Битехнология молочной отрасли

Введение

В соответствии с источниками  получения и составом основные виды вторичного молочного сырья, по сложившейся  в отрасли тривиальной терминологии, можно классифицировать следующим  образом: обезжиренное молоко (молоко обезжиренное); пахта;  молочная сыворотка (сыворотка молочная).

Соответственно продукты, получаемые из вторичного молочного  сырья, можно классифицировать следующим  образом: 

1. продукты  из  обезжиренного  молока;
2. продукты  из  пахты;
3. продукты  из  молочной  сыворотки;
4. продукты  из  смеси обезжиренного молока и пахты;
5. продукты из смеси обезжиренного молока и/или пахты и молочной сыворотки.

Вторичное молочное сырье  – важный сырьевой резерв для производства пищевых продуктов. Общие его  ресурсы составляют около 70% перерабатываемого  молока. Это требует специального подхода к организации промышленной переработки вторичного молочного  сырья и является основой при  создании безотходных технологий.

В условиях рынка исключение или нерациональное использование  этого сырья (например, возврат поставщикам  молока) равноценно банкротству. Поэтому  за рубежом на всех действующих и  вновь строящихся молочных заводах  обязательным является так называемый «цех утилизации», где перерабатывается все побочное молочное белково-углеводное сырье.

Кроме того,  в странах-членах ЕЭС под эгидой ФАО ООН в свое время была реализована специальная программа по созданию таких производств с целевым назначением продукции − развивающиеся страны для обеспечения питания безработных, бедных, беженцев.

Целью данной работы является проведение анализа ассортимента молочной продукции из белково-углеводного  сырья, вырабатываемой предприятиями  пищевой промышленности за рубежом.

Для решения поставленной цели решались следующие задачи:

1. рассмотреть потребительские свойства основных видов молочного белково-углеводного сырья;
2. проанализировать особенности переработки и производства продуктов из белково-углеводного сырья за рубежом;
3. охарактеризовать ассортимент продуктов, произведенных путем переработки вторичного молочного сырья.

В странах Европы и в  США накоплен значительный опыт промышленной переработки и использования  вторичного молочного сырья: уточнены и углублены данные по пищевой  и биологической ценности вторичного молочного сырья и продуктов  из него; разработаны основные технологические  процессы производства сухих и сгущенных концентратов; отработаны некоторые направления биологической обработки вторичного молочного сырья на пищевые и кормовые цели; разработана технология выделения, обработки и сушки белков молока и их использования в молочном, хлебопекарном и кондитерском производстве; создана технология из производства безалкогольных прохладительных напитков из молочной сыворотки ; улучшена техника и технология производства молочного сахара. Расширяется производство разнообразных налитков из пахты и обезжиренного молока, выпуск низкожирной продукции, молочно-белковых концентратов.

1. Молочная сыворотка

1. Общие сведения

Молочная сыворотка является побочным продуктом при производстве сыров, творога, казеина и относится  к вторичному молочному сырью. В  зависимости от вида вырабатываемого  продукта различают сыворотку подсырную, творожную и казеиновую. Состав молочной сыворотки обусловлен видом основного  продукта и технологией его получения. Выход молочной сыворотки составляет 70-85% от количества переработанного молока. При переработке молока в сыворотку переходят в большей или меньшей степени все компоненты молока: сухие вещества − более 50%, молочный сахар - 90%, белковые вещества − 23%, минеральные соли − 80%. Молочная сыворотка представляет собой текучую жидкость светло-желтого цвета с кисломолочным, слегка солоноватым вкусом.

Сыворотка, получаемая в качестве побочного продукта от 
производства твердых, полутвердых и мягких сыров известна, 
как сладкая молочная сыворотка и имеет активную кислотность (рН) в пределах от 5,9 до 6,6. При производстве казеина осаждением минеральными кислотами получается кислая сыворотка, активная кислотность которой колеблется  от 4,3 до 4,6. Примерный состав (содержание белов, углеводов, жира, а также минеральных веществ) представлен в таблице 1 приложения А.

Сыворотку очень часто разбавляют водой. Приведенные в таблице 1 цифры относятся к неразбавленной сыворотке. Что касается состава фракции небелковых азотистых соединений(0,18%), примерно 30% приходится на мочевину. Остальное− аминокислоты и пептиды. В таблице 2 Приложения А перечислены некоторые области применения сыворотки.

Белки сыворотки представлены альбумином, глобулином и казеином. В их состав входят все незаменимые  аминокислоты. В сыворотке в значительном количестве содержатся витамины, макро- и микроэлементы.

