Мембранные методы переработки молочной сыворотки

При переработке молока на сыр, творог и казеин побочным продуктом при их получении является сыворотка, выход которой составляет 80 % от количества перерабатываемого молока. Это значит, что при производстве 1 кг сыра получаем 8 кг сыворотки, представляющей собой ценнейшее лактозосодержащее молочное сырье [3; 5; 9; 11; 15; 19; 22; 24; 26; 27; 30; 35; 36].

В последние годы молочная сыворотка находит широкое применение в производстве продуктов питания и является ценным пищевым сырьем. В ней содержится более 200 жизненно важных питательных и биологически активных веществ. Сыворотка может служить хорошей основой для создания функциональных продуктов нового поколения: состав сыворотки позволяет создавать продукт с высокой пищевой и биологической ценностью; она технологична в переработке, что облегчает получение разных типов продуктов; ее вкус хорошо сочетается со вкусом вводимых компонентов и его можно регулировать в желаемом направлении [6; 13; 16; 18; 21; 23; 25; 32; 33; 34; 40; 42].

Высокую биологическую ценность сыворотки обуславливают белковые вещества, а также витамины, гормоны, органические кислоты, иммунные тела и микроэлементы. При выработке белковых продуктов в молочную сыворотку переходит 50 % сухих веществ молока, в основном это биологически ценные белки, характеризующиеся оптимальным набором и сбалансированностью жизненно необходимых (незаменимых) аминокислот, что обеспечивает регенерацию белков печени, образование гемоглобина и белков плазмы крови. В сыворотку переходит практически весь молочный сахар (более 70 %), все соли и микроэлементы (30 % кальция, 50 % фосфора, 90 % натрия и калия, 70 % магния, 80 % хлора), почти все водорастворимые витамины молока, а также в сыворотке содержатся витамины С, никотиновая кислота, холин, витамины А, Е и биотин. Эти компоненты составляют ровно половину всего цельного молока и поэтому сыворотку называют «полумолоко». Кроме всего, сыворотка является относительно дешевым сырьем [1; 2; 4; 7; 8; 10; 31; 37; 38; 41; 44].

Несмотря на высокую биологическую ценность, значительная часть сыворотки (80 %) до недавнего времени не перерабатывалась и только в последние годы большинство европейских производителей молочных продуктов изменили свое отношение к молочной сыворотке, и вопрос ее переработки стал в настоящее время весьма актуален.

Комплексная переработка сыворотки преследует две цели — получение сухого концентрированного сывороточного белка (КСБ) и сухого молочного сахара (лактозы) с помощью наиболее перспективных и широко распространенных в настоящее время за рубежом мембранных методов.

К мембранным методам разделения жидкостей относятся микрофильтрация, ультрафильтрация и обратный осмос. Процессы осуществляются на мембранных установках, где основными рабочими элементами являются специальные полупроницаемые мембраны с различными размерами пор, пропускающими или задерживающими те или иные компоненты сыворотки в зависимости от цели получаемого продукта [12; 14; 17; 20; 28; 29; 39; 43].

Очищенная от казеиновых частиц и жира сыворотка представляет собой чистый раствор водорастворимых сывороточных белков (альбумина и глобулина) и молочного сахара (лактозы). На первом этапе переработки сыворотку пропускают через нанофильтрационную мембранную установку, где происходит концентрирование сухих веществ до 20 %, так называемое «холодное» сгущение. Результаты экспериментальной обработки сыворотки на пилотной NF-установке показаны в балансе сырья (таблица 1).

Таблица 1

Баланс сырья после нанофильтрации

 

Как видно из эксперимента, при нанофильтрации происходит концентрирование сухих веществ в 4 раза, с одновременным частичным понижением количества природных солей. Процесс нанофильтрации позволяет заменить вакуум-выпаривание на первой ступени теплового концентрирования (подсгущения в ВВУ до 20 % СВ) на менее затратный процесс холодного концентрирования на NF-установке.

Полученный после нанофильтрации пермеат подвергается очистке на установке обратного осмоса и направляется на технологические производственные нужды, а ретентат (подсгущенная сыворотка) направляется на ультрафильтрационную установку для получения концентрата сывороточных белков (КСБ) и безбелковой сыворотки.

Баланс продуктов, полученных после обработки в установке ультрафильтрации, показан в таблице 2.

Таблица 2

Баланс продуктов, полученных после обработки в установке ультрафильтрации

 

Полученный белковый концентрат с заданным содержанием сухих веществ досгущают в вакуум-аппарате по традиционной схеме, высушивают и получают чистый белоснежный порошок концентрата белка.

