• DMP

Уведомление об использовании COOKIES

Наш сайт использует файлы сookie. Продолжная пользоваться сайтом, вы соглашаетесь на использование нами ваших файлов сookie. Подробнее

Спрос на продукты с повышенным содержанием белка растет во всем мире, и, по мнению экспертов, сегодня это одна из основных тенденций на мировом рынке пищевых продуктов и напитков [1]. Согласно данным [2, 3], европейский рынок сывороточных белков в 2017 г. составил более 2200 млн долл. Причем мировые аналитические агентства прогнозируют дальнейший ежегодный прирост рынка приблизительно на 7,5 % в течение последующих 5 лет. Основной драйвер рынка сывороточных белков в Европе – это хорошо сформированная культура употребления продуктов спортивного питания и функциональных напитков. Наиболее развитыми региональными европейскими рынками, по мнению [2], являются рынки Испании и Италии, которым присущи черты «зрелого рынка» из-за масштабного производства подсырной сыворотки, особенно в Испании. Германия и Франция в 2017 г. столкнулись с резким спадом спроса на сывороточные белки из-за растущего рынка продуктов, альтернативных молочным, которые особенно популярны среди потребителей, страдающих непереносимостью лактозы.

Особенностью России, напротив, является популяризация функциональных молочных напитков и спортивного питания, что вполне прогнозируемо делает российский рынок сывороточных белков самым быстрорастущим в Европе – с 9%-ным средним уровнем годового роста в 2018– 2023 гг. [4]. Поэтому вполне объясним интерес предприятий отрасли к производству рентабельного продукта, пользующегося спросом на рынке, который одновременно обеспечит более полное использование белков молока и получение прибыли. Однако невозможно рассматривать технологию концентрата сывороточных белков (КСБ) изолированно, без учета основных принципов комплексной переработки молочного сырья [5]. Необходимо проектировать комплекс технологий, обладающих определенной гибкостью и многовариантностью технологических решений, который позволяет обосновать производство продуктов устойчивого сбыта.

Главным технологическим приемом при производстве КСБ является баромембранное разделение молочной сыворотки методом ультрафильтрации на два потока: концентрат (ретентат) и фильтрат (пермеат). Если основным компонентом ретентата является сывороточный белок, то основным компонентом перемеата – лактоза, содержание которой составляет более 90 % от массы сухого остатка пермеата. Поэтому валоризация этого продукта чаще всего связана с организацией производства молочного сахара различных категорий качества (пищевой, рафинированной, технической, фармакопейной) [6, 7].

Процесс выработки молочного сахара высокотехнологичный и требует от предприятия значительных затрат энергетических и кадровых ресурсов не только на основное производство, но и на переработку вторичных продуктов – мелассы, промывных вод и т.д. Поэтому организация производства молочного сахара/лактозы оправдана экономически только при наличии высокого рыночного потенциала и значительных объемов перерабатываемого сырья.

Пермеат распылительной сушки может быть интересной альтернативой молочному сахару, поскольку из процесса переработки исключается ряд технологических операций и побочных потоков (рис. 1).

Рис. 1. Блок-схема выработки пермеата распылительной сушки и лактозы пищевой категории качества

Основной задачей при выработке пермеата распылительной сушки является обеспечение производства продукта, приближенного по своим качественным характеристикам и технологическим свойствам к лактозе пищевой категории качества (табл. 1) [6, 7, 8] для того, чтобы пермеат мог успешно использоваться в технологии различных напитков, мороженого, молочных консервов, кондитерском и хлебобулочном производстве.

Поскольку пищевая лактоза используется в качестве подслащивающего компонента, ингредиента, улучшающего структуру и внешний вид продуктов, и нейтрального молочного наполнителя (заменителя), обращать внимание следует как на компонентный состав пермеата и пищевой лактозы, который, безусловно, будет отличаться (см. таблицу), так и на обеспечение высоких органолептических показателей и показателей, характеризующих качество сухих продуктов в целом: слеживаемость, слипание, комкование и т.д.

Особенностью пермеата как сырья является повышенное содержание минеральных солей и лактозы, а для пермеата, полученного из сквашенного молока и кислой сыворотки, харатерна еще и высокая кислотность [5]. Повышенное содержание солей обуславливает солоноватый привкус сухого продукта, что является нежелательным фактором при использовании пермеата для формирования требуемых сенсорных характеристик, например, в рецептурах кондитерских изделий. Включение в технологическую линию процесса деминерализации позволяет максимально удалить из пермеата нежелательные минеральные вещества и кислоты. Тем самым улучшаются его органолептические и технологические характеристики. Удаление несахаров повышает содержание основного компонента – лактозы, которая в деминерализованном пермеате может достигать 95 %, что увеличивает привлекательность пермеата как альтернативы пищевой лактозы [8]. Кроме того, удаление кальциевых солей снижает риск образования накипи на греющих поверхностях выпарного оборудования.

