Рубрика: Научные публикации

Сегодня сухие белковые концентраты из молочного сырья широко используются в рецептурах самых разнообразных пищевых продуктов, так как обладают уникальными питательными и функциональными свойствами. Предлагаемый вашему вниманию материал продолжает цикл статей, посвященных анализу способов производства и требованиям, предъявляемым к качеству и безопасности таких продуктов [1], в частности, концентратам, белковая часть которых представлена основным белком молока — казеином [2].

Казеин составляет примерно 80 % белков молока и представлен несколькими фракциями: α_S1, α_S2, β, æ-казеин. Соотношение фракций казеина значительно варьируется в молоке разных видов, например, женское молоко содержит порядка 70% β-казеина, а фракции α_S1, α_S2 практически отсутствуют. В свою очередь коровье молоко включает практически равное количество фракций β- и α_S1— казеина. Эта особенность довольно важна, например, при разработке рецептур адаптированного детского питания, т.к. каждая фракция казеина обладает индивидуальными функциональными свойствами за счет специфичной аминокислотной последовательности первичных структур.

Согласно современным представлениям [3, 4, 5] в молоке казеин находится в виде мицелл (рис 1), представляющих собой сложные комплексы гибких казеиновых молекул, связанных нанокластерами фосфатов кальция, причем составляющие его фракции не имеют четко определенной вторичной и третичной структуры [3, 4]. В отличие от истинных глобулярных белков, мицелла казеина почти не содержит а-спиралей и, вероятно, занимает промежуточное положение между компактной структурой глобулы и структурой беспорядочного клубка. Такая структура делает казеин легко гидролизуемым протеолитическими ферментами в нативном (природном) состоянии без предварительной денатурации [6].

Рисунок 1. Схематическое изображение модели Холта. Фосфат кальция образует нанокластер, так как взаимодействует с фосфосерильным остатком казеинов (а) [6] Электронная микрофотография отдельной казеиновой мицеллы (б) [5]

Технологии получения концентратов, содержащих казеин, основаны на двух принципах: мембранного фракционирования и создания условий агрегации мицелл казеина. Последний метод используется для получения кислотного и сычужного казеина, а также коприципитатов (рис.2). Агрегация мицелл казеина в изоэлектирической точки дозированием минеральных или органических кислот, а также в результате молочнокислого брожения используется для получения кислотного казеина. Нарушение стабильности мицелл казеина путем воздействия ферментных препаратов применяется при производстве сычужного казеина (табл. 1). При обработке казеинового сгустка растворами щелочей образуются казеинаты натрия, калия, кальция. Совместное осаждение белков молока путем хлоркальциевой коагуляции позволяет получать коприципитаты, которые содержат как казеин, так и сывороточные белки молока. Осажденный казеин отделяется от сыворотки, промывается, обезвоживается, измельчается и высушивается. В пищевой промышленности казеин, казеинаты и коприципитаты, главным образом, используются как стабилизирующая и эмульгирующая добавка для мороженого, растительных сливок, также при выработке творога и сыра, как структурообразователи при выработке плавленых сыров, мясных продуктов, также в рецептурах хлебобулочных изделий. Основная особенность этих добавок заключается в том, что казеин находиться в денатурированной форме, что оказывает влияние на его функциональные и технологические свойства [7].

Таблица 1. Примеры состава высокобелковых концентратов на основе фракционирования белков

Продукты	КМБ/ИМБ [1]	КМК/ИМК [1]	Сычужный/кислотный казеин [10]	Казеинат натрия/кальция [10]
Массовая доля белка в СВ, не менее %	81,0/89,5	86,0 / 88,1	90,0 / 90,0	90,0
Соотношение казеин/сывороточные белки	80:20	90:5	—	—
Массовая доля, %, не менее
влаги	5,0	5,0 / 3,0	12,0 / 12,0	5,5
жира	1,5 / 1,6	3,0 / 1,1	1,0 / 1,0	1,5
лактозы	5,0 / 0,7	3,0 / 1,0	0,2 / 0,1	0,2
золы	7,5 / 6,3	7,5 / 7,3	7,5 / 2,2	4,0

Рисунок 2. Блок-схема выработки белковых концентратов на основе молока

Из четырех основных мембранных процессов (микрофильтрации, ультрафильтрации, нанофильтрации и обратного осмоса) для фракционирования казеина от составных частей молочного сырья используется микро- и ультрафильтрация обезжиренного молока. Ультрафильтрация молочного сырья позволяет отделить коллоидные частицы и высокомолекулярные вещества, размер которых составляет от 0,001–0,05 мкм или 5000–500000 дальтон. Из белковых ингредиентов молока, без учета молочного жира, в этот диапазон попадают и казеин, и сывороточные белки. Поэтому продукты, для получения которых используется процесс ультрафильтрации, называют концентратами молочного белка (КМБ) (табл.1). В КМБ соотношение казеин/сывороточные белки остается таким же, как и в цельном молоке, а содержание общего белка в сухом веществе составляет от 40 до 85 % [11].

Ультрафильтрация в сочетании с диафильтрацией позволяет получать изоляты молочного белка (ИМБ) с содержанием белка в сухом веществе около 90%. КМБ и ИМБ, в отличие от коприципитатов, полученных методом хлоркальциевой коагуляции, характеризуется большим содержанием неденатурированных белков, т.к. технологический цикл производства не связан с высокотемпературной термической обработкой. Это позволяет использовать КМБ / ИМБ в качестве ингредиента в продуктах спортивного питания, продуктах для снижения веса, смесях для энтерального и лечебного питания и т.д. [11]. КМБ широко применяется в пищевой промышленности для производства сыров, кондитерских изделий, йогуртов, мороженого, мясных продуктах, хлебобулочных изделиях, кондитерских изделиях, шоколаде, кофе.

Процесс микрофильтрации предполагает разделение систем