Технология и оборудования для производства продуктов из молочной сыворотки

Вполне удовлетворительные результаты по извлечению молочного жира из молочной сыворотки дает метод сепарирования. Разделяемость системы «сыворотка - молочный жир» колеблется при 30°С от 0, 4× 10^–8 с^-1 до 102, 4× 10^–8 с^-1 и зависит от размера жировых шариков. Средняя разделяемость при диаметре жировых шариков 1, 5 мкм равна 1, 6× 10^–8 с^-1, что соответствует разделяемости молока (2 мкм) – 1, 98× 10^–8 с^-1.

Разделяемость системы «казеиновые частицы – молочная сыворотка» при диаметре частиц 40 мкм значительно выше – 1087, 8× 10^–8 с^-1. Хотя дисперсность жировых шариков и наличие мелких частиц коагулированного казеина (т.н. казеиновой или сырной пыли) несколько затрудняет процесс разделения систем, однако современные саморазгружающиеся сепараторы, особенно типа «очиститель-разделитель» с двойным пакетом тарелок, позволяют обеспечить достаточную эффективность процесса – массовая доля жира в обезжиренной сыворотке не превышает 0, 1%. Поэтому вся молочная сыворотка, полученная от производства сыров и жирного творога, подлежит обязательному сепарированию.

Следует учитывать, что хранение молочной сыворотки до сепарирования крайне нежелательно, т.к. при этом за счет увеличения кислотности повышается степень дестабилизации жировых шариков, создаются оптимальные условия для коагуляции белков и наблюдается повышенное пенообразование. Кроме того, температура молочной сыворотки после обработки сгустка, как правило, находится на уровне 30±5°С, что не требует дополнительных затрат на ее подогревание перед сепарированием. Лучшим способом организации процесса является непрерывный поток: сыроизготовитель – сепаратор.

Получаемые из молочной сыворотки сливки (в промышленности распространен термин «подсырные сливки») по своему составу заметно отличаются от обычных сливок из натурального молока (таблица 24).

Таблица 24-Сравнительный состав сливок

Подсырные сливки имеют солоноватый вкус, в них содержится на 3-4 % меньше СОМО, практически нет казеина. Эти сливки менее термостабильны, при хранении подвергаются порче. Перечисленное обусловило отношение к подсырным сливкам как менее ценным в сравнении с обычными и привело к переработке их на полуфабрикат – подсырное масло с последующей перетопкой его или переработкой в плавленый сыр. В действительности молочный жир подсырных сливок практически идентичен обычным сливкам, а отличие этих продуктов обусловлено составом плазмы.

Инкубационный период окисления молочного жира в подсырных сливках составляет 6 ч, обычных – 8 ч. Количество свободного жира примерно на 10% в подсырных сливках больше в сравнении с обычными. Поэтому для сохранения качества подсырных сливок их рекомендуется охлаждать до 3-5 °С.

Подсырные сливки можно использовать для производства качественного масла путем смешивания с обычными сливками в соотношении 1: 9 или разбавления обезжиренным молоком в соотношении 1: 10 с последующим сепарированием с целью замены плазмы. Имеется положительный опыт использования подсырных сливок для нормализации смеси при производстве натуральных сыров и сметаны. Извлечение и использование жира молочной сыворотки экономически весьма эффективно.

Казеиновая пыль, полученная при сепарировании молочной сыворотки, в виде белковой массы, может быть использована в производстве плавленых сыров и сырной массы для плавления, а также в рецептурах кормовых средств.

Белковые продукты. Высокая пищевая и диетическая ценность белков молочной сыворотки обуславливает целесообразность их получения и использования для непосредственного потребления или в качестве полуфабрикатов для обогащения пищевых продуктов. Белки из молочной сыворотки можно извлекать тепловой денатурацией непосредственно или в смеси с обезжиренным молоком (пахтой) с изменением реакции среды, высаливанием, адсорбцией на бентонитах, активных углях и смолах, электрофлотацией, электромагнитной обработкой и другими способами. Более предпочтительным является извлечение белков в нативном состоянии, что обеспечивается методами молекулярно-ситовой фильтрации и сорбции-десорбции. Однако и в денатурированном состоянии усвояемость и биологическая ценность сывороточных белков достаточно высокая.