Безбелковая сыворотка (UF-пермеат) представляет собой чистый раствор молочного сахара и природных солей. Для обессоливания сыворотки, а, следовательно, и с целью снижения кислотности, сыворотку подвергают электродиализной обработке на ЭД-установке до разного уровня деминерализации, в зависимости от назначения лактозы к применению.

Деминерализованную сыворотку направляют в вакуум-аппарат (вторая ступень сгущения) для получения концентрированного раствора лактозы с содержанием сухих веществ 50‒55 %. Очень важными процессами в технологии получения чистого молочного сахара являются кристаллизация лактозы, декантация и промывка влажных кристаллов лактозы, для чего используется вода (конденсат) после вакуум-выпаривания. Сушка и размол кристаллов производятся по обычной традиционной схеме.

Таким образом, разделение молочной сыворотки мембранными технологиями на фракции и выделение из нее в чистейшем виде концентратов белка, пищевой лактозы, а также возможность получения сухой сыворотки, в том числе деминерализованной, позволяет получать продукты нового класса, высокого качества при одновременном снижении транспортных расходов на доставку сырой сыворотки от сыродельных заводов к месту производства сухих и сгущенных белковых концентратов и сухой лактозы и снижении энергозатрат на концентрирование сыворотки холодным способом.

Получаемый новый класс продуктов из сыворотки находит широкое применение в производстве сыра, творога, белковых паст (концентраты сывороточных белков увеличивают выход продукции и расширяют ассортимент), а пищевая лактоза применяется в кондитерском производстве, в детском питании и в медицинской практике.

 

Литература:

 

1.                  Анализ зараженности зернового сырья микотоксинами / И. Н. Хмара, А. Г. Кощаев, А. В. Лунева, О. В. Кощаева // Сборник научных трудов Ставропольского научно-исследовательского института животноводства и кормопроизводства. ‒ 2013. ‒ Т. 3. ‒ № 6. ‒ С. 290‒293.

2.                  Бабушкина Л. Г., Коваленко Л. А., Неверова О. П., Судаков В. Г. Биологическая активность компонентов агробиогеоценозов как показатель адаптации экосистем к антропогенному загрязнению. Екатеринбург: УГЛТУ, 2008. ‒ 292 с.

3.                  Беретарь И. М. Катастрофа в керченском проливе ‒ экологическое преступление / И. М. Беретарь, В. А. Христич, А. А. Лысенко // Ветеринария Кубани. ‒ 2008. ‒ № 2. ‒ С. 18‒19.

4.                  Влияние проращивания на химический состав и содержание антипитательных веществ в семенах сои / О. В. Кощаева, И. В. Хмара, К. П. Федоренко, В. В. Шкредов // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. ‒ 2014. ‒ № 97. ‒ С. 224‒236.

5.                  Гомелева Т. Ю. Разработка рецептуры и технологии обогащенного адыгейского сыра / Т. Ю. Гомелева, О. А. Огнева, А. М. Патиева // Труды Кубанского государственного аграрного университета. ‒ 2008. ‒ № 15. ‒ С. 168-171.

6.                  Гугушвили Н. Н. Динамика изменения клеточного и гуморального иммунитета у коров при беременности и после родов / Н. Н. Гугушвили // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. ‒ 2003. ‒ № 6. ‒ С. 64.

7.                  Гугушвили Н. Н. Фитостимуляторы микрофагоцитарной системы у коров / Н. Н. Гугушвили // Вестник ветеринарии. ‒ 2001. ‒ № 3 (20). ‒ С. 37‒39.

8.                  Донченко Л. В. Разработка способов повышения студнеобразующей способности низкоэтерифицированных пектинов / Л. В. Донченко, А. В. Темников // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. ‒ 2014. ‒ № 10. ‒ С. 44‒46.

9.                  Жолобова И. С. Влияние натрия гипохлорита на перепелов в период интенсивной яйцекладки / И. С. Жолобова, А. В. Лунева, Ю. А. Лысенко // Птицеводство. ‒ 2013. ‒ № 07. ‒ С. 15‒20.

10.              Изучение токсикологического действия пробиотической кормовой добавки / А. Г. Кощаев, Н. А. Гранкина, В. В. Борисенко, В. И. Николаенко // Молодой ученый. ‒ 2015. ‒ № 5–1 (85). ‒ С. 12‒14.

11.              Ильясов О. Р., Неверова О. П., Печура Е. В. Перспективы использования методов экобиозащиты открытых водоисточников от воздействия сточных вод птицеводческих комплексов // Аграрный вестник Урала. ‒ 2012. ‒ № 4 (96). ‒ С. 47‒49.