Кислый вкус сыворотки  обусловлен наличием в ней органических кислот молочной, уксусной, лимонной, муравьиной. Энергетическая ценность молочной сыворотки составляет 30% энергетической ценности молока.

2. Перспективы и особенности переработки сыворотки за рубежом

Если раньше (1970–1980 годы) основная часть сыворотки (около 70%) сбрасывалась в окружающую среду, а оставшаяся часть – направлялась на производство кормов для сельскохозяйственных животных, то к началу двадцать первого века, с развитием техники и технологии, а также осознанием ценности сыворотки в мировом масштабе, ситуация начала меняться в сторону увеличения доли продуктов пищевого назначения из молочной сыворотки (Рисунок 2,Приложение А). На блок-схеме 1 приложения А приведены различные варианты переработки молочной сыворотки. Независимо от вида продукта, который получится при дальнейшей обработке сыворотки, первый этап ее переработки−отделение казеиновой и жировой фракций.

Производство сыворотки  в мире растет: приблизительно от 150миллионов тонн  в 2001 году до 170 миллионов тонн в 2007 году и проблема сыворотки во многих  странах остается актуальной. До 75% от общего объема обеспечивается Европейским Союзом и США (объемы производства сыворотки за несколько месяцев 2011 года в США представлены на рисунке 1 Приложения А), они же являются основными экспортерами продукции из сыворотки (до 80%).

К основным продуктам из сыворотки, как было отмечено ранее, относятся сухая сыворотка и сухой пермеат, деминерализованная сыворотка, безлактозная (низколактозная) сыворотка, концентраты сывороточных белков, лактоза (Рисунок 3,Приложение А). Тем не менее, идет постепенный сдвиг в сторону получения новых и интересных продуктов (спирт лактитол, молочная кислота, витамин В₁₂; лактат-аммония и лактозил-мочевина − основа для получения обогащенных кормовых добавок нового поколения).

Быстрее всего растут объемы производства концентратов сывороточных белков (примерно в 2 раза за последние 5–7 лет) и соответственно пермеата (приблизительно в 1,5 раза), что может быть связано с быстро развивающимся и перспективным направлением производства продуктов специализированного назначения. По данным T. Affertsholt в 2006–2008 годах на рынке появилось около 2500 новых продуктов, в составе которых присутствуют концентраты сывороточных белков. Отмечается увеличение потребления продуктов из сыворотки в Китае, Бразилии.

  Переработка молочной  сыворотки в мире характеризуется  особенностями, связанными с:

1. Существенным удельным  весом производства сухой сыворотки,  а именно подсырной, что связано  с большими объемами вырабатываемого  сыра;

2. Широким использованием  процессов деминерализации при  переработке сыворотки, особенно  казеиновой;

3. Отсутствием больших  объемов творожной сыворотки, так как творог – продукт нехарактерный для большинства стран мира и производится в небольших количествах в странах Восточной Европы и бывшего СНГ;

4. Применением современного  оборудования ультрафильтрации, нанофильтрации, обратного осмоса, электродиализа, в производстве КСБ, лактозы  и других компонентов молочной  сыворотки. Это направление в  последнее время актуально и  активно развивается в связи  с растущей популярностью продуктов  здорового питания;

5. Организацией централизованной  крупномасштабной переработки молочной  сыворотки: основными производителями  сыворотки в Европе являются  «Лакталис/Лактосерум» (Франция) – 5,0млн.т, «БоркулоДомоИнгридиент» (Нидерланды) – 4,2 млн т, «ДМВ Интернешнл» (Нидерланды) – 3,0 млн т, «АрлаФудс» (Дания/Швеция) – 2,9 млн т и «Евросерум» (Франция) –2,5 млн т, которые с каждым годом наращивают объемы производства;

6. Наличием жесткой законодательной  базы, контроля и санкций в области охраны окружающей среды. Самым распространенным способом переработки сыворотки в мире является ее сушка. При этом странами­лидерами по производству сухой сыворотки являются Франция, США и Германия, в которых производится около 80% мирового объема сухой сыворотки. Ведущими странами по производству сухой молочной сыворотки являются также Нидерланды, Австралия, Аргентина, Польша и Италия – страны, где производится наибольшее количество сычужных сыров.

Рассмотрим различные варианты переработки молочной сыворотки на примере опыта работы ряда зарубежных компаний.