Устойчивость макромолекул белков молочной сыворотки обусловлена конформацией (упаковкой) частиц, электрическим зарядом и наличием гидратной оболочки (сольватного слоя). Относясь по размерам к коллоидным растворам, белки молочной сыворотки по своему состоянию в системе соответствуют истинным растворам, термодинамически устойчивы и соответствуют правилу фаз Гиббса. Для нарушения устойчивости системы – денатурации белка, наиболее эффективно тепловое воздействие на уровне 90-95 °С в течение 15-20 минут и изменение реакции среды: для подсырной сыворотки – подкисление до рН 4, 4-4, 6 (30-35 °Т) с раскислением до рН 6, 0-6, 5 (10-15 °Т), для творожной сыворотки – раскисление до рН 6, 0-6, 5 (10-15 °Т). Эффективность выделения отдельных фракций белков молочной сыворотки при различных режимах коагуляции приведена в табл.

В молочной сыворотке при температуре денатурации термолабильных фракций (90°С) в результате нарушения агрегативной устойчивости глобул белка происходит их частичное выделение. Неполное выделение белков обусловлено защитным действием присутствующих в сыворотке электролитов и превалированием заряда частиц белка как фактора устойчивости. Пептиды и небелковый азот остаются в сыворотке. Введение реагентов-коагулянтов в сыворотку позволяет значительно увеличить эффективность выделения белков. Подкиcление подсырной сыворотки до 30-35°Т увеличивает степень коагуляции белков до 40%, однако количество остаточного азота в пересчете на белок (0, 413%) превышает содержание небелкового азота. Неполное выделение белков объясняется гетерогенностью их фракций и различием свойств. Дополнительное выделение белков из подкисленной сыворотки обеспечивается за счет ее раскисления до 10-15°Т. При этом выделяются белковые фракции ранее защищенные лактальбумином. Данные по эффективности выделения фракций белков молочной сыворотки приведены в таблица 25.

Таблица 25-Эффективность выделения фракций белков молочной сыворотки

Примечание. Варианты обработки молочной сыворотки:

I – сыворотка исходная без обработки;

П – сыворотка после тепловой денатурации;

III – сыворотка после тепловой денатурации и подкисления;

IV – сыворотка после тепловой денатурации, подкисления и раскисления.

Белки из молочной сыворотки можно выделить и за счет введения в нее ионов-коагулянтов, в частности кальция. Сорбируясь на поверхности глобулы, кальций обеспечивает потерю ее устойчивости, что хорошо подтверждает теорию термокальциевой коагуляции белков молока П. Ф. Дьяченко. Имеются разработки по выделению сывороточных белков с использованием биополимеров - пектина, танина, карбоксилметилцеллюлозы.

Коагуляцию белков в кислой (творожной, казеиновой) сыворотке следует проводить с раскислением до 10-15°Т.

Коагуляция белков в соленой сыворотке несколько затруднена, что связано с защитным действием ионов натрия и хлора.

Непременным условием использования белков сыворотки в пищевых целях является применение реагентов-коагулянтов, разрешенных действующим законодательством.

Безреагентная коагуляция белков в подсырной сыворотке может быть обеспечена за счет ее сгущения в 4-5 раз до 28% сухих веществ. При этом эффективность коагуляции почти на 10% выше в сравнении с тепловой денатурацией и внесением реагентов. Кроме того с белковым осадком связывается до 20% минеральных солей. Перспективной является безреагентная, экологически чистая коагуляция сывороточных белков путём смешения молочной сыворотки и обезжиренного молока (пахты) с направленным регулированием рН смеси. Для удаления скаогулировавших частиц белка необходимо провести разделение грубодисперсной суспензии «сыворотка – хлопья белка», которая характеризуется следующими показателями:

Сравнительная эффективность различных способов выделения белковых хлопьев из сыворотки приведена в таблице 26.

Таблица - 26 Сравнительная эффективность различных способов выделения белковых хлопьев из молочной сыворотки

Наиболее эффективным способом разделения суспензии является центробежный. Для осуществления операции имеются специальные саморазгружающиеся сепараторы типа осветлителей с механической выгрузкой белкового осадка из барабана, работающие в автоматическом режиме.

В зависимости от способа коагуляции и разделения белки молочной сыворотки могут быть получены в виде альбуминного молока с содержанием 5-10 % сухих веществ, белковой массы с содержанием 15-20 % сухих веществ и альбуминного творога с содержанием 20-25 % сухих веществ.

Альбуминное молоко получается при самопроизвольном отстое коагулированных хлопьев белка и представляет продукт желтовато-кремового цвета с консистенцией сметаны, состоящей из мелких хлопьев. Вкус альбуминного молока кисломолочный, приятный, слегка вяжущий. Сывороточных белков в нем примерно в 10 раз больше, чем в коровьем молоке, а казеина в 15 раз меньше. Такое соотношение является благоприятным и приближается к женскому молоку. Для обогащения альбуминного молока его заквашивают чистыми культурами молочнокислых бактерий, кефирными грибками и вводят наполнители – цельное молоко, сливки, сахар, сиропы и соки. При приготовлении кефирного напитка альбуминное молоко охлаждают до 28-30 °С, вносят кефирную закваску в количестве 6-8 %. Смесь термостатируют в течение 16-18 ч для нарастания кислотности до 90-120 °Т. Созревший кефир помещают в камеру при 10-12 °С. Для получения более выраженного вкуса в альбуминное молоко рекомендуется добавлять 0, 04% поваренной соли.

