28 НОЯ 2013

Ставрополь-2013

005540965

005540965

Работа выполнена в федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Северо-Кавказский федеральный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Евдокимов Иван Алексеевич

Официальные оппоненты: Петров Андрей Николаевич

член-корр. Россельхозакадемии, доктор технических наук, ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт консервной и овощесушильной промышленности» Россельхозакадемии, директор

Юрова Елена Анатольевна,

кандидат технических наук, ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт молочной промышленности» Россельхозакадемии (ГНУ ВНИМИ), лабораторией технохимического контроля, заведующий

Ведущая организация: ГНУ «Научно-исследовательский институт

детского питания» Россельхозакадемии (ГНУ НИИДП), г. Истра

Защита состоится 19 декабря 2013 г. в 13.00 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.245.05 при ФГАОУ ВПО «СевероКавказский федеральный университет» по адресу: 355009, г. Ставрополь, ул. Пушкина, 1, кор. 3, ауд. 506.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет» по адресу: 355009, г. Ставрополь, ул. Пушкина, 1. С авторефератом - на сайтах СКФУ www.ncfu.ru и ВАК Министерства образования и науки РФ www.vak.ed.gor.ru/ru/dissertation/

Автореферат разослан « ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета у

доктор технических наук, профессор В.И. Шипулин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время особое внимание уделяется более полноценному и рациональному использованию всех составных частей молока в процессе его промышленной переработки. При производстве белковых молочных продуктов (сыр, творог) порядка 50% сухих веществ молока переходит в сыворотку, которая является ценным лактозосодержащим сырьем. Проблема рационального использования молочной сыворотки не решена полностью как в России, так и во всем мире.

Особо остро стоит проблема переработки кислой творожной сыворотки с высокой минерализацией. В последнее время все большее распространение получают мембранные методы обработки молока и молочного белково-углеводного сырья. При производстве творога с помощью ультрафильтрации или получении концентрата сывороточных белков образуются значительные объемы фильтрата (пермеата). Пермеат молочной сыворотки является перспективным сырьем для производства продуктов на основе лактозы и ее производных, в частности глюкозо-галактозных сиропов (ГГС).

Теоретические и практические основы технологии продуктов с гидролизованной лактозой на основе молочной сыворотки заложены в трудах Полянского К.К., Кравченко Э.Ф., Храмцова А.Г., Евдокимова И.А., Дыкало Н.Я., Серова A.B., Свириденко Ю. А., Смурыгина В. Ю., Авдалян Г.В., Zadow J. G., Thompkinson D.K. и других ученых.

Перспективным является использование ГГС в пищевой промышленности, позволяющее получать диетические продукты с пониженным содержанием сахарозы.

Таким образом, актуальность работы основана на безотходной переработке творожной сыворотки и использовании ГГС для производства фруктовых добавок.

Диссертационная работа выполнялась в рамках научно-технической программы Союзного государства «Повышение эффективности

пищевых производств за счет переработки их отходов на основе прогрессивных технологий и техники» (2010-2012 г.г.). по мероприятию 3.1.8. «Разработка и изготовление опытного образца установки производительностью 100 кг/час по испаренной влаге для получения концентрированной и сухой деминерализованной и гидролизованной молочной сыворотки, производительностью 10 кг/час».

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является изучение процессов ферментативного гидролиза лактозы в творожной сыворотке, обработанной мембранными методами, и разработка технологии фруктовой добавки на основе полученного глюкозо-галактозного сиропа.

В соответствии с целью в рамках работы решались следующие задачи:

• изучить возможность использования творожной сыворотки и её пермеата, как сырья для производства глюкозо-гапактозных сиропов методом ферментативного гидролиза;

• провести сравнительный анализ эффективности применения различных ферментных препаратов для гидролиза лактозы в творожной сыворотке и пермеате творожной сыворотки;

• определить оптимальные значения технологических параметров, при которых достигается максимальная степень гидролиза лактозы в сиропах творожной сыворотки и пермеата творожной сыворотки;

• изучить углеводный и ионный состав глюкозо-галактозного сиропа, полученного из деминерализованной творожной сыворотки и деминерализованного пермеата творожной сыворотки;

• исследовать хранимоспособность глюкозо-гапактозных сиропов из творожной сыворотки и пермеата в зависимости от степени гидролиза и уровня деминерализации;

• определить основные факторы, влияющие на сенсорное восприятие сладости ГГС;

• разработать аппаратурно-процессовую схему производства фруктовой добавки с использованием глюкозо-галактозного сиропа, полученного из

пермеата творожной сыворотки, и провести промышленную апробацию технологии;

• определить риски и критические контрольные точки на принципах НАССР, провести экологический мониторинг технологии производства ГГС и фруктовых добавок;

• провести маркетинговые исследования и технико-экономическую оценку технологии производства фруктовой добавки с использованием глюкозо-галактозного сиропа.

Научная новнзна работы. Проведены комплексные исследования и изучены закономерности гидролиза лактозы в творожной сыворотке и ее пермеате с использованием различных ферментных препаратов в зависимости от содержания сухих веществ, рН и степени деминерализации. Получены уравнения регрессии, адекватно описывающие процесс гидролиза лактозы в пермеате творожной сыворотки, и определены оптимальные параметры. Исследован углеводный и ионный состав ГГС на основе пермеата творожной сыворотки с регулированием рН и в зависимости от степени деминерализации. Установлено влияние степени гидролиза лактозы на качественные, физико-химические показатели и хранимоспособность ГГС из пермеата творожной сыворотки. Проведена оценка сенсорного восприятия ГГС в зависимости от минерального состава и рН. Выявлено, что максимальную сладость ГГС имеют в слабокислой среде (рН 6,3-6,4), при этом, содержание ионов натрия и хлора, определяющих соленый вкус, и ионов калия, магния и фосфора, определяющих горький вкус, менее значимо, чем содержание молочной кислоты.

Новизна технических решений подтверждена патентом РФ «Фруктовый наполнитель, способ его производства и содержащий его пищевой продукт», № 2495595 опубл. 20.10.2013.

Практическая значимость работы. Разработана технология и внесены изменения в техническую документацию на производство фруктовой добавки с использованием глюкозо-галактозного сиропа,

полученного из деминерализованного пермеата творожной сыворотки (ТУ 9163-035-05268977-03 «Наполнители для пищевых продуктов. Технические условия»). Проведены опытно-промышленные выработки ITC из пермеата творожной сыворотки и фруктовой добавки на его основе (ОАО «Лианозовский молочный комбинат», г. Москва).

