Технология молока и молочных продуктов
 Скачать 3.66 Mb.
|
МОЛОЧНЫЙ САХАРСпособы производства молочного сахара. Сырьем для производства молочного сахара является молочная сыворотка, доброкачественность (или чистота) которой по лактозе превышает 70 ед. Под доброкачественностью (чистотой), применительно к технологии молочного сахара, понимают отношение содержания лактозы к сухим веществам. Кроме того, молочная сыворотка, являясь побочным продуктом, значительно дешевле цельного и обезжиренного молока. Наиболее предпочтительной является подсырная сыворотка, что связано с ее высокой доброкачественностью, и ультрафильтраты. Специально поставленные в Воронежском технологическом институте исследования (К. К. Полянский, А. Г. Шестов) и промышленный опыт показали, что вполне удовлетворительные результаты можно получить, вырабатывая молочный сахар из творожной сыворотки. Казеиновая сыворотка, в т.ч. термокальциевой коагуляции белков молока (по В. А. Павлову), также может быть использована для получения молочного сахара. Молочный сахар широко используется в пищевой промышленности (детское питание, хлебобулочные и кондитерские изделия) и при изготовлении медицинских препаратов (таблетки, антибиотики, спецпрепараты, например абомин). В зависимости от требований потребителей молочная промышленность производит сахар следующих видов: рафинированный и фармакопейный – медицинские препараты; пищевой – пищевые продукты; сахар-сырец (техническая лактоза по стандарту ММФ) – сырье для ферментации, рафинации и технические цели. Состав и свойства молочного сахара по видам и сортам приведен в табл. Состав и свойства молочного сахара
В рафинированном и пищевом молочном сахаре регламентируется содержание хлоридов, сульфатов и кальция на уровне 0,1%, а также солей меди не более 5 мг/кг и олова 50 мг/кг, не допускается наличие солей тяжелых металлов (свинца и др.). Рафинированный молочный сахар с минимальными примесями, отсутствием моноз (глюкозы, галактозы) и посторонних углеводов (крахмала, декстрина) относится к фармакопейному. Для использования в качестве затравки при кристаллизации лактозы (сгущенное молоко, мороженое) рафинированный или пищевой молочный сахар подвергают тонкому размолу до размера 3-4 мкм, но не более 10 мкм. В качестве внутрипромышленного полуфабриката, а иногда как сырье для ферментации, вырабатывается кристаллизат молочного сахара (сывороточный сироп) с подержанием лактозы не менее 45%. По внешнему виду молочный сахар представляет кристаллический порошок аналогичный сахарозе или легко пересыпающуюся массу, напоминающее сухое молоко распылительной сушки. Цвет продукта от белого (рафинированный) до слабо желтого (сырец). Получение молочного сахара возможно тремя способами: I- кристаллизация лактозы из пересыщенных сывороточных сиропов; II- сушка глубоко очищенной молочной сыворотки; III -образование лактозатов с последующим разрушением соединения. В промышленности широко используется первый способ, основанный на сгущении очищенной или неочищенной молочной сыворотки с последующей кристаллизацией лактозы из пересыщенных за счет охлаждения растворов. Способ имеет несколько вариантов осуществления. Второй способ находит практическое внедрение на базе мембранных методов обработки молочной сыворотки, позволяющих удалять несахара до необходимой степени чистоты готового продукта, совмещая эту операцию с концентрированием молочной сыворотки. Третий способ, сущность которого заключается в образовании нерастворимых лактозатов кальция и последующей их сатурации, представляет пока чисто научный интерес, нуждается в технологической и технической разработке. Физико-химические основы технологии молочного сахара. Теоретическая сущность технологии молочного сахара сводится к извлечению лактозы из молочной сыворотки, т.е. ее выделению с очисткой от балластных веществ (несахаров): жира, белков, минеральных солей. Концентрация лактозы при этом повышается примерно в 20 (с 4,5% в исходной сыворотке до 90-99 % в готовом продукте), а содержание несахаров снижается в сотни раз. Казеиновая пыль и молочный жир легко удаляются из сыворотки центробежным способом на саморазгружающихся сепараторах. Сывороточные белки могут удаляться путем тепловой денатурацией в сочетании с реагентной, безреагентной коагуляцией, ультрафильтрацией либо сорбцией. Удаление небелковых азотистых соединений представляет определенную трудность, однако вполне удовлетворительно осуществимо сорбцией на макропористых ионитах или природных сорбентах. Для создания пересыщенных растворов молочную сыворотку концентрируют путем выпаривания, обратным осмосом либо комбинацией этих способов. Кристаллизация лактозы из