Альбуминное молоко можно также использовать при выработке мороженого.

Белковая масса может быть получена как из натуральной, так и подсгущенной сыворотки при разделении суспензии на саморазгружающихся сепараторах, а также ультрафильтрации сыворотки. По консистенции белковая масса напоминает густую сметану. Особую ценность представляет белковая масса (концентрат, ретентант), полученная при ультрафильтрационной обработке молочной сыворотки. Фракционный состав белков массы представлен в основном лактоглобулином. По аминокислотному набору белковая масса не уступает творогу. Кроме белковых веществ масса содержит до 0, 5% молочного жира и 0, 8-1, 5 % минеральных солей. Содержание лактозы колеблется в пределах 5-6 %. Активная кислотность (рН) 4, 5-5, 5 ед., титруемая – 40-120 °Т.

По структурно-механическим свойствам белковая масса относится к слабо-ньютоновским жидкостям с вязкостью 10-24 Па× с (10^-3), предельным напряжением сдвига 0, 4-0, 6 Па.

Доброкачественная белковая масса содержит от 2 до 10 тыс. бактериальных клеток в 1 г. Для сохранения качества ее рекомендуется охлаждать до 2-4 °С, что обеспечивает сохранность в течение 15 суток, и добавлять консерванты, например, поваренную соль (2% к массе) или сорбиновую кислоту (до 0, 1% к массе). Хорошим способом длительного консервирования белковой массы является замораживание в блоках.

Белковую массу широко используют в производстве натуральных и плавленных сыров, приготовлении диетических продуктов и мясных изделии.

Альбуминный творог получают из альбуминного молока путем дополнительного обезвоживания. Для улучшения процесса и качества творога в охлажденное до 26-30 °С альбуминное молоко рекомендуется добавлять 2, 5% закваски на чистых культурах молочнокислого стрептококка и ацидофильной палочки. На основе альбуминного творога можно приготовить целую гамму диетически полноценных продуктов путем внесения наполнителей.

При выработке альбуминных сырков в растертый альбуминный творог вносят сахар, цукаты, шоколад, сливки или масло. В Грузии из сыворотки от рассольных сыров традиционно готовят творог «Надуги», обогащая отпрессованную до 74% влаги массу мятой. Продукт содержит до 12% белка и 11% жира.

Обогащая творог закваской на основе ацидофильной палочки и сахаром, получают специальную диетическую пасту, которая содержит (%):

альбумина 8, 5 – 10, 0

казеина 1, 2 – 1, 3

лактозы 1, 5 – 1, 9

молочной кислоты 0, 5 – 0, 8

минеральных веществ 0, 3

сахарозы 15

Пасту для детского питания получают смешивая альбуминный творог с сиропами шиповника и др., а также обогащением витамином С.

Оригинальные белковые продукты на основе молочной сыворотки можно получить при совместной коагуляции сывороточных белков и казеина. За рубежом известны продукты типа Рикотта, в нашей стране разработана технология сырной массы «Кавказ».

Сырная масса «Кавказ» вырабатывается из смеси несепарированной свежей подсырной сыворотки (90%) и обезжиренного молока или пахты (10%). Технологический процесс производства сырной массы «Кавказ» включает следующие операции: подготовку сырья и его тепловую обработку, формование, внесение компонентов, фасовку, хранение и реализацию. Сыворотку из сыроизготовителей собирают в резервуар и оставляют для нарастания кислотности до 17-22°Т (повышать кислотность можно внесением кислой сыворотки или органической пищевой кислотой - лимонной, уксусной, молочной). Затем сыворотку нагревают до 65-70°С и при постоянном перемешивании добавляют обезжиренное молоко или пахту в количестве 10% к объему перерабатываемого сырья. Смесь нагревают до 85-95°С, выдерживают 10 минут, охлаждают до 40-45°С и оставляют до отстоя белковых хлопьев. Формуют массу путем слива отстоявшейся сыворотки и частичного обезвоживания осадка путем прессования в специальной тележке. Для придания продукту специфического вкуса и легкой остроты в белковую массу вносят закваску чистых культур молочнокислых стрептококков в количестве 1, 0-1, 5 % и 1-2 % поваренной соли. Сырную массу охлаждают, фасуют и хранят при температуре не выше 8°С в течение 48 ч. Продукт имеет чистый кисломолочный вкус со специфическим привкусом альбумина и пастеризации, нежную консистенцию, светложелтый цвет.