12.              Кощаев А. Г. Изучение хронической токсичности пробиотическойкормовой добавки трилактосорб для использованияв мясном перепеловодстве / А. Г. Кощаев, Ю. А. Лысенко, Е. И. Мигина // Труды Кубанского государственного аграрного университета. ‒ 2014. ‒ № 48. ‒ С. 133‒138.

13.              Кощаев А. Г. Использование кукурузы и кукурузного глютена для пигментации продукции птицеводства / А. Г. Кощаев // Аграрная наука. ‒ 2007. ‒ № 7. ‒ С. 30‒31.

14.              Кощаев А. Г. Экологически безопасные технологии витаминизации продукции птицеводства в условиях юга России / А. Г. Кощаев // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Естественные науки. ‒ 2006. ‒ № 9. ‒ С. 58‒66.

15.              Красина И. Б. Влияние механохимической обработки на углеводно-амилазный комплекс пряно-ароматического сырья / И. Б. Красина, А. В. Темников, А. Н. Есина // Техника и технология пищевых производств. ‒ 2009. ‒ № 2. ‒ С. 42‒44.

16.              Лосаберидзе А. Е. Экономическая эффективность противооспенной и противомикоплазмозной иммунизации кур вакциной VECTORMUNE ® FP MG в условиях ООО Витязевская птицефабрика / А. Е. Лосаберидзе, А. А. Лысенко, Ю. Ю. Пономаренко // Ветеринария Кубани. ‒ 2013. ‒ № 6. ‒ С. 27‒28.

17.              Лунёва А. В. Натрия гипохлорит: влияние на организм перепелов / А. В. Лунева // Птицеводство. ‒ 2013. ‒ № 4. ‒ С. 35‒39.

18.              Лысенко А. А. Ветеринарное образование на Кубани / А. А. Лысенко, С. В. Середа // Ветеринария Кубани. - 2009. - № 2. - С. 2-5.

19.              Лысенко А. А. Акклиматизация берша в рыбоводных хозяйствах Краснодарского края / А. А. Лысенко, И. М. Беретарь // Ветеринария Кубани. ‒ 2009. ‒ № 3. ‒ С. 24‒25.

20.              Лысенко А. А. Ассоциативные заболевания прудовых рыб при интенсивном рыборазведении / А. А. Лысенко // Ветеринария. ‒ 2003. ‒ № 12. ‒ С. 32.

21.              Лысенко А. А. Паразитарные болезни прудовых рыб: способы лечения и профилактики / А. А. Лысенко, В. А. Христич // Ветеринария Кубани. ‒ 2006. ‒ № 2. ‒ С. 23‒24.

22.              Лысенко А. А. Формирование паразитарной системы у рыб в прудовых хозяйствах и естественных водоемах и меры борьбы с паразитозами в условиях Краснодарского края: Автореф. дис.... д-ра вет. наук. ‒ Иваново, 2006. ‒ 65 с.

23.              Мигина Е. И. Изучение токсикологического и раздражающего действия пробиотической кормовой добавки Трилактосорб для использования в перепеловодстве / Е. И. Мигина, Ю. А. Лысенко, А. Г. Кощаев // Ветеринария Кубани. ‒ 2014. ‒ № 4. ‒ С. 13‒16.

24.              Неверова О. П., Шаравьев П. В., Зуева Г. В. Использование гидробионтов для определения функционального состояния водных экосистем в зоне деятельности животноводческих объектов // Аграрный вестник Урала. ‒ № 11 (117). ‒ 2013. ‒ 63 с.

25.              Огнева О. А. Влияние пектина на синеретические свойства кисломолочных сгустков / Гомелева Т. Ю., Донченко Л. В. // Труды Кубанского аграрного университета. ‒ 2008. ‒ № 15. ‒ С. 151‒153.

26.              Огнева О. А. Пектиносодержащие напитки с пробиотическими свойствами / О. А. Огнева, Л. В. Донченко // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. ‒ 2015. ‒ № 107. ‒ С. 333‒341.

27.              Ольховатов Е. А. Исследование свойств пектиновых веществ и разработка технологий получения пектина и пектинопродуктов из покровных тканей различных плодов с применением биотехнологической модификации (обзор) / Е. А. Ольховатов // Молодой ученый. ‒ 2015. ‒ № 5. ‒ С. 93.

28.              Ольховатов Е. А. Получение нетоксичного клеевого состава из белков семян клещевины / Е. А. Ольховатов // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. ‒ 2011. ‒ № 1 (319). ‒ С. 115‒116.