Лактоза оказывает большое влияние на физико-химические и структурные свойства продукта, поскольку присутствует в пермеате как непрерывная фаза. Если в сухом продукте лактоза находится в стекловидном, аморфном состоянии, то порошок может легко поглощать влагу из атмосферы при хранении, образуя высоковязкую жидкость. В результате происходит слипание, комкование и слеживание продукта, иногда даже с формированием монолита, что делает невозможным его дальнейшее использование.

Наиболее приемлемый и эффективный способ предотвращения негативных последствий повышенной гигроскопичности продукта – кристаллизация лактозы перед распылительной сушкой, целью которой является получение порошка, в котором кристаллическая форма лактозы будет преобладать над аморфной.

Микроструктура промышленного образца пермеата, выработанного без использования процесса кристаллизации, определенная, согласно [9], на рентгеновском микротомографе SkyScan 1176, представлена на рис. 2. Микроструктура включает смесь шарообразных частиц неправильной формы наряду с большими и мелкими кристаллами с острыми краями, которые образуются в результате спонтанной кристаллизации в период технологического процесса производства сухого пермеата. Размер частиц колеблется в диапазоне от 17 до 170 мкм, при этом встречаются агломераты размером до 2,0 мм.

Таблица 1 – Сравнительная характеристика пермеата распылительной сушки и лактозы пищевой категории качества
Наименование показателяХарактеристика сухого продукта
Внешний вид и консистенцияМелкодисперсный порошок, допускается незначительное количество комочков, легко рассыпающихся при механическом воздействииКристаллический свободно пересыпающийся порошок
Вкус и запахЧистый молочный, сладкийСлегка сладковатый без запаха
ЦветБелый, с желтоватым оттенкомОт белого до светло-желтого, однородный по всей массе
Массовая доля сухих веществ, %Не менее 97Не менее 98
Массовая доля общего белка, % в пересчете на сухое вещество, не более3,51,0
Индекс растворимости, мл сырого осадка, не более0,5Отсутствие осадка
Массовая доля лактозы, % в пересчете на сухое вещество72,0 — 95,097,0 – 98,0
Массовая доля золы, % в пересчете на сухое вещество1,0 -14,0Не более 1,53

Микроструктура пермеата с использованием процесса направленной кристаллизации (рис. 2 [10]) более упорядочена. Капли высушиваются в виде правильных глобулярных частиц, состоящих из всех растворенных веществ, которые первоначально содержались в пермеате: лактозы, минеральных и органических солей, азотистых соединений. Гранулометрический состав кристаллов лактозы более однороден, размеры кристаллов не превышают 100 мкм [10]. Поскольку более 70 % лактозы находятся в форме α-моногидрата [10], готовый продукт содержит меньшее количество лактозы в безводной форме, что увеличивает его стабильность при хранении.

Рис. 2. Микроструктура промышленного образца пермеата распылительной сушки, выработанного без кристаллизации

Рис. 3. Микроструктура образца пермеата распылительной сушки с контролируемой кристаллизацией [10]

Кроме того, после предварительной кристаллизации снижается вязкость сгущенного пермеата, что способствует более эффективному протеканию процесса распылительной сушки.

Таким образом, для обеспечения производства продукта с гарантированно высоким качеством и заданными физико-химическими показателями технология пермеата распылительной сушки должна включать следующие этапы (рис. 1): приемку сырья, предварительное концентрирование и деминерализацию, сгущение, контролируемую кристаллизацию и сушку.

Для предварительной концентрации и деминерализации применяют электро- и баромембранные процессы, при необходимости ионный обмен, которые обеспечивают требуемые органолептические показатели и корректировку содержания основного компонента лактозы. Сгущение пермеата проводят с использованием пленочных вакуум-выпарных аппаратов, в которых сырье стекает по греющей поверхности в виде тонкой пленки. Качество продукта в результате повышается, уменьшается расход воды и греющего пара, исключается возможность пенообразования и потерь продукта [11]. Применение пленочных вакуум-выпарных аппаратов позволяет повысить сухие вещества пермеата до 62 %, что значительно снижает энергозатраты при последующей сушке. Наличие в вакуум-аппарате системы быстрого охлаждения (Flash Cooler) позволяет быстро и эффективно охладить сгущенный продукт и создать оптимальные условия для последующей кристаллизации лактозы.

Кристаллизация сгущенного пермеата проводится в специализированных аппаратах – кристаллизаторах, обеспечивающих постепенное охлаждение продукта до 10–15 °С со скоростью 1,0–2,5 °С/ч при постоянном перемешивании. Согласно нашему опыту, такой режим кристаллизации наиболее оптимален и позволяет в течение 8–12 ч перевести порядка 80 % лактозы в кристаллическую форму, при этом гранулометрический состав будет оптимальным.