Физико-химические показатели сырной массы:

массовая доля сухих веществ, %, не менее 20

массовая доля поваренной соли, %, не более 2

массовая доля жира, %, не менее 2

активная кислотность, ед. рН 5, 15-5, 20

Бактериальная обсеменененность посторонней микрофлорой сырной массы в результате тепловой обработки сыворотки незначительная.

Сырная масса содержит до 15% азотистых соединений (в пересчете на белок) в т.ч. 12, 5% растворимого азота, т.е. на уровне зрелых натуральных сыров. Лактозы в свежей массе содержится до 4%, при хранении снижается до 0, 05% (на третьи сутки). Содержание лимонной кислоты за двое суток повышается с 0, 048 до 0, 056%; в массе накапливается до 32, 2 мг % летучих жирных кислот и 37, 5 мг % свободных аминокислот в т.ч. все незаменимые, что позволяет отнести сырную массу к пищевым продуктам с высокой диетической ценностью.

Для длительного хранения белок из молочной сыворотки высушивают с получением концентрата сывороточных белков (КСБ), сывороточного белкового концентрата после ультрафильтрации (СБК -УФ), сывороточного белкового концентрата после ультрафильтрации и электродиализа (СБК -УФ/ЭД), растворимого сывороточного белка после диафильтрации (РСБ).

В Германии на основе совместной коагуляции сывороточных белков и казеина (соотношение обезжиренного молока и молочной сыворотки 1: 1), их выделения и высушивания получают сухой продукт под фирменным названием «Микора», который используется в колбасном производстве и рецептурах кондитерских изделий.

В условиях рыночной экономики и необходимости энергосбережения всё больше внимания уделяется возможности комплексного выделения из молочной сыворотки казеиновой пыли, молочного жира и сывороточных белков. Проблема ждёт своего решения.

Пищевая ценность и диетические свойства молочной сыворотки позволяют применять ее непосредственно или после предварительной обработки для приготовления разнообразных напитков. При этом используются все составные части сыворотки, в т.ч. вода и создается возможность ее обогащения за счет биологической обработки и введения наполнителей.

Технология напитков из молочной сыворотки основана на использовании ее в наивном виде или с предварительной очисткой (осветлением). Перспективным является производство специальных концентратов молочной сыворотки для приготовления напитков.

Напитки из натуральной сыворотки представляют особую ценность, т.к. содержат все составные части молока за исключением казеина. Среди напитков наиболее широкое распространение получили: натуральная пастеризованная сыворотка, напитки типа молока, кумыс, шипучие напитки, кисели и желе.

В качестве наполнителей при выработке напитков используют сахар, изюм, растительное масло, сиропы, фруктовые соки, ароматические вещества и стабилизаторы, молочный белок. Наполнители вносят в сыворотку до пастеризации, смесь тщательно перемешивают. Например, технология оригинального, диетического фитонапитка " Чудо", разработанная ВНИМИ, предусматривает мягкую тепловую обработку молочной сыворотки с внесением до 10-ти различных видов концентратов сухих фруктов (пульпы), витаминов А, С и солей кальция.

Сыворотка молочная пастеризованная вырабатывается из творожной сыворотки и предназначена для непосредственного потребления, а также для приготовления кулинарных изделий. Схема технологических процессов ее производства включает сбор и сепарирование сыворотки, пастеризацию, охлаждение, фасование, хранение и реализацию. Пастеризацию проводят при 72±2°С с выдержкой 15-20 с, затем охлаждают до 6±2°С. Готовый продукт при этой температуре можно хранить в течение 24 ч. Общее количество бактерий в 1 мл напитка не должно превышать 100000 клеток с исключением патогенных микроорганизмов. Для придания специфических вкуса и аромата вносят кориандр, ванилин и др. вещества.

Ацидофильно-дрожжевой напиток вырабатывают с добавлением вкусовых и ароматических веществ. Сквашивание молочной сыворотки ведут при 30-33 °С в течение 16-18 часов до кислотности 75-100 °Т. Готовый напиток охлаждают до 6-8 °С и выдерживают для созревания 12 ч. Срок реализации продукта – 7 суток.

Напиток типа молока приготовляют путем смешивания молочной сыворотки с кислотностью не выше 20°Т с белковыми композициями из сои и липидным комплексом на основе жиров животного и растительного происхождения. После эмульгирования жира смесь гомогенизируют.