Одним из направлений переработки  сыворотки является ее сушка. Вопросам сушки молочных продуктов, в том числе производству концентратов на основе молочной сыворотки уделяется большое внимание во всем мире. Данное направление позволяет превратить сыворотку в долго сохраняемый, более транспортабельный продукт.

Сухая сыворотка в основном вырабатывается следующих видов:

- сыворотка обезжиренная, сладкая  и кислая;

- сыворотка жирная сладкая и  кислая;

- сыворотка деминерализованная, частично  или полностью; 

- сыворотка делактозированная;

- сыворотка депротеинизированная;

- сыворотка как катализатор  для сушки молочных ферментов; 

- сыворотка с белковыми и  другими наполнителями. 

В Нидерландах сыворотка перерабатывается централизованно, на специализированных предприятиях, куда она транспортируется в концентрированном виде. Объемы переработки на таких предприятиях обычно составляют от 1500 до 2500 тонн в сутки концентрированного до 18–20% сухих веществ сырья. Сыворотка предварительно концентрируется на молокоперерабатывающих предприятиях с применением нанофильтрации или обратного осмоса, что позволяет существенно снизить затраты на

ее транспортировку и  резервирование. Перерабатывается, главным образом, сладкая подсырная сыворотка. По данной технологии сырье направляется на производство лактозы различного качества в зависимости от производственной необходимости. Особенностью технологии получения лактозы является предварительное выделение из концентрированной сыворотки фосфата кальция под действием центробежной силы на специализированных сепараторах. Этот процесс проводится в целях интенсификации последующего вакуум­выпаривания молочной сыворотки и кристаллизации лактозы. При этом получаемый технический фосфат кальция используется в основном на кормовые нужды для обогащения рациона животных кальцием и фосфором. Частичное удаление фосфатов существенно продлевает сроки службы вакуум­выпарных установок, сокращая отложения фосфата кальция на стенках трубок вакуум-выпарных установок.

После отделения фосфата кальция сыворотка подвергается сгущению на вакуум-выпарных установках пленочного типа до 60–65 % сухих веществ. Сгущенная сыворотка направляется на кристаллизацию с использованием традиционных режимов для технологии лактозы. После кристаллизации из сыворотки отделяют кристаллы лактозы на центрифугах или декантерах. Далее эти кристаллы используют в технологии лактозы в зависимости от требуемого конечного продукта. Оставшаяся межкристальная жидкость представляет собой довольно интересный полуфабрикат. В ней содержится порядка 20–22% сухих веществ, из них белка около 4–5%, а также лактоза и минеральные вещества сыворотки. По своему составу продукт сходен с ультрафильтратом молочной сыворотки, однако белки в нем уже частично денатурированы ввиду температурной обработки, а также он характеризуется повышенным содержанием минеральных веществ. Полученный продукт подвергают деминерализации, после чего он может быть успешно высушен на распылительной сушке. Сухой продукт называют низколактозной (делактозированной) сывороткой, так он занимает промежуточное положение по содержанию белка между деминерализованной сывороткой и КСБ 35%. Направления его использования в целом аналогичны области применения деминерализованной сыворотки.

В Индии используется классическая технология производства сухой деминерализованной сыворотки, которая включает приемку сыворотки, ее охлаждение и резервирование, очистку от казеиновой пыли и жира, пастеризацию, нанофильтрацию, электродиализную обработку до уровня деминерализации 70–90 %, удаление влаги на пленочных вакуум­выпарных аппаратах, кристаллизацию и сушку на распылительных сушильных установках.

Отличительной чертой переработки сыворотки является специфика используемого молочного сырья и ассортимент выпускаемых из него белковых продуктов. Традиционно в Индии перерабатывают буйволиное молоко, характеризующееся большим содержанием сывороточных белков и минеральных веществ. В качестве белковых продуктов производят казеин и традиционный индийский сыр, сущность технологии которого заключается в кислотном осаждении белков молока с использованием органических кислот (молочной – ферментированная сыворотка или лимонной). Образующиеся при этом казеиновая и подсырная сыворотки характеризуются высокой кислотностью и повышенным содержанием минеральных веществ. Поэтому такая сыворотка обязательно подвергается процессу деминерализации для удаления минеральных веществ буйволиного молока и снижения кислотности. Полученная деминерализованная сыворотка лучше сгущается и сушится, а также имеет физико-химические и органолептические показатели, схожие с сывороткой из коровьего молока. Сухая деминерализованная сыворотка используется в продуктах пищевого назначения, в том числе в качестве ингредиента детского питания.