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на различных международных, всероссийских и региональных научно-технических конференциях: «Пища, Экология, Человек» (г. Москва, 2001); «Инновации и современные технологии в производстве и переработке сельскохозяйственной продукции» (г. Ставрополь, 2011); «Молочная индустрия мира и РФ» (г. Москва, 2012); «Наука. Образование. Молодежь», посвященная 55-летию АТУ (г. Алматы, Казахстан, 2012); «Новые технологии и оборудование - основы успеха работы молочной промышленности в условиях ВТО» (г. Адлер, 2012); II торговый форум Сибири (г. Омск, 2013); «Research and Development» (Chicago, USA, 2013).

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 14 публикациях, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 1 патент.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, содержащего 151 наименование, в том числе 27 иностранных, и приложений. Работа изложена на 137 страницах машинописного текста, содержит 43 таблицы, 27 рисунков и 4 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность и цель работы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Анализ состояния вопроса и задачи исследования» рассмотрено современное состояние и тенденции использования лактозосодержащего сырья. Проведен анализ особенностей белкового и углеводного состава. Представлен обзор современных способов переработки. Охарактеризованы наиболее перспективные способы применения при

производстве продуктов питания. Обоснована актуальность производства фруктовых добавок на основе лактозосодержащего сырья. В соответствии с проведенным анализом научной литературы и поставленной целью сформулированы задачи научной работы.

Во второй главе «Организация проведения экспериментов, объекты и методы исследований» представлена схема исследований (рисунок 1), описаны объекты, физико-химические и биохимические методы исследования. Дано описание специфичных методик для определения содержания золы, высокоэффективной жидкостной хроматографии, степени гидролиза. Приведены данные о математическом планировании и обработке результатов экспериментов.

В третьей главе «Изучение параметров ферментативного гидролиза в творожной сыворотке и се пермеате» изложены результаты исследований по определению оптимальных условий для действия ферментных препаратов р-галактозидазы в лактозосодержащем сырье. Основными параметрами для изучения стали: влияние массовой доли сухих веществ (%), рН творожной сыворотки и пермеата творожной сыворотки, температура (°С) и продолжительность процесса (мин) гидролиза, дозировка ферментного препарата и минеральный состав пермеата.

Проанализированы состав и свойства творожной сыворотки и ее пермеата. Основное отличие состоит в содержании азотистых веществ - в пермеате количество белка меньше, что обусловлено спецификой процесса ультрафильтрации, в результате которого получают пермеат.

На основании априорной информации были выбраны ферментные препараты р-галактозидазы - «На-1ас1а5е», «МахПасЪ) и (кетгут», которые в дальнейшем использовались для проведения исследований.

Изучение влияния массовой доли сухих веществ в творожной сыворотке и пермеате на рН среды показало, что увеличение массовой доли сухих веществ практически не оказывает влияния на рН среды.

АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

I ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ | | ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ |

Рисунок 1 - Схема проведения исследований

Дальнейшим этапом исследований являлось определение оптимального вида ферментного препарата, подбор его дозировки, изучение влияния температуры на степень гидролиза лактозы в творожной сыворотке и в пермеате творожной сыворотки.

Результаты исследования влияния температуры и дозировки ферментного препарата на степень гидролиза лактозы представлены в таблице 1. Это связано с тем, что фермент работает в определенном диапазоне температур (таблица 1).

Таблица 1 - Максимальная степень гидролиза, достигаемая каждым ферментным препаратом при различных температурах и дозах внесения

Фермент Дозировка, мл/л Температура процесса, °С

35 40 45

1 2 1 2 1 2

«Махіїасі» 0,4 47,0±0,1 49,0±0,1 55,6±0,1 57,5±0,1 49,0±0,1 50,0±0,1

0,7 55,0±0,1 56,0±0,1 59,7±0,1 63,7±0,1 55,7±0,1 57,7±0,1

1,0 62,0±0,1 64,0±0,1 62,7±0,1 65,7±0,1 61,7±0,| 63,7±0,1

«На-Іааазе» 0,4 43.8±0,| 45,8±0,1 58,2±0,1 59,2±0,1 37,6±0,1 38,6±0,1

0,7 51,6±0,1 54,6±0,1 62,4±0,1 63,4±0.1 50,4±0,1 51,4±0,1

1,0 60,6±0,1 64,6±0,1 66,4±0,1 67,4±0,1 55,4±0,1 56,3±1),1

«Біегп/ут» 0,4 19,7±0,1 20,7±0,1 18,0±0,1 21,410,1 27,4±0,1 28,4±0,1

0,7 20,4±0,1 23,4±0,1 23,4±0,1 25,4±0,1 36,4±0,1 38,5±0,1

1,0 26,4±0,1 28,4±0,1 27,4±0,1 29,4±0,1 37,9±0,1 39,0±0,1

Примечание: 1 - сыворотка творожная: 2 - пермеат творожной сыворотки.

На основании проделанных экспериментов можно сделать вывод, что гидролиз протекает при всех выбранных для эксперимента температурах как в сыворотке, так и в пермеате. Однако, в пермеате процесс гидролиза протекает эффективнее, нежели в сыворотке, ввиду наличия балластных белковых веществ в молочной сыворотке, которые замедляют процесс гидролиза. Максимальная степень гидролиза как в творожной сыворотке так и в пермеате творожной сыворотки достигается при температуре 40°С и дозировке фермента 1 мл/л. Также во всех случаях максимальная степень гидролиза достигается по истечении 4 часов. При использовании фермента «На-Ьас1аяе» максимальное значение для сыворотки составило 66%, а для пермеата 67,4%, с ферментом «МахПасЬ> для сыворотки 62,7%, а для пермеата 65,7%. Таким образом, более целесообразно в качестве сырья в дальнейшем использовать пермеат творожной сыворотки.

Проведено исследование массовой доли сухих веществ на степень гидролиза лактозы, которое показало, что степень гидролиза лактозы возрастает с увеличением содержания сухих веществ с 6% до 18% и затем снижается при увеличении содержания сухих веществ до 55% (таблица 2).

Таблица 2 - Степень гидролиза лактозы в пермеате с различной массовой долей сухих веществ.