Кумыс готовят на основе молочной сыворотки с добавлением натурального или обезжиренного молока, а также пахты с последующим смешанным брожением. Например, по одному из способов, описанному М.С.Коваленко, берут доброкачественную сыворотку с кислотностью не выше 60°Т и натуральное молоко с кислотностью не выше 20°Т. Молочную сыворотку пастеризуют при 70°С с выдержкой 20 мин, охлаждают до 40°С и вносят 3-5 % закваски чистых культур болгарской и ацидофильной палочки неслизистой рассы. Брожение ведут при 40°С до кислотности 85-90 °Т, затем сыворотку охлаждают до 25°С и вносят 7% свекловичного сахара в виде пастеризованного сиропа, а также смесь хлебопекарных (0, 1%) и молочных (0, 4%) дрожжей. В процессе брожения сыворотку через каждые 1-2 ч тщательно перемешивают. Через 16-18 ч брожения смесь охлаждают до 18-20 °С и к ней добавляют пастеризованное и охлажденное до 10°С молоко. При смешивании получается тонко диспергированный молочный сгусток. Брожение можно продолжить еще на 18-20 ч. Готовый напиток охлаждают до 8-10 °С и разливают в герметически закупориваемую тару (бутылки, бочонки).

Кумыс можно готовить из молочной сыворотки и путем ее обогащения сахаром, патокой, ржаной мукой с последующим сбраживанием.

Оригинальный напиток из смеси сгущенной молочной сыворотки, обезжиренного молока и пахты разработан под руководством В. К. Шамгина (Беларусь). Его состав близок к составу кумыса из кобыльего молока.

Жидкий кисель из молочной сыворотки готовят путем внесения при 90°С сахара, крахмала и фруктовых эссенций. Кисель после охлаждения до 40-45 °С расфасовывают и хранят при 4-6 °С. Путем распылительной сушки предварительно сгущенной в 5-6 раз сыворотки и внесения наполнителей можно получить сухой кисель.

Фруктово-ягодные желе из сыворотки готовят путем внесения сахара, наполнителей и агар-агара (или желатина). Продукт имеет чистый сладковатый вкус и выраженный аромат наполнителей. Консистенция – студнеобразная, эластичная, однородная по всей массе.

Для получения прозрачных напитков из неосветленной молочной сыворотки можно использовать гидролиз белковых веществ ферментными препаратами. По оригинальному способу, разработанному Н. Н. Романской (Украина), сывороточные белки гидролизуют пепсином, а затем обогащают ароматическими веществами.

Напитки из осветленной сыворотки готовят с предварительным удалением белков путем тепловой коагуляции или ультрафильтрации. Тепловую коагуляцию проводят одновременно с внесением реагентов, разрешенных органами здравоохранения - кислот, танина, экстракта чая и др. Смесь подогревают до 90-95 °С и выдерживают 20 мин. Образующиеся хлопья белка удаляют отстоем, фильтрацией или центрифугированием. Очищенную (осветленную) сыворотку используют для выработки прохладительных напитков. Технология освежающих напитков из осветлённой сыворотки включает внесение наполнителей и чистых культур молочнокислых бактерий.

Напиток «Прохлада» вырабатывают из пастеризованной осветленной сыворотки путем сквашивания чистыми культурами болгарской и ацидофильной палочек, молочными дрожжами, сбраживающими лактозу, с внесением сахарного или плодово-ягодного сиропов. Сквашивание ведут при 26-28 °С в течение 16-18 ч до кислотности 100-110 °Т. Для придания напитку окраски вносят жженый сахар.

Сывороточный квас также можно вырабатывать из осветленной сыворотки. Биологическая обработка молочной сыворотки обеспечивает устранение специфического привкуса сыворотки, повышает кислотность до кислого вкуса, свойственного квасу, и накопление углекислого газа. Для обеспечения брожения в сыворотку вносят сахарозу, хлебный экстракт, хлебопекарные и молочные дрожжи.

Перспективным направлением является получение напитков из молочной сыворотки, обогащенной бифидус-фактором, например лактулозой, с последующим культивированием бифидобактерий.

Сывороточные концентраты для безалкогольных напитков по схеме, разработанной В. Е. Жидковым и Г. И. Холодовым (СевКавГТУ), готовят из творожной сыворотки путем ее очистки от белков, сгущения в 4-6 раз и обработкой адсорбентами. Н. Н. Романская разработала технологию концентрата из обогащенной молочной сыворотки (КОМС) на основе физико-химической и биологической обработки исходного сырья. Неограниченные перспективы открываются для изготовления напитков из сухой сыворотки.