пересыщенных растворов (сиропов) подчиняется общим законам массообмена и лимитируется температурой, временем и механическим побуждением (перемешиванием). По разработкам проф. К. К. Полянского (ВГТА) оптимальный режим кристаллизации лактозы из очищенных сывороточных сиропов происходит при темпе охлаждения 2-3°С/ч и скорости перемешивания 10-15 об/мин. Разделение суспензии кристаллизата на влажные кристаллы и мелассу вполне удовлетворительно осуществляется на центрифугах фильтрующего и отстойного типов. Сушка влажных кристаллов наиболее целесообразна во взвешенном состоянии. При необходимости размол кристаллов обеспечивается на ударных шаровых, виброшаровых мельницах и дезинтеграторах, а также струйным методом. Алгоритм технологического процесса производства молочного сахара включает следующие операции (блоки): мониторинг исходного сырья - молочной сыворотки, реагентов и вспомогательных материалов; очистку молочной сыворотки от балластных веществ - казеиновой пыли, молочного жира и сывороточных белков; сгущение очищенной сыворотки до сиропа; кристаллизацию лактозы - кристаллизат молочного сахара; отделение кристаллов лактозы от мелассы и их промывку водой; сушку влажных кристаллов - молочный сахар-сырец (техническая лактоза), при очистке и рафинации подсгущенной сыворотки - пищевой молочный сахар (пищевая лактоза); растворение молочного сахара-сырца или влажных кристаллов; рафинация раствора; фильтрация раствора, кристаллизация лактозы; отделение кристаллов от мелассы; промывка кристаллического осадка; сушка влажных кристаллов - рафинированный молочный сахар (фармакопейная лактоза). Схемы технологических процессов производства молочного сахара. Производство молочного сахара-сырца с очисткой сыворотки и кристаллизацией лактозы показано на рис. . Подсырную сыворотку с кислотностью не более 20ºТ и содержанием лактозы не менее 4,5% очищают от казеиновой пыли и молочного жира на специальных саморазгружающихся сепараторах двойного действия "осветлитель-разделитель" типа ОХС непосредственно после удаления ее из сыроизготовителей и грубой фильтрации при температуре 35-40ºС. Полученные при сепарировании казеиновую пыль в виде белковой массы и молочный жир в виде подсырных сливок являются ценным пищевым сырьем, собираются в отдельные резервуары и подлежат переработке. Альтернативой сепарированию является микрофильтрация. Сепарированную сыворотку подогревают в потоке до теплового порога денатурации сывороточных белков (70-75ºС) и направляют в специальные резервуары (танки) - ванны для отваривания альбумина. После заполнения резервуара сыворотку нагревают до 90-95ºС и вносят в нее реагент- коагулятор. В качестве последнего рекомендуется кислая сыворотка с кислотностью 150-200ºТ, которую готовят предварительно; соляная кислота рабочей концентрации или меласса от предыдущих выработок молочного сахара. Кислотность сыворотки повышают до 30-35ºТ, что соответствует pH 4,4 - 4,6. Смесь тщательно перемешивают в течение 10-15 мин. Каждый реагент-коагулятор имеет свои положительные стороны - обеспечивает выделение термолабильных фракций сывороточных белков с изоэлектрической точкой 4,5±0,1 ед. Однако, применение кислой сыворотки связано с необходимостью ее приготовления т.е. затратами и потерями лактозы для получения молочной кислоты. Соляная кислота достаточно дорога и требует специального оборудования для внесения, проблематичным является экология ее применения, особенно с учетом использования сывороточных белков в пищевых целях. Применение мелассы не требует специальных реагентов, снижает потери лактозы, повышает выход готового продукта, однако требует специфического подхода по ее обновлению в цикле производства и оценке влияния на качество молочного сахара. Для более полного выделения белков после тепловой денатурации и подкисления рекомендуется раскисление подкисленной сыворотки до 10-15ºТ (pH 6,0-6,5) внесением 10%-ного раствора гидроксида натрия с тщательным перемешиванием массы в течение 10-15 мин. После тепловой денатурации и внесении реагентов сыворотку оставляют для отстоя на 1,0-1,5 ч. Отделение частиц скоагулированного белка производят с помощью саморазгружающихся сепараторов типа ОТС или фильтрацией отстоявшегося слоя сыворотки. Выделенные сывороточные белки - белковую массу и (или) альбуминное молоко рекомендуется использовать для пищевых продуктов, или в случае необходимости, кормовых средств (добавок - обогатителей кормов). Процесс выделения казеиновой пыли, молочного жира и сывороточных белков из подсырной сыворотки возможно организовать в потоке, с полной механизацией и автоматизацией по схеме технологической линии, разработанной во ВНИИМС, аналогично зарубежной линии и процессу "Центри-Вей". В линии предусмотрен нагрев сыворотки с 70-75ºС до 90-95ºС специальном аппарате-турболизаторе с устройством для снятия пригара с греющей поверхности (отечественное ноу-хау) и проточного емкостного коагулятора. Внесение реагентов также предусмотрено в потоке с помощью насосов-дозаторов. Базовым оборудованием линии являются саморазгружающиеся сепараторы типа ОХС и ОТС. Оригинальной является безреагентная коагуляция сывороточных белков в подсырной сыворотке за счет ее подсгущения в 4-6 раз, т.