Время, часы Наименование ферментного препарата Степень гидролиза лак-тоіьі, % при мл. СВ

6% 18% 55 %

1 10 ±0,05 20 ± 0,05 10 ±0,05

12 ±0,05 15 ±0,05 10 ± 0,05

Sternzym 8 ± 0,05 15 ±0,05 10 ±0,05

г 19 ±0,05 40 ± 0,05 14 ±0,05

Ha-Lactase 21 ±0,05 35 ± 0,05 10 ±0,05

Sternzym 16 ±0,05 35 ± 0,05 10 ±0,05

3 30 ± 0,05 73 ± 0,05 14 ±0,05

34 ± 0,05 70 ± 0,05 10 ±0,05

Stern zym 20 ± 0,05 68 ± 0,05 10 ±0.05

4 42 ± 0,05 79 ± 0,05 14 ±0.05

49± 0,05 90 ± 0,05 10 ±0,05

Sternzym 25 ± 0,05 74 ± 0,05 10 ±0,05

5 57 ± 0,05 83 ± 0,05 16 ±0,05

62 ± 0,05 85 ± 0,05 12 ±0,05

Sternzym 28 ± 0,05 80 ± 0,05 12 ±0,05

Так же установлено, что повышением степени деминерализации степень гидролиза лактозы возрастает. Это объясняется тем, что при деминерализации происходит удаление одновалентных катионов и анионов, что способствует повышению активности фермента р-галактозидазы.

Определена зависимость степени гидролиза лактозы в пермеате с различным содержанием сухих веществ (6%, 18%, 55%) от уровня деминерализации (30%, 50%, 70%). Эксперимент проводился с использованием ферментного препарата «ЬЫаааБе», выбранного в ходе предварительных экспериментов. Продолжительность процесса гидролиза составляла 5 часов. Результаты исследований приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Зависимость степени гидролиза лактозы в пермеате с различным содержанием сухих веществ от уровня деминерализации (УД)

Содержание сухих вешеств в образце, % Без деминерализации УД = 30% УД = 50% УД = 70%

6 45 ± 0,05 76 ± 0.05 78 ± 0,05 83 ± 0.05

18 48 ± 0,05 77 ± 0.05 85 ± 0,05 90 ± 0.05

55 38 ± 0,05 70 ± 0,05 1 75 ± 0,05 79 ± 0,05

Таким образом, наибольшую степень гидролиза лактозы (90%) можно достичь при содержании сухих веществ порядка 18%, и уровне деминерализации 70%. При увеличении содержания сухих веществ эффективность процесса снижается.

На основании экспериментальных данных было реализовано математическое описание и графическое представление процесса ферментативного гидролиза лактозы для получения глюкозо-галактозного сиропа. С этой целью был проведен трехфакторный эксперимент.

В качестве варьируемых факторов Х|, Х2 и Х3 были выбраны температура ферментативного гидролиза (°С), продолжительность процесса (мин) и степень деминерализации (%) соответственно. В качестве выходного параметра Y была выбрана степень гидролиза лактозы в пермеате творожной сыворотке, %.

Математическая обработка данных эксперимента, проведенная в программе Fisher с использованием кодированных значений, позволила получить следующее уравнение регрессии, адекватно описывающее процесс: Y = 71,261 - 0,735 ■ X, + 13,091 • Х2 + 4,359 • Х3 - 7.842 ■ X,2 - 5,950 • Х22 - 9,999- Х32 + 0.475 • Х2 • Х3,

Для определения оптимальных значений варьируемых параметров были построены поверхности отклика выходного параметра и их сечения (рисунки 2,3,4).

Рисунок 2 - Поверхность отклика степени гидролиза лактозы и сечение поверхности отклика при фиксированном значении уровня деминерализации.

Рисунок 3 - Поверхность отклика степени гидролиза лактозы и сечение поверхности отклика при фиксированном значении продолжительности процесса.

Рисунок 4 - Поверхность отклика степени гидролиза лактозы и сечение поверхности отклика при фиксированном значении температуры процесса

Сопоставление сечений поверхности отклика позволило определить значения технологических параметров, при которых достигается максимальный выход продуктов реакции гидролиза лактозы (степень гидролиза не менее 70%): температура (40±2)°С; продолжительность (290±50) мин; уровень деминерализации (70±5) %.

В четвертой главе «Исследование влияния технологических факторов на качественные и сеснсорные характеристики глюкозогалактозного сиропа» исследовалось влияние основных технологических операций на показатели качества глюкозо-галактозных сиропов, их физико-химические, микробиологические и органолептические показатели.

Основной технологической операцией при производстве сиропов является концентрирование до содержания сухих веществ не менее 65%. Проведены экспериментальные выработки образцов глюкозо-галактозных сиропов с массовой долей сухих веществ 65 %. Для органолептической оценки выработанных сиропов использовалась комплексная оценка органолептического качества, учитывающая вклад отдельных органолептических показателей в общую оценку. Органолептические показатели глюкозо-галактозного сиропа указаны в таблице 4.

Таблица 4 - Органолептические показатели глюкозо-галактозного сиропа.

Наименование показателя Характеристики показателя

Внешний вид и консистенция Однородная, вязкая по всей массе продукта без наличия ощущаемых органолептически кристаллов молочного сахара

Вкус и запах Сладкий, чистый без посторонних запахов и привкусов

Цвет От светло желтого, до светло - кремового

Физико-химические показатели исследуемого глюкозо-галактозного сиропа представлены в таблице 5.

Таблица 5 - Физико-химические показатели глкжозо-галактозного сиропа

Наименование показателя Значение показателя

Массовая доля влаги %, не более 35,0

Массовая доля углеводов %, не менее 59,5

в том числе, глюкозы 25,5

галактозы 22,5

лактозы 11,5

Массовая доля золы %, не более 3,5

Содержание белка, %, не более 2,0

Исследован углеводный состав образцов глюкозо-галактозного сиропа с использованием метода ВЭЖХ. Углеводы в глюкозо-галактозном сиропе представлены в следующем соотношении: глюкоза - 25%, галактоза - 22%,

прочие сахара - 12%.

Важным показателем качества глюкозо-галактозного сиропа является кристаллизация лактозы, оставшейся после процесса гидролиза, что может отрицательно сказаться на качественных характеристиках готового продукта. Для оценки влияния степени гидролиза лактозы на образование кристаллов непрореагировавшей лактозы были выработаны образцы сиропов с различной степенью гидролиза: образец № 1 - (50 ± 2) %; образец № 2 - (70 ± 2) %; образец № 3 - (90 ± 2) %.