Сушка проводится в сушильных аппаратах распылительного типа, где достигается высокая интенсивность испарения влаги за счет дисперсного распределения сырья в рабочей камере, через которую движется нагретый воздух. При этом удельная поверхностность испарения становится настолько большой, что процесс высушивания завершается чрезвычайно быстро, обеспечивая высушивание в мягких условиях, с последующим получением качественного порошкообразного продукта хорошей растворимости [11].

Таким образом, описанная технология позволяет получать пермеат заданного состава и качества, который является наилучшей альтернативой пищевой лактозе в производстве многих продуктов питания, где нет необходимости в использовании высокоочищенных категорий молочного сахара. При этом затраты на производство такого пермеата значительно ниже затрат на производство лактозы, а выход готового продукта примерно в 2,5 раза выше, чем высокоочищенной лактозы [12].

Список литературы

1. Global milk protein market analysis & trends – industry forecast to 2025/ACCUR AY RESEARCH // MILK PROTEIN MARKET [REPORT]. – URL: ttp://www.accurayresearch. com/chemicals-and-materials/milk-proteinmarket-analysis-size-share-trends. – Февраль, 2017. – 331 р.

2. Global Whey Protein Market to Hit $13.5 Billion by 2020. – URL: https://www. naturalproductsinsider.com/healthy-living/ global-whey-protein-market-hit-135- billion-2020

3. Mordor Intelligence. Europe Whey Protein Market – Growth, Trends, and Forecast (2018– 2023). – URL: https://www.mordorintelligence. com/industry-reports/europe-whey-proteinmarket

4. Mordor Intelligence. Russia Whey Protein Market – Growth, Trends & Forecasts (2017– 2022). – URL: https://www.mordorintelligence. com/industry-reports/russia-whey-proteinmarket

5. Переработка молочной сыворотки: понятная стратегия, реальные технологии, адекватные инвестиции, востребованные продукты / Д.Н. Володин, М.С. Золоторёва, В.К. Топалов, И.А. Евдокимов, А.Г. Храмцов, П. Мертин // Молочная промышленность. – 2015. – № 5. – С. 111–116.

6. ГОСТ 33567-2015. Сахар молочный. Технические условия.

7. Lactose Product Bulletins. – URL: http:// www.hilmaringredients.com/products/lactose_ product_bulletins/

8. Discover our dairy powders and ingredients for infant formulas. – URL: https://www. euroserum.com/en/for-your-recipes/for-yourinfant-formulas/demineralized-wheypermeate/#discover

9. X-ray micro-tomography to quantify frozen ice cream structure / G. Alvarez, D. Cantre, P. Verboven, F.T. Ndoye, M. Warren, W.R. Hartel, B. Nicolai // 24ième Congrès International du Froid ICR. – 2015, August. – Yokohama, Japan.

10. Kalab Miloslav. Composition and Structure of Demineralized Spray-Dried Milk Permeate Powder, Food Structure / Miloslav Kalab, Marijana Caric and Spasenija Milanovic. – 1991. – Vol. 10. – №. 4. Article 6. Available at: http:// digitalcommons.usu.edu/foodmicrostructure/ vol10/iss4/6

11. Современные решения для производства сухих молочных продуктов / А.С. Гридин // Переработка молока. – 2017. – № 7. – С. 33–37.

12. О переработке молочной сыворотки и внедрении наилучших доступных технологий / М.С. Золоторёва, Д.Н. Володин, В.К. Топалов, И.А. Евдокимов, Б.В. Чаблин // Переработка молока. – 2016. – № 7. – С. 17–19.

Другие публикации по теме

Особенности использования полимерных мембран в процессе мембранного фракционирования молочного сырья

Публикация ДМП в журнале "Переработка молока" об особенностях полимерных мембран

05.02.2024

Итоги участия в выставке «DairyTech 2024»

С 24 по 26 января проходила 22-я Международная выставка оборудования для производства молока и молочной продукции DairyTech 2024.

29.01.2024

Наш стенд на выставке «DairyTech 2024»

Будем рады увидеть вас в числе наших гостей и надеемся, что посещение этого мероприятия окажется для вас всесторонне полезным!

15.01.2024

Вебинар «Эффективные технологии переработки молока и молочной сыворотки на основе мембранного фракционирования»

Будем рады увидеть вас в числе наших гостей и надеемся, что посещение этого мероприятия окажется для вас всесторонне полезным!

11.12.2023

Приглашаем на выставку «DairyTech 2024»

Будем рады увидеть вас в числе наших гостей и надеемся, что посещение этого мероприятия окажется для вас всесторонне полезным!

17.11.2023

Об итогах выставки «Агропродмаш-2023»

20.10.2023
Смотреть все новости