е. 24-36% сухих веществ с понижением кислотности и снижением pH, что обеспечивает термическую коагуляцию при нагревании до 90-95ºС. Перспективной может быть термокислотная коагуляция сывороточных белков и казеина сквашенным обезжиренным молоком или пахтой. Очищенную (осветленную) подсырную сыворотку без охлаждения направляют на сгущение в вакуум-выпарных установках. Процесс выпаривания влаги проводят при температуре не выше 55 ± 5С, что предупреждает карамелизацию лактозы. Для предупреждения сильного пенообразования сывототки во время сгущения, особенно в ее начальный период (до 30% cухих веществ), применяют пеногасители - олеиновую кислоту или афромин в количестве 10-20 г/100л перерабатываемой сыворотки. Сгущение проводят до получения сиропа с содержанием сухих веществ 60-65%, что соответствует плотности при 70ºС 1300 кг/м3 (по ареометру -1,30; масса 100 мл сиропа - 130 г). В конце сгущения сироп молочной сыворотки нагревают до 70-75ºС и направляют на кристаллизацию. Кристаллизацию лактозы проводят с учетом качества (доброкачественности) сиропа по длительному - до 35 ч или ускоренному - до 15 ч режимам в кристаллизаторах-охладителях путем направленного и управляемого охлаждения до 10-15ºС (рис. ). Во время кристаллизации сироп периодически, примерно через каждые 30 мин, перемешивают для равномерного охлаждения и предупреждения образования сростков (друзов, конгломератов) кристаллов лактозы. Особенно опасными являются застойные зоны у охлаждаемых поверхностей. Отделение кристаллов лактозы от мелассы проводят путем центрифугировагния кристаллизата на центрифугах фильтрующего и осадительного типов. Допускается разбавление кристаллизата доброкачественной водой с температурой не выше 15ºС. В процессе центрифугирования, при необходимости, проводят промывку кристаллического осадка лактозы доброкачественной водой с температурой не выше 15ºС. Влажность кристаллической массы после окончания центрифугирования составляет 8-10%. Отделенную мелассу и промывные воды собирают и используют для подкисления исходной сыворотки или перерабатывают в кормовые продукты, в т.ч. бифидогенные концентраты. Влажные кристаллы молочного сахара-сырца после разрыхления осадка сушат на сушилках барабанного типа СБА-1, сушильных установках с псевдоожиженным слоем Р3-ОСС или вихревых сушилках ВС-800. Температуру воздуха на входе в сушилку поддерживают на уровне 130-140ºС, на выходе 65-75ºС. Выброс кристаллов в атмосферу исключают за счет циклонов и фильтров. После сушки готовый продукт охлаждают, выдерживают 2-3 ч в помещении цеха, и при необходимости размалывают в центробежных мельницах ударного типа Д-250. Молочный сахар-сырец упаковывают в бумажные многослойные мешки, снабженные полиэтиленовым вкладышем. Срок хранения молочного сахара-сырца при температуре 20ºС составляет до 12 мес. Кроме подсырной для производства молочного сахара-сырца возможно использование творожной сыворотки. Особенность технологии заключается в исключении подкисления исходной сыворотки и некоторым снижением выхода готового продукта (примерно на 15-25% в сравнении с подсырной сывороткой), что связано со сбраживанием лактозы в процессе производства творога. Использование казеиновой в т.ч. термохлоркальциевой сыворотки также возможно (по В. А. Павлову) аналогично творожной с учетом ее дехлорирования и декальцинирования электродиализом. Совершенствование технологии молочного сахара-сырца возможно за счет ультрафильтрации сыворотки и гидролиза остаточных белков ферментами. Специфические особенности технологии молочного сахара-сырца из ультрафильтрата заключаются в следующем. С учетом содержания лактозы в фильтрате до 5%, а азотистых веществ не более 0,1%, сгущение его рекомендуется проводить до концентрации сухих веществ в сиропе 60-64%. Для наиболее полной кристаллизации лактозы и образования крупных, однородных кристаллов снижение температуры сиропа ведут ступенчато - постепенно (рис. ) с 75ºС до 65ºС в течение первых 15 ч, затем быстро с 65ºС до 15ºС в течение следующих 15 ч, после чего кристаллизат выдерживают еще 8-10 ч при этой температуре. Перемешивание проводят более интенсивно, чем при традиционном способе, что исключает отстой кристаллов. Следует отметить, что получение молочного сахара из УФ-фильтратов молочного сырья не оправдало ожидаемых надежд и потребовало специфического подхода. Это аномальное на первый взгляд явление объясняется по-видимому влиянием солей кальция, переходящих в УФ-фильтраты. Также не найдено пока технологического решения по производству молочного сахара со стабилизацией сывороточных белков в процессе сгущения за счет раскисления сыворотки (американский способ). Биотехнологический прием в производстве молочного сахара включает гидролиз остаточных белковых веществ и высокомолекулярных пептидов в очищенной сыворотке, при ее сгущения или сиропах в процессе кристаллизации ферментами - термостойкими протеазами. Производство молочного сахара-сырца по безотходной технологии из неочищенной сыворотки разработано ВМИ с НПО «Углич». Особенностью технологии является использование адгезионно-инерционной (пороговой) центрифуги, которая показала положительные результаты при работе и на очищенных сиропах. Интересным является предложение по совершенствованию технологии молочного сахара-сырца за счет центробежной очистки сиропов в процессе сгущения сыворотки или перед кристаллизацией. Производство молочного сахара-сырца распылительной сушкой сиропов возможно за счет глубокой очистки сыворотки мембранными методами (гельфильтрация, микрофильтрация, ультрафильтрация, обратный осмос, электродиализ и ионообмен). Производство пищевого молочного сахара включает очистку и рафинацию сыворотки на стадии сгущения. Исходное сырье - очищенную сыворотку сгущают до содержания сухих веществ 25-30% и направляют без охлаждения в резервуар (ванну), где ее раскисляют 10%-ным раствором гидроксида натрия при тщательном перемешивании до 20-25ºТ, нагревают до 90-95ºС и выдерживают при этой температуре 30 мин после чего очищают от взвешенного осадка несахаров центробежным способом на саморазгружающихся сепараторах типа ОТС. Полученную белково-минеральную массу рекомендуется использовать в кормовых целях, например в птицеводстве. Очищенную подсгущенную сыворотку осветляют рафинированием в реакторах - двухстенных резервуарах с мешалкой. Рафинацию проводят при температуре 70-80ºС путем внесения активированного угля (2%), молотого диатомита (1,5%) и гидросульфита натрия (0,005%). Дозу реагентов рассчитывают по лактозе. Раствор при постоянном перемешивании выдерживают 30 мин и направляют на фильтрацию. Фильтрат досгущают до содержания сухих веществ 55-60%. Кристаллизацию проводят по быстрому режиму (15 ч). Центрифугирование, промывку и сушку кристаллов проводят аналогично производству молочного сахара-сырца. Упаковка и хранение пищевого сахара также аналогична молочному сахару-сырцу. Маркетинг осуществляют с учетом целевого назначения продукта. Совершенствование технологии пищевого молочного сахара может быть достигнуто применением мембранных методов - ультрафильтрация (очистка сыворотки), обратный осмос (подсгущение сыворотки), электродиализ (деминерализация) и ионный обмен (исключение рафинации). Интерес представляет производство лактозы пищевой категории качества за счет безреагентной экологически чистой коагуляции сывороточных белков термокислотным способом сквашенным обезжиренным молоком или пахтой с очисткой на стадии сгущения. Производство рафинированного (фармакопейного) молочного сахара из растворов сахара-сырца может осуществляться в едином технологическом потоке, либо самостоятельно, что показано на рис. . Для производства рафинированного молочного сахара используют молочный сахар-сырец высшего сорта или улучшенный (пищевой категории качества) с содержанием лактозы не менее 95%. При организации производства рафинированного молочного сахара на предприятии, производящем молочный сахар-сырец, используют влажные кристаллы - осадок после центрифугирования. Растворение сахара-сырца или кристаллического осадка производят в реакторах с подогревом и мешалкой. Содержание сухих веществ в растворе составляет 65%. Температура процесса - на уровне 90ºС. По окончании процесса растворения в раствор без охлаждения вносят рафинирующие средства: активированный уголь (2%)., молотый диатомит (1,5%) и гидросульфит натрия (0,005%). Дозировку реагентов рассчитывают по лактозе. Раствор при непрерывном перемешивании выдерживают в течение 10 мин и фильтруют через ткань типа "бельтинг" с намытым слоем диатомита. Кристаллизацию лактозы осуществляют охлаждением рафинированного сиропа в течение 7-10 ч до 10-15ºС при постоянном перемешивании массы. Кристаллический осадок промывается чистой водой. Сушка кристаллов, упаковка и хранение рафинированного молочного сахара осуществляется при строгом соблюдении санитарного режима принятого на молочных предприятиях аналогично пищевому молочному сахару. При производстве рафинированного молочного сахара для продуктов детского питания для рафинации используют улучшенный сахар-сырец пищевой категории качества при строжайшем соблюдении санитарного режима. Обязательным является установка магнитных фильтров после сушилки. Фармакопейный молочный сахар получают при соблюдении требований производства рафинада для продуктов детского питания с тщательной промывкой кристаллического осадка с целью удаления моноз - глюкозы и галактозы (на специализированных производствах допускается промывка кристаллического осадка этиловым спиртом пищевого качества с его последующим сбором и использованием). Мелкокристаллический рафинированный молочный сахар для целевого использования - затравка при кристаллизации молочных консервов и мороженого, с размером частиц не боле 10 мкм получают путем тонкого помола рафинированного молочного сахара на виброшаровых мельницах с последующим отбором частиц в классификаторах-циклонах. Производство молочного сахара-сырца (технической лактозы), пищевого молочного сахара (лактоза пищевая) и рафинированного молочного сахара (фармакопейная лактоза) с реализацией современных технологий и соответствующем аппаратурном оформлении позволяет обеспечить качество готового продукта на уровне требований ММФ (мировые стандарты) и выходом на мировой рынок. Следует отметить, что аппаратурно-процессовое оформление технологии молочного сахара является достаточно сложным, энергоемким, с большими затратами труда. Поэтому, с учетом физико-химической сущности технологии, необходима полная механизация и автоматизация всех процессов с использованием промышленных роботов и принципов гибкого автоматизированного производства (ГАП) ПРОИЗВОДНЫЕ МОЛОЧНОГО САХАРАИз молочного сахара (лактозы) возможно получение целой гаммы производных - галактоза (медпрепарат), глюкозо-галактозный сироп, лактулоза, лактитол, молочная кислота, лактаты кальция, этанол, метан, полиуретановые пены, лактобионовая кислота и др. Наибольший практический интерес в настоящее время представляют глюкозо-галактозный сироп, лактулоза и этиловый спирт. Перспективным является освоение производства лактитола (лактит). Глюкозо-галактозный сироп получают путем направленного гидролиза молекулы лактозы с получением моноз – глюкозы и галактозы, которые обладают большей растворимостью, сладостью и сроком хранения, что позволяет расширить спектр использования готовой продукции. Немаловажным является факт исключения непереносимости лактозы. Теоретически гидролиз возможен химическими реагентами и специфическим ферментом лактаза (бета-галактозидаза). в т.ч. иммобилизованном на твердом носителе. Технологический процесс производства глюкозо-галактозного сиропа включает следующие операции: подготовку лактозосодержащего сырья, реагентов и вспомогательных материалов; гидролиз лактозы; очистку раствора; концентрирование раствора; фасование, упаковывание и хранение. Разработанная ВНИИМС технология кислотного гидролиза лактозы в ультрафильтратах молочной сыворотки (рис ) включает их подсгущение до 18-22 % сухих веществ, очистку от оставшихся азотсодержащих соединений тепловой денатурацией при 93-97°C с подкислением соляной кислотой до рН 4,6±0,05 ед. и выдержкой 15-20 мин с последующим сепарированием. В очищенный подсгущенный фильтрат вносят соляную кислоту из расчета 21±0,2 л на 1 т с доведением рН до 1±0,5 ед., выдерживают при температуре 97±2°С в течение 4 ч, охлаждают до 23±2°С. Кислотность гидролизата должна быть не более 12°Т. Его деминерализуют до уровня 70±5 % и сгущают до 50% сухих веществ (плотность 1200 кг/м3). Сироп осветляют (рафинируют) сорбентами – осветляющий уголь 2% и диатомит 1%, при температуре 75±5°С, выдержке 10-15 мин и последующей фильтрации через ткань. Готовый продукт хранят при температуре 10-30°С не более 30 суток. Более известна в мире и практически отработана в России (Ю. Я. Свириденко с сотр.) технология ферментативного гидролиза лактозы. В качестве исходного сырья для гидролиза может быть использована творожная и подсырная сыворотки, ультрафильтрат и раствор молочного сахара. Гидролиз осуществляют в реакторе иммобилизованной бета-галактозидазой (лактазой) "Галактосил". Степень гидролиза должна составлять 75±5 %. Обычно процесс проходит непрерывно в течение 20±2 ч, затем фермент подвергают санации 0,5 М раствором уксусной кислоты, после чего гидролиз возобновляется. Замена фермента осуществляется при снижении эффективности процесса ниже 0,9±0,1 ч–1. Фильтрат после гидролиза деминерализуют (50-90 %) и концентрируют до 60±2 % сухих веществ. Сироп гидролизованной лактозы (СГЛ) представляет вязкую однородную жидкость желто-коричневого цвета со следующими физико-химическими показателями (%):
Срок хранения СГЛ составляет 1-2 месяца в зависимости от степени деминерализации. На этом же принципе во ВНИМИ разработана сухая глюкозо-галактозная смесь. Подчеркивая уникальность процесса, необходимо отметить, что его можно проводить в домашних условиях путем внесения таблетированной лактазы в питьевое молоко. Особенно это важно для людей с интолерантностью к лактозе. Лактулоза. Специальными исследованиями установлено, что дисахарид лактулоза (фруктозо-галактозид) является активным бифидогенным фактором женского молока. Для оптимизации рецептуры продуктов детского питания на молочной основе в коровье молоко необходимо вводить лактулозу. Кроме того, лактулоза достаточно широко используется во многих странах мира как профилактическое и терапевтическое средство, особенно в случае дисбиотических явлений. Лактулоза может быть использована в пищевых продуктах как хорошо растворимый и некариогенный подсластитель, в алкогольных и безалкогольных напитках с целью миниминизации их токсического действия, а также в качестве кормовых добавок и рецептурах ЗЦМ для предупреждения дисбактериоза у молодняка сельскохозяйственных животных. В Японии еще в 1992 г лактулоза включена в "золотой список" ингредиентов пищевых продуктов, способствующих улучшению здоровья нации. Мировое производство лактулозы оценивается в 20000 т ежегодно. Лактулозу можно получить из лактозы путем перегруппировки α-глюкозы во фруктозу. Механизм перегруппировки трактуется по-разному. В слабо-щелочной среде глюкоза может трансформироваться во фруктозу по механизму LA - трансформации через енольную форму, а так же перегруппировкой по Амадори с образованием промежуточного продукта лактозиламина. Известен синтез лактулозы в растворах лактозы изомеразами микробного происхождения. В нашей стране и за рубежом проведены разработки по получению лактулозы в жидком (сиропы) и сухом видах на основе лактозы. Технологический процесс производства сиропов лактулозы по С. А. Рябцевой (СевКавГТУ) включает следующие операции: приемку и подготовку молочного сахара, реагентов и вспомогательных материалов; растворение молочного сахара; рафинация и фильтрация раствора; изомеризация лактозы в лактулозу; деминерализация раствора; одно- или двух кратные сгущение раствора, кристаллизация и отделение кристаллов лактозы; тепловая обработка; фасование, упаковывание и хранение. Схема технологической линии производства сиропа лактулозы показана на рис. . В качестве исходного сырья для производства лактулозы используется сахар рафинированный, пищевой и сырец не ниже высшего сорта. Растворение молочного сахара производится в нагретой до 85-90ºС воде при постоянном перемешивании. Содержание сухих веществ 20-25%, что соответствует плотности при 70ºС 1055±5 кг/м3. Раствор молочного сахара выдерживают при температуре 90ºС в течении 10-15 мин. При использовании молочного сахара-сырца рекомендуется центробежная очистка раствора для удаления взвешенного осадка и механических примесей. Очистку осуществляют на саморазгружающемся сепараторе типа ОТС с периодической разгрузкой через каждые 15-25 мин. Полученный осадок используется в кормовых целях. Растворение молочного сахара возможно в чистом конденсате или щелочной фракции электроактивированной воды (ЭЛА-вода) - католит. Изомеризация лактозы в лактулозу проводится в щелочной среде при pH 11-12ед путем введения 0,27±0,02% гидроксида натрия в виде 40%-ного раствора для пищевых сиропов или 0,40±0,05% гидроксида кальция в виде свежеприготовленного известкового молока для кормовых добавок. Оптимальный режим изомеризации: температура 85-95ºС, время выдержки 5-7 мин с быстрым (резким) охлаждением до 15-25ºС, что исключает автокаталитический распад углеводов и нарастание цветности раствора. В случае невозможности быстрого охлаждения раствор необходимо подкислить до pH 7,0-8,0 ед лимонной или молочной кислотами для пищевых сиропов, кислой сывороткой для кормовых добавок. В процессе изомеризации до 30% лактозы трансформируется в лактулозу. В результате получается раствор лакто-лактулозы, содержащий около 7% лактулозы и 15% непрореагировавшей лактозы, а также балластные вещества - минеральные соли (0,7%), азотистые соединения (0,3% азота) и красящие соединения, в основном меланоидины. Деминерализацию проводят для пищевых сиропов при температуре 18-22ºС до уровня обессоливания 70-75% на электродиализных установках по режимам производства деминерализованной сыворотки. Более глубокое обессоливание, например для детского питания на уровне 90%, возможно ионообменной обработкой на смолах КУ-2-8 и ЭДЭ-10П аналогично режиму при производстве молочного сахара. Рафинацию осуществляют при температуре 20-30ºС, что является специфичным, путем внесения активированного угля (1,5%), молотого диатомита (0,15%) и гидросульфита натрия (0,01%). Дозу реагентов рассчитывают к лактозе. Раствор выдерживают при перемешивании 10-15 мин и фильтруют через ткань "бельтинг" с намытым слоем молотого диатомита. Фильтрат лакто-лактулозы сгущают в вакуум-аппаратах при температуре 55-65ºС до массовой доли сухих веществ 55-60%, что соответствует плотности 1245±5 кг/м3. Сгущенный сироп подогревается до 70ºС и направляется на кристаллизацию. Кристаллизацию лактозы проводят для увеличения доли лактулозы в готовом продукте по режиму: охлаждение при постоянном медленном перемешивании массы со скоростью 2-3ºС в ч до температуры 8-10ºС и последующей выдержкой при этой температуре в течение 10-12 ч. Выделившиеся кристаллы лактозы отделяют центрифугированием на аппаратах фильтрующего типа и промывают небольшим количеством холодной воды. Кристаллический осадок молочного сахара используют для растворения в замкнутом цикле производства сиропов лактулозы. При необходимости, в зависимости от требований потребителей к качеству сиропов лактулозы, проводят повторную деминерализацию (для детского питания и фармацевтики), сгущение (пищевые продукты и напитки) с кристаллизацией и отделением кристаллов. Повторное сгущение проводится до содержания сухих веществ 65-70%, что соответствует плотности 1280±10 кг/м3. Для интенсификации процесса кристаллизации вносят затравку мелкокристаллической лактозы в количестве 0,3-0,5% к массе сиропа. Конечная температура охлаждения составляет 5ºС с последующей выдержкой до 10 ч, что предотвращает выпадение осадка при хранении сиропов лактулозы. Тепловую обработку сиропов лактулозы осуществляют при температуре 70-75ºС в течение 10-15 мин для гарантии микробиологической чистоты, безопасности и длительного хранения. Фасование сиропа проводят в горячем виде в потребительскую тару (фляги, банки, флаконы). Продолжительность хранения сиропов лактулозы определяется видом упаковки: в негерметичной таре при температуре 4-8ºС состав и свойства продукта не изменяются в течение 12 мес., в герметичной таре - до 5 лет. Сироп лактулозы имеет следующий состав и свойства:
Сиропы лактулозы используются для получения медпрепаратов, детского и диетического питания, пищевых продуктов и напитков, кормовых добавок. Получены специальные концентраты лактулозы «Лактусан» и «Алкософт». Изомеризацию лактозы в лактулозу при выработке «Лактусана» проводят в одном растворе лактозы, при выработке «Алкософта» – непосредственно в молочной сыворотке. Технологический процесс производства сухой лактулозы, (разработано во ВНИМИ В. Д. Харитонов, В. В. Ким с сотр.), включает следующие операции: приемку концентрата лактулозы с определением его качественных показателей, подготовку концентрата, нагревание раствора, сушку, охлаждение сухой лактулозы, расфасовку продукта. Сироп лактулозы, после определения его качества, разбавляется чистой водой до содержания сухих веществ 20-45% и при необходимости раскисляется. Раствор нагревается до 80-85ºС и подается в распылительную сушилку. Режим сушки: температура воздуха на входе 100-150ºС, на выходе - 50-70ºС. Учитывая высокую гигроскопичность порошков сухой лактулозы (индекс гигроскопичности составляет 22,8%, для примера СОМ - 10,5%), его необходимо охладить осушенным воздухом и немедленно расфасовать в герметичную, влагонепроницаемую тару. На основе сухой лактулозы и лизоцима разработана технология оригинального препарата "Лаэль". Следует подчеркнуть проблематичность получения сухой лактулозы в чистом виде, поэтому ведется поиск ее сушки с наполнителями - соевым изолятом, молочным белком и другими компонентами Этанол. Лактоза может трансформироваться этиловый спирт (этанол) при ее сбраживании специальными рассами дрожжей. Общая схема сбраживания представлена ниже: С12Н22О11 + Н2О -----> 2С6Н12О6 ----> 4С2Н5ОН + 4СО2 лактоза монозы этанол Теоретически из 1 т молочной сыворотки (45 кг лактозы) возможно получение 68,2 дал этанола и до 25 кг диоксида углерода. На практике эти величины ниже за счет потерь. Наиболее благодатной средой для брожения считается УФ-фильтраты, т. к. молочную сыворотку приходится очищать от жира и белков. Способностью сбраживать лактозу с образованием этилового спирта и диоксида углерода обладают лишь немногочисленные представители дрожжей. Например, по данным проф В. М. Богданова 15 штаммов, испытанных им, продуцировали из лактозы от 0,36 до 2,42% этанола. Для практического использования в настоящее время рекомендуются дрожжи Kluyveromyces fragilis или Candida pseudotropikalis для нативной сыворотки и специально подобранные и штаммы дрожжей Klyveromyces marxianus Пр-8 для подсгущенной сыворогтки. Производство этанола на основе сбраживания лактозы возможно путем использования:
Схема технологического процесса получения этилового спирта молочной сыворотки включает следующие операции: приемку и подготовку исходного сырья - молочной сыворотки, дрожжей и вспомогательных материалов; очистку молочной сыворотки от казеиновой пыли, молочного жира и сывороточных белков; охлаждение до температуры брожения 28-34С; внесение дрожжевой закваски; сбраживание лактозы; отделение осадка дрожжей; перегонка бражки и ректификация спирта; расфасовка, упаковка, хранение и маркетинг готовой продукции. Схема технологической линии производства этилового спирта из подсырной сыворотки, разработанная ВНИИМС, приведена на рис . Для производства используют свежую подсырную сыворотку с кислотностью не выше 20ºТ, очищенную от казеиновой пыли, молочного жира и сывороточных белков способами, аналогично производству молочного сахара. Осветленную сыворотку охлаждают до 28-34ºС и вносят дрожжевую закваску. При работе с концентрированной сывороткой ее сгущают 3-5 раз в вакуум-выпарных аппаратах. Дрожжевая закваска готовится вначале лабораторная, затем производственная. Для активизации роста дрожжей в закваску рекомендуется вносить минеральные соли (сульфат аммония, соли калия и кальция). Рост биомассы проводится при температуре 28-30ºС, pH 4,5 ед. и обязательном аэрировании воздухом с перемешиванием смеси. Размножение дрожжей проводят до достижения их концентрации 1,5-1,7 млрд в 1 мл. Полученная суспензия дрожжей "бродящего типа" используется в качестве посевного материала (закваски). Доза закваски составляет 8-10% от объема исходной сыворотки. Брожение осуществляется в резервуарах (бродильных чанах - ферментерах) с автоматическим поддержанием температуры на уровне 29±1ºС с аэрацией воздухом и перемешиванием. Конец брожения определяют по плотности (остается постоянной в течении 24 ч) и остаточной лактозе - не более 0,3%. В питательной среде (бражке) накапливается этанола: при сбраживании нативной сыворотки - 2-3%, концентрированной - до 8%. Для выделения, концентрирования до 96% и очистки этанола используют брагоперегонные и ректификационные колонны. Перед перегонкой бражки дрожжи рекомендуется отсепарировать и использовать вновь в качестве закваски. Получаемая от перегонки барда содержит азотистые соединения, 3-4% минеральных солей, молочную кислоту и является ценным кормовым средством (добавкой) в жидком, сгущенном или сухом видах. Практический опыт показывает, что из одной тонны подсырной сыворотки на линии можно получить 25 л спирта этилового пищевого крепостью 96% с незначительным количеством сивушных масел, 30 кг альбуминного творога, подсырные сливки и белковую массу казеиновой пыли, а также до 40 кг кормовых дрожжей и до 60 кг диоксида углерода. По расчетам при этом высвобождается для пищевых целей 117 кг зерна или 300 кг картофеля. Описанный выше процесс позволяет получать молочную сыворотку, практически полностью освобожденную от лактозы. Спиртовое брожение при этом рассматривается как процесс, позволяющий получать пищевую или кормовую дрожжевую массу (белок) и в качестве побочного продукта этиловый спирт. По нашему мнению именно этот вариант является предпочтительным для отрасли. Производство этанола из концентрированной молочной сыворотки любого вида реализовано в Белоруссии (М.В.Залашко, К.В.Объедков с сотр.). В зарубежных схемах рекомендуется использование ультрафильтрации для очистки сыворотки от белков и обратного осмоса для сгущения ультрафильтрата. При этом экономически оправданным объемом переработки сыворотки в этанол считается 400 т/сутки. Контрольные вопросы и задания к разделу: 1. Назовите химический состав, физические свойства обезжиренного молока, пахты и молочной сыворотки. 2. Укажите виды и ассортимент продуктов из обезжиренного молока, пахты и молочной сыворотки. 3. Какова сущность технологии и оптимальные параметры производства молочного белка, казеина и казеинатов? 4. Сформулируйте научно-технические основы технологии и рецептуры ЗЦМ в жидком, сгущенном и сухом видах. 5. Сформулируйте физико-химические основы технологии молочного сахара-сырца, пищевого и рафинированного. 6. Какова сущность технологии производных молочного сахара - глюкозо-галактозные сиропы, лактулоза, этанол? Раздел 11. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ РАСЧЕТЫ В МОЛОЧНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||