Полученные образцы закладывались на хранение при температуре 6°С. В процессе хранения через каждые 10 суток производили отбор проб для каждого значения степени гидролиза и определяли массу образовавшихся кристаллов лактозы. Степень выделения кристаллов определяли по формуле: Б^СМк/Мобр)* 100% (П

где Мк - масса кристаллов, выделившихся при центрифугировании, г; Мо6р = 100 г - масса образца, взятого для анализа.

Динамика кристаллообразования в процессе хранения образцов представлена на рисунке 5.

и і і і І О ГТ"і » » і ' і 1 і і >

О 10 20 ЗО 40 50 60 70 80 90 Сутки хранения ~#-(50±2)% -»#«»»(70+2)% • ф»(9012)%

Рисунок 5 - Динамики кристаллообразования лактозы в глюкозо -галактозном сиропе в зависимости от степени гидролиза

В ходе эксперимента установлено, что с ростом степени гидролиза снижается вероятность кристаллобразования в процессе длительного хранения глюкозо-галактозного сиропа. Наиболее интенсивное образование кристаллов лактозы наблюдается в первые 30 суток хранения. Для получения продукта с приемлемыми органолептическими характеристиками нецелесообразно производить глюкозо-галактозный сироп, если степень гидролиза лактозы меньше 70%.

Проведено исследование влияния показателя рН и минерального состава на сенсорное восприятие глюкозо-галактозных сиропов. В качестве исследуемых образцов на начальном этапе были взяты образцы глюкозогалактозного сиропа, выработанного из пермеата молочной сыворотки с рН=4,6 и водного раствора глюкозы и галактозы с аналогичным их процентным содержанием, как и в ГГС, и рН^6,5 (контрольный образец). Данные дегустации образцов отражены на рисунке 6 (А).

- - - ГГС т кислого пермеата с корректировкой рН=6,4 ГГС из пермеата с корректировкой рН=6,4

■>———ТГС из пермеата с корректировкой рН и деминерализацией 304 —— ГГС из пермеата с корректировкой рН и деминерализацией 50%

в Г

Рисунок 6 - Диаграмма вкусового восприятия ГГС произведенного из: А -кислого пермеата и водного раствора глюкозы и галактозы; Б - кислого пермеата с корректировкой рН и водного раствора глюкозы и галактозы; В — кислого пермеата с корректировкой рН=6,4 и кислого пермеата с корректировкой рН=6,4 и деминерализацией 30%; Г -кислого пермеата с корректировкой рН=6,4 и кислого пермеата с корректировкой рН=6,4 и деминерализацией 50%; Д -кислого пермеата с корректировкой рН=6,4 и кислого пермеата с корректировкой

По оценке дегустаторов образец, произведенный из кислого пермеата с низким значением рН, имел кисло-сладкий вкус с выраженными нотами соленого и горького. Водный раствор глюкозы и галактозы имел более выраженную сладость, фон кислоты не выражен, соленость и горечь не восприняты. Следовательно, сенсорное восприятие сладости сиропа зависит от рН, что максимальная сладость моносахаридов таких как глюкоза и галактоза, определяющих сладость глюкозо-галактозного сиропа, проявляется в слабо кислой среде. Также на сенсорное восприятие сиропов

Вкус

~ — -ГГС из пермеата с корректировкой рН=6/ —— ГГС из пермеата с корректировкой рН и деминерализацией 704

Сладость

оказывает влияние и минеральный состав, поскольку контрольный раствор глюкозы и галактозы не содержал солей, присутствующих в пермеате.

На следующем этапе исследований проводилась корректировка рН глюкозо-гапактозного сиропа до значения рН=6,4, путем внесения в него раствора гидроксида натрия. Вкусовой профиль указанного образца, представленный на рисунке 6 (Б), свидетельствует о том, что ярко выраженной разницы в восприятии сладости между образцами не выявлено.

Содержание минеральных солей в образцах ГТС без регулировки и с регулировкой рН приведены в таблице 6.

Таблица 6 - Данные ионного состава глюкозо-галактозных сиропов

Наименование параметра Ед измерения ГТС из кислого нермеата ГГС из кислого пермеа га с корректировкой рН=6,4

Содержание солей % 5,2±0,2 5,2 ± 0,2

рН - 4,6±0,01 6,4 ±0,01

Хлориды ррт 540±10 535 ± 10

Кальций ррт 976±10 970 ±10

Фосфаты (Р) РРт 676 ±10 665 ±10

Калий ррт 2750 ±10 2740±10

Магний ррт 150 ±10 145 ±10

Натрий ррт 704 ±10 710 ± 10

Молочная кислота ррт 7000±250 5150 ±150

Выявлено, что содержание ионов натрия и хлора, определяющих соленый вкус, а также ионов калия, магния и фосфора, определяющих горький вкус, значительно ниже, чем содержание молочной кислоты, а следовательно их влияние на вкусовое восприятие менее значимое.

Для подтверждения зависимости восприятия сладости сиропа от рН и минерального состава проведены исследования, в ходе которых образцы сиропов с корректировкой рН сравнивались по сенсорному восприятию с образцами сиропов, при получении которых после корректировки рН дополнительно проводилась деминерализация до различных уровней (30%, 50%, 70%). Результаты сенсорной оценки выработанных образцов представлены на рисунке 6 (В, Г, Д). Как видно из диаграмм, чем выше степень деминерализации ГГС, тем лучшее восприятие сладости у образцов.

Процесс деминерализации позволяет снизить содержание одновалентных ионов, таких как натрий, калий и двухвалентных ионов, таких как магний, при этом восприятие сладости также улучшатся.

Результаты исследований ионного состава сиропов с различным уровнем деминерализации отражены в таблице 7.

Таблица 7 - Ионный состав глюкозо-галактозных сиропов в

зависимости от степени деминерализации

Параметр Ед. измер Основа для глюкозо-галактозного сиропа

Пермеат творожной сыворотки коррект. рН Пермеат творожной сыворотки, УД=30% Пермеат творожной сыворотки, УД=50% Пермеат творожной сыворотки, УД=70%

Содержание солей % 5,25±0.2 3,65±0.2 2,6±0.2 1,58±0.2

рН 6.4±0.01 6,4±0.01 6,3±0.01 6,3±0.01

Хлориды ррт 535 ± 10 375 ± 10 267 ± 10 160± 10

Кальций ррт 970 ± 10 679 ± 10 485 ± 10 291 ± 10

Фосфаты (Р) ррт 665± 10 465 ± 10 332 ± 10 199 ± 10

Калий ррт 2740±10 1918 ± 10 1370 ±10 822 ± 10

Магний ррт 145 ± Ю 101 ± 10 72 ± 10 43 ± 10

Натрий ррт 710± 10 497 ± 10 355 ±10 213 ± 10

Молочная кислота ррт 5150±150 3 710±150 2650±150 1590±150

Максимальную сладость ГГС проявляет в слабокислой среде. Также чем больше степень деминерализации у ГГС, тем более сладким он воспринимается. Для дальнейшей разработки фруктовой добавки был выбран образец, произведенный из пермеата творожной сыворотки с корректировкой рН до 6,4 и степенью деминерализации не менее 70%, как образец, показавший наилучший результат на основе органолептического восприятия.

В пятой главе «Разработка технологии Фруктовых добавок с использованием глюкозо-галактозного сиропа» основываясь на проведенных исследованиях, была разработана технология производства фруктовой добавки с использование глюкозо-галактозного сиропа.

Разработаны дополнения в техническую документацию на производство фруктовой добавки - ТУ 9163-035-05268977-03 «Наполнители для пищевых продуктов. Технические условия».

Произведены опытно-промышленные выработки фруктовой добавки (ОАО «Лианозовский молочный комбинат», г. Москва).

Принципиальная схема производства фруктовой добавки на основе глюкозо-галактозного сиропа представлена на рисунке 7.

Рисунок 7 - Принципиальная схема производства фруктовой добавки.

Проведен мониторинг, определены риски и критические контрольные точки с использованием принципов НАССР.

Расчеты технико-экономических показателей свидетельствуют о том, что внедрение технологии производства фруктовых добавок с глюкозо -

галактозным сиропом является экономически целесообразным, что при производстве 1 т фруктовой добавки экономия составляет до 57%.

Выводы

1. Обоснована и экспериментально подтверждена возможность использования творожной сыворотки и её пермеата, как сырья для производства ГГС методом ферментативного гидролиза.

2. Проведен сравнительный анализ эффективности применения различных ферментных препаратов («Sternzym», «Maxilact», «Ha-Lactase», «Лактоканесцин», «Lactozym pure») для гидролиза лактозы в творожной сыворотке и пермеате. Установлено, что максимальная степень гидролиза достигается в пермеате творожной сыворотки с использованием фермента «Ha-Lactase».

3. Определены оптимальные значения технологических параметров, при которых достигается максимальная степень гидролиза лактозы: температура 40°С; продолжительность 240 мин; уровень деминерализации 70 %.

4. Изучен углеводный состав глюкозо-галактозного сиропа, полученного из деминерализованного пермеата творожной сыворотки, определены максимальные значения глюкозы (25%) и галактозы (22%) при минимальном значение побочных продуктов - лактозы и других Сахаров (12%), в сиропе с концентрацией 65% сухих веществ.

5. Исследована хранимоспособность ГГС из пермеата творожной сыворотки и подтверждена закономерность снижения кристаллообразования лактозы -(5,34±0.01)%, (2,32±0.01)%, (0,91 ±0.01)% в зависимости от степени гидролиза (50 ± 2)%, (70 ± 2)%, (90 ± 2)% соответственно.

6. Доказано, что основными факторами, влияющими на сенсорное восприятие сладости ГГС, является рН и минеральный состав. Выявлено, что максимальную сладость ГГС имеют в слабокислой среде (рН 6,3-6,4).

7. Доказана целесообразность использования глюкозо-галактозного сиропа из деминерализованного пермеата творожной сыворотки в производстве фруктовых добавок, разработана технология и изменение в техническую

документацию ТУ 9163-035-05268977-03 «Наполнители для пищевых продуктов. Технические условия». Промышленная апробация технологии осуществлена на ОАО «Лианозовский молочный комбинат».

8. Определены риски и критические контрольные точки с использованием принципов НАССР, проведены экологический мониторинг и оценка безопасности технологии производства фруктовых добавок.

9. Проведена маркетинговая и технико-экономическая оценка технологии производства фруктовой добавки с использованием ГТС, подтвердившие конкурентоспособность и социальную значимость продукта.

По теме диссертации опубликованы следующие основные работы:

1. Усков, В.И. Использование современных информационных технологий для изучения биотехнологии молочных продуктов [Текст] / В. И. Усков, H.A. Тихомирова, B.C. Сомов / Пища, Экология, Человек: материалы IV Международной научно-технической конференции - Москва, 2001,-с. 421-422.

2. Шалыгина, A.M. Электронные учебные пособия по темам: «Состав молока», «Физико-химические свойства молока» [Текст] / A.M. Шалыгина, H.A. Тихомирова, B.C. Сомов / Пища, Экология, Человек: материалы IV Международной научно-технической конференции. - Москва, 2001, -с. 426-427.

3. Сомов, B.C. Перспективы использования глюкозо-галактозного сиропа в молочной промышленности [Текст] / B.C. Сомов, И.А. Евдокимов, В.А. Михнева, JI.B. Акифьева / Инновации и современные технологии в производстве и переработке сельскохозяйственной продукции: материалы VII Международной научно-практической конференции. - Ставрополь, 2011, -с. 113-116.

4. Михнева, В.А. Использование гидролиза лактозы в производстве молочных продуктов с фруктово-ягодными наполнителями [Электр.] / В.А. Михнева, И.А. Евдокимов, B.C. Сомов / Молочная индустрия мира и Российской Федерации: материалы X Международной научно-практической конференции. - Москва, 2012, - с. 48-49.

5. Михнева, В.А. Производство глюкозо-галактозных сиропов -перспективный способ переработки молочной сыворотки [Текст] / В.А. Михнева, И.А. Евдокимов, B.C. Сомов / Наука. Образование. Молодежь: материалы Республиканской научно-практической конференции молодых ученых, посвященной 55-летию АТУ. - Алматы, 2012, - с. 123 — 124.

6. Михнева, В.А. Гидролизаты лактозы для молочных продуктов с фруктово-ягодными наполнителями [Текст] / В.А. Михнева, И.А. Евдокимов, B.C. Сомов // Молочная промышленность. - 2012. - №7. - С.58 - 59.

7. Сомов, B.C. Влияние минерального состава сыворотки на процесс гидролиза лактозы [Текст] / B.C. Сомов, И.А. Евдокимов, В.А. Михнева / Новые технологии и оборудование - основы успеха работы молочной промышленности в условиях ВТО: материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Адлер, 2012, - с. 123-124.

8. Золоторева, М.С. Анализ переработки молочной сыворотки и создание перспективных ресурсосберегающих технологий [Текст] / М.С. Золоторева, И.А. Евдокимов, Д.Н. Володин, B.C. Сомов // Современная наука и инновации. - 2013 .- № 1.-е. 37-44.

9. Сомов, B.C. Гидролизаты лактозы в производстве диетических молочных продуктов [Текст] / B.C. Сомов, И.А. Евдокимов, В.А. Михнева / Сборник материалов II торгового форума Сибири - Омск: ООО «Асмин Принт», 2013, - 417 С. - с. 363-365.

10. Олешкевич, О.И. Исследование утилизации углеводов молочного сырья дрожжевой микрофлорой кисломолочных продуктов [Электр.] / О.И. Олешкевич, И.К. Куликова, О.В. Жигулина, И.А. Подсвирова, B.C. Сомов // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) Краснодар: КубГАУ, 2013. -№06(090). - С. 1 - 14.

U.Somov, V.S. Application of whey-derived syrups in dairy products [Электр.] / V.S. Somov, S.I. Perminov, Y.K. Kurash, S.N. Knyazev // Research and Development (Journal of Barrington University) Chicago, IL, USA, 2013 Documents of annual R&D conference. - Page of second day, hot topic discussion 2.

12. Somov, V.S. Partial replacement of sodium by whey salts in products [Электр.] / V.S. Somov, S.I. Perminov, S.N. Knyazev, M.N. Omarov H Research and Development (Journal of Barrington University) Chicago, IL, USA, 2013 Documents of annual R&D conference. - Page of second day, hot topic discussion 2.

13. Евдокимов, И.А. Мембранные технологии в молочном производстве [Текст] / И.А. Евдокимов, Д.Н. Володин, B.C. Сомов, Б.В. Чаблин, В.А. Михнева, М.С. Золоторева // Молочная промышленность. - 2013. - № 9 - с.15-16.

14. Пат. № 2495595 Российская Федерация, МПК А 23 L 1/06 (2006.01), Фруктовый наполнитель, способ его производства и содержащий его продукт [Текст] / Сомов B.C., Князев С.Н., Перминов С.И.; заявитель и патентообладатель ОАО «Вимм-Билль-Данн». - № 2011154292/13; 30.12.2011; опубл. 20.10.2013, Бюл. № 29 - 16 с.

Подписано в печать 15.11.2013

Формат 60x84/16. Гарнитура Times New Roman

Бумага офсетная. Печать трафаретная Усл. печ. л. 1,0. Тираж 110 экз. Заказ № 13088.

ООО «Ставропольское издательство «Параграф» 355017, г. Ставрополь, ул. Мира, д. 278 «Г» тел.: 8(8652) 24-55-54; 8-928-339-48-78

Отпечатано в ООО «Ставропольское издательство «Параграф»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

УДК 637.146 На правах ]^кописи

04201453665 Сомов Виталий Сергеевич

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ФРУКТОВЫХ ДОБАВОК НА ОСНОВЕ ГЛЮКОЗО-ГАЛАКТОЗНОГО СИРОПА, ПОЛУЧЕННОГО ИЗ ТВОРОЖНОЙ СЫВОРОТКИ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕМБРАННЫХ

МЕТОДОВ

Специальность: 05.18.04 - Технология мясных, молочных и рыбных

продуктов и холодильных производств

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор,

Евдокимов И.А.

Ставрополь - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 7

1.1 Современное состояние и тенденции использования лактозосодержащего сырья 7

1.2 Особенности углеводного и белкового состава

лактозосодержащего сырья - молочной сыворотки 14

1.3 Мембранные методы фракционирования и концентрирования лактозосодержащего сырья 20

1.4 Гидролиз лактозы как перспективный способ переработки лактозосодержащего сырья 28

1.5 Фруктовые добавки в молочной промышленности 35

1.6 Обоснование выбора направления и задачи исследований 38 ГЛАВА 2 ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 40

2.1 Организация работы и схема проведения исследований 40

2.2 Объекты исследований 42

2.3 Методы исследования 45 2.3.1 Определение степени гидролиза лактозы 47 2.3.2. Методы определения золы 47

2.4 Математическое планирование и обработка результатов экспериментов 48 ГЛАВА 3 ИЗУЧЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ФЕРМЕНТАТИВНОГО ГИДРОЛИЗА ЛАКТОЗЫ В ТВОРОЖНОЙ СЫВОРОТКЕ И ПЕРМЕАТЕ 52

3.1 Сравнительный анализ различных ферментных препаратов

(3 - галактозидазы для гидролиза лактозы в лактозосодержащем сырье 53

3.2 Изучение влияние массовой доли сухих веществ на рН

творожной сыворотке и пермеата 57

3.3 Определение температуры и дозировки препаратов

р - галактозидазы при гидролизе лактозы в творожной сыворотке и пермеате 58

3.4 Изучение влияния массовой доли сухих веществ и минерального состава в пермеате творожной сыворотки на степень гидролиза

лактозы 61

3.5 Оптимизация процесса ферментативного гидролиза лактозы в пермеате творожной сыворотки. 66

ГЛАВА 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА КАЧЕСТВЕННЫЕ И СЕНСОРНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ГЛЮКОЗО-ГАЛАКТОЗНОГО СИРОПА 73

4.1 Определение физико-химического состава и свойств глюкозо-галактозных сиропов, полученных из пермеата творожной сыворотки 73

4.2 Исследование влияния степени гидролиза лактозы на кристаллообразование и хранимоспособность глюкозо-галактозного сиропа 76

4.3 Изучение сенсорного восприятия глюкозо-галактозных сиропов в зависимости от рН и минерального состава 79 ГЛАВА 5 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ФРУКТОВЫХ ДОБАВОК

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЛЮКОЗО-ГАЛАКТОЗНОГО СИРОПА 86

5.1 Разработка производства фруктовой добавки. Аппаратурная схема производства. Описание оптимальных технологических параметров. 86

5.2 Разработка технологической схемы и аппаратурного оформления 91

5.3 Оценка рисков и критических контрольных точек с

использованием принципов НАССР 92

5.3.1 Анализ опасных факторов 92

5.3.2 Определение критических контрольных точек и их критических пределов 102

5.3.3 Установление мониторинга по каждой критической

контрольной точке 108

5.4 Оценка экономической эффективности разработанной технологии 112

5.4.1 Маркетинг фруктовых добавок с использованием глюкозо-галактозных сиропов 112

5.4.2 Расчет экономической эффективности технологии фруктовых добавок на основе глюкозо-галактозного сиропа 115 ВЫВОДЫ 122 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 122 ПРИЛОЖЕНИЯ 136

ВВЕДЕНИЕ

Первоочередными задачами молочной промышленности являются преодоление спада производства за счет рационального и комплексного использования сырья, особенно белково-углеводного (обезжиренного молока и молочной сыворотки) на основе широкого привлечения сырья немолочного происхождения, внедрения новых видов молочной продукции, новых способов переработки сырья, повышения качества и конкурентоспособности вырабатываемых продуктов [115].

В настоящее время особое внимание уделяется более полноценному и рациональному использованию всех составных частей молока в процессе его промышленной переработки. Это обусловлено рядом причин. В большинстве случаев мероприятия, направленные на экономную, рациональную и глубокую переработку сельскохозяйственного сырья, в частности молока, экономически более выгодны, чем дополнительное получение эквивалентного количества этого сырья в сельском хозяйстве.

Использование традиционных методов производства продуктов питания имеет ряд существенных недостатков, важнейшим из которых является низкий выход готовых продуктов, получаемых из сельскохозяйственного сырья. Совершенствование технологических процессов, а также широкая переработка белково-углеводного сырья способствует повышению пищевой ценности продуктов питания при одновременном решении ряда вопросов рационального использования сырья и охраны окружающей среды [117, 105].

Проблема использования молочной сыворотки возникла на заре освоения промышленных технологий приготовления сыра, творога и казеина, при производстве которых только около 20% от массы молока переходит в основной продукт, в то время как 80% приходится на получаемую в качестве побочного продукта сыворотку. При этом в молочной сыворотке остается порядка 50% сухих веществ молока (составных частей молока). Из-за отсутствия экономически выгодных технологий переработки молочной сыворотки ее часто рассматривали не как полноценное молочное сырье, а как

отходы производства (в настоящее время - вторичное молочное сырье) или, в лучшем случае, использовали для откорма сельскохозяйственных животных [53, 13].

Кроме того, затраты на очистку сточных вод от попавших в них молочных отходов (в частности молочной сыворотки) в ряде случаев сравнимы с расходами на организацию сбора и промышленной переработки молочной сыворотки и даже выше их.

Изменение экономических условий и появление инновационных технологий переработки молочной сыворотки, а также необходимость охраны окружающей среды требуют, чтобы на современном перерабатывающем предприятии относились к молочной сыворотке как к полноценному молочному сырью, т.е. как к лактозосодержащему сырью.

Молочная сыворотка является высокоценным лактозосодержащим сырьем, проблема рационального использования которого не решена полностью во всем мире. Благодаря своему составу и свойствам, молочная сыворотка может служить хорошей основой для получения широкого спектра продуктов с высокой биологической ценностью. В то же время, данные продукты могут быть легко обогащены различными добавками или технологически модифицированы для придания им функциональных свойств [52, 30].

В нашей стране накоплен значительный опыт промышленной переработки и использования лактозосодержащего сырья; уточнены и углублены данные по его пищевой и биологической ценности, и продуктов из него; разработаны основные технологические процессы выделения и использования молочного жира, производства сухих и сгущенных концентратов; отработаны некоторые направления биологической обработки лактозосодержащего сырья на пищевые и кормовые цели; разработана технология выделения, обработки и сушки белков молока и их использования в колбасном и кондитерском производстве; создана технология концентрата из молочной сыворотки для производства безалкогольных прохладительных

напитков; улучшена техника и технология производства молочного сахара. Расширяется производство разнообразных напитков из пахты и обезжиренного молока, выпуск низкожирной продукции, мол очно-белковых концентратов [40].

Однако, переработка молочной сыворотки в России, как одного из ключевых элементов лактозозосодержащего сырья, несмотря на многочисленные разработки в этой области, сдерживается по нескольким причинам. Среди них можно выделить незначительные инвестиции в молочную промышленность, отсутствие средств на внедрение современных технологий и покупку оборудования, недостаточные информация о преимуществах продуктов из сыворотки и реклама здорового образа жизни, отсутствие массового производства многофункциональных продуктов на основе молочной сыворотки, либерализм экологической службы в отношении сброса сыворотки в сточные воды [38].

В связи с этим, исследования, направленные на разработку и внедрение в производство продуктов питания на основе принципов комплексной безотходной переработки молока с вовлечением в технологический процесс лактозосодержащего сырья, в частности молочной сыворотки, являются актуальными.

На защиту выносятся следующие основные положения и результаты работы:

- основные закономерности ферментативного гидролиза лактозы в лактозосодержащем сырье и определение оптимальных условий для действия ферментных препаратов (3-галактозидазы в творожной сыворотке и её пермеате;

результаты исследований качественных и физико-химических показателей, сенсорного восприятия и хранимоспособности образцов глюкозо-галактозных сиропов, полученных на основе творожной сыворотки и пермеата;

технология глюкозо-галактозного сиропа на основе деминерализованного пермеата и технология получение фруктовой добавки с его использованием.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Современное состояние и тенденции использования лактозосодержащего сырья

Молочная промышленность - одна из самых значимых в структуре обеспечения продовольствием отрасль. По питательным свойствам молоко представляет собой наиболее совершенный вид продовольствия; состав питательных веществ в нем почти идеально сбалансирован. Молочные продукты составляют большую долю в рационе человечества; их годовое потребление достигает 16% всех видов пищи.

В силу технологических особенностей производства молочная промышленность имеет огромные объемы лактозосодержащего сырья (большей частью молочной сыворотки), которое в современных условиях высокого внимания к проблемам рационального использования ресурсов правильнее называть «нежирное молочное сырье» или «молочно-белковое лактозосодержащее сырье» [99].

В молочной отрасли России ежегодно образуется около 3 млн т молочной сыворотки. Промышленной переработке подвергаются лишь 26%. В отличие от России в мире молочная сыворотка направляется на производство различных продуктов.

Тема исследования сыворотки и ее переработки широко освещена в многочисленных работах известных российских и зарубежных ученых: Ю. Я. Свириденко, А. Г. Храмцова, В. Ю. Смурыгина, И. А. Евдокимова, С. А. Рябцевой, П. Г. Нестеренко, Г. Б. Гаврилова, Э. Ф. Кравченко, Benny Horton. Большое значение в этих работах уделено изучению мембранных методов обработки сыворотки, создано большое количество функциональных продуктов.

В зависимости от объемов и вида молочной сыворотки должны применяться различные технологии ее переработки. По данным ММФ

(Международная молочная федерация), объемы сыворотки в мире составляют более 130 млн тонн, и проблема переработки сыворотки во многих странах остается актуальной. Структура использования молочной сыворотки в России за последние 15 лет претерпела значительные изменения (рисунок 1.1) [36]. СТРУКТУРА ПЕРЕРАБОТКИ СЫВОРОТКИ В РОССИИ

□ Продажа хозяйствам В Сброс

□ Сахар молочный □Хлебопечение

■ Сухая □ Напитки

И Сгущенная

Рисунок 1.1. - Структура переработки сыворотки в России [38].

Резко сократилось производство продуктов переработки сыворотки: молочного сахара-сырца - в 3,6 раза (до 2,2 тыс. т), рафинированного - в 24 раза (до 0,07 тыс. т), сыворотки сгущенной без сахара - в 22 раза, сыворотки сгущенной с сахаром - в 5 раз. Значительно уменьшился выпуск обогащенной молочной сыворотки (в 2002 г. - 13 тыс. т), хорошо зарекомендовавшей себя при откорме свиней. В целом снизилась доля промышленной переработки молочной сыворотки: 1991 г. - 39 %, в 2002 г. - 35 %, в 2003 г. - 26 % (636 тыс. т из 2447 тыс. т) промышленной переработки молочной сыворотки: в 1991 г. - 39 %, в 2002 г. - 35 %, в 2003 г. - 26 % (636 тыс. т из 2447 тыс. т) [32].

В Европе, занимающей одно из лидирующих положений в мире по производству молока, наблюдается положительная динамика объемов предназначенной для переработки сыворотки за счет увеличения производства сыра и казеина.

Европейская сыродельная промышленность производит 6,8 млн т сыра в год, и прогнозируется рост объемов производства на 2 % [36, 32].

Представляет интерес анализ переработки сыворотки в одной из ведущих молочных стран - США.

По информации ММФ, в ближайшее время предполагается увеличение производства сухой сыворотки, концентратов сывороточных белков, казеина и лактозы (Европейский Союз, США, Новая Зеландия, Австралия, Аргентина, Канада), что позволит сократить сбросы в окружающую среду и увеличить объемы производства продуктов питания. Переработка молочной сыворотки в Европе направлена в первую очередь на производство продуктов питания. За рубежом считается, что организация сушки сыворотки, даже при высоком уровне стоимости энергоносителей, гораздо выгоднее, чем экологические штрафы за слив молочной сыворотки без обработки в водоемы [126, 84].

Следует обратить внимание, что объемы производства сухой сыворотки практически остаются на одном уровне, поскольку на данный момент гораздо больший интерес представляют высокие технологии переработки сыворотки. И эти тенденции касаются всех ведущих молочных стран мира.

Основной путь решения проблемы комплексной переработки молочного сырья видится в создании безотходных технологий сыра, творога и казеина. В настоящее время известны два подхода по переработке сыворотки: полное использование сухих веществ; раздельное использование составных компонентов [39, 41]. Первый подход реализуется по двум направлениям. Первое - использование натуральной сыворотки, как ингредиента хлебобулочных изделий, напитков и желе, десертов и мороженого, а также для приготовления питательных сред, кормов и удобрений, моющих средств, косметики и оздоровительных ванн. Второе направление полного использования сухих веществ сыворотки более перспективно. Оно дает возможность получать: сгущенные и сухие сывороточные концентраты, сухую деминерализованную сыворотку, сухую безлактозную сыворотку, сухую сыворотку с наполнителями, блочную сыворотку (продукты с промежуточной влажностью), гранулированную сыворотку. Полное использование компонентов сыворотки базируется на обезвоживании путем выпаривания под

вакуумом и сушки. Представляет интерес сгущение сыворотки до высоких концентраций (более 70 % сухих веществ), так как стоимость сушки на порядок дороже выпаривания. При этом можно получать продукты с промежуточной влажностью [115].

В последние годы уделяется усиленное внимание глубокой переработке молочной сыворотки - получению производных из отдельных компонентов (гидролизаты молочного жира и белков, производные лактозы - лактулоза. лактитол, тагатоза, галактоолигосахариды и др.). Следует отметить, что производные лактозы - галактоолигосахариды и лактулоза - это превосходные компоненты при составлении рецептур здоровой пищи, так называемых продуктов функционального питания [12, 13, 85].

На предприятиях создаются специализированные цехи и участки по переработке молочной сыворотки и ее пермеатов. Разрабатываются комплексы оборудования и технологические линии по переработке лактозосодержащего сырья с использованием традиционных и новых методов обработки, таких как электродиализ, обратный осмос, ультрафильтрация, ферментативный катализ. Новое в науке и технике учитывается при разработке типовых проектов или проектов реконструкции предприятий молочной промышленности.

Однако в целом проблема полного и рационального использования лактозосодержащего сырья не решена как в нашей стране, так и за рубежом. Значительные объемы обезжиренного молока возвращаются для скармливания животным, а часть молочной сыворотки не используется [52].

Производство сыворотки в мире продолжает расти: приблизительно от 150 млн. т в 2001 г до 170 в 2007 г. До 75% общего объема обеспечивается странами ЕС и США, они же являются основными экспортерами продукции из сыворотки - до 80% (рисунки 1.2 и 1.3) [38, 36].

СТРУКТУРА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МОЛОЧНОЙ СЫВОРОТКИ В ЕС

I | Корм животным | | Лактоза | | Безлактозная +ЭД

I 1 Сухая сыворотка | | Безлактозная сухая [ I КСБ

I | Прочие продукты

Рисунок 1.2. - Структура использования молочной сыворотки в Европе

[56].

Если раньше (1970 - 1980 гг.) основная часть сыворотки (около 70%) сбрасывалась в окружающую среду, а оставшаяся часть - направлялась на производство кормов для сельскохозяйственных животных, то к началу XXI в