29.              Особенности обмена веществ птицы при использовании в рационе пробиотической кормовой добавки / А. Г. Кощаев, С. А. Калюжный, Е. И. Мигина, Д. В. Гавриленко, О. В. Кощаева // Ветеринария Кубани. ‒2013. ‒ № 4. ‒ С. 17‒20.

30.              Патент 2193842, А 01 J 7/04. Устройство для электрической обработки IN VIVO полостей и тканей вымени сельскохозяйственных животных / Н. И. Богатырев, М. В. Назаров, Л. А. Дайбова, Н. В. Когденко, А. Л. Кулакова, Н. А. Демьянченко. (РФ); заявитель и патентообладатель Кубанский госагроуниверситет. — № 2000121333/13; Заявл. 09.08.00; Опубл. 10.12.02; Бюл. № 34–10 c.

31.              Патент 2196987 Российская Федерация, МПК: 7G 01N 33/48 A, 7C 12Q 1/42 B. Способ определения активности кислой фосфатазы в мазках крови / Гугушвили Н. Н. заявитель и патентообладатель КГАУ. ‒ опубл. 17.04.2000

32.              Плутахин Г. А. Электротермическое осаждение белков растительного сока / Г. А. Плутахин, А. Г. Кощаев, А. И. Петенко // Хранение и переработка сельхозсырья. ‒ 2004. ‒ № 8. ‒ С. 20.

33.              Пономаренко Л. В. Биологические особенности китайского финика (унаби) в западном предкавказье / Л. В. Пономаренко // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. ‒ 2014. ‒ № 103. ‒ С. 1282‒1295.

34.              Практическое применение электрохимически активированных водных растворов / Г. А. Плутахин, М. Аидер, А. Г. Кощаев, Е. Н. Гнатко // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. ‒ Краснодар: КубГАУ, 2013. ‒ № 92. ‒ С. 254‒264.

35.              Применение сукцината цинка в инкубации куриных яиц / В. А. Антипов, А. Н. Трошин, А. В. Левченко, А. Х. Шантыз, А. В. Лунева // Птицеводство. ‒ 2014. ‒ № 1. ‒ С. 28.

36.              Сарбатова Н. Ю. Технологические особенности функциональных продуктов с использованием рыбного сырья и конжаковой камеди / Н. Ю. Сарбатова, К. Ю. Шебела, Е. П. Лисовицкая // Молодой ученый. ‒ 2015. ‒ № 5–1 (85). ‒ С. 38‒40.

37.              Степовой, А. В. Развитие безалкогольной промышленности в России в направлении производства функциональных напитков / А. В. Степовой. ‒ «Известия вузов. Пищевая технология». ‒ Краснодар, 2009. ‒ 47 с.

38.              Степовой, А. В. Производство безалкогольных функциональных напитков нового поколения: монография / А. В. Степовой. ‒ Краснодар: КубГАУ, 2013. ‒ 82 с.

39.              Тимошенко Н. В. Использование пищевого волокна при корректировке мясосодержащей продукции для людей, имеющих избыточную массу тела / Н. В. Тимошенко, А. М. Патиева, Е. П. Лисовицкая // Молодой ученый. ‒ 2014. ‒ № 18. ‒ С. 294‒297.

40.              Тимошенко Н. В. Технология производства антианемической колбасной продукции для дошкольного и школьного питания детей в профилактических целях / Н. В. Тимошенко, А. М. Патиева, Е. П. Лисовицкая // Молодой ученый. ‒ 2014. ‒ № 18. ‒ С. 300‒303.

41.              Фармакологическое обоснование применения кормовой добавки Микоцел на перепелах / Г. В. Фисенко, А. Г. Кощаев, С. С. Хатхакумов, С. А. Калюжный // Труды Кубанского государственного аграрного университета. ‒ 2013. ‒ Т. 4. ‒ № 43. ‒ С. 79‒85.

42.              Шаравьев П. В. Основные проблемы птицеводства // Молодежь и наука. ‒ 2012. ‒ № 1. ‒ С. 166‒168.

43.              Шаравьев П. В. Инновационные технологии озонирования патогенов картофеля / П. В. Шаравьев, Г. В. Зуева, О. П. Неверова // Аграрный вестник Урала. ‒ 2014. ‒ № 3 (121). ‒ С. 63‒66.

44.              Эффективность использования натрия гипохлорита в перепеловодстве / В. В. Борисенко, Н. А. Гранкина, А. В. Степовой, В. И. Николаенко // Молодой ученый. ‒ 2015. ‒ № 5–1 (85). ‒ С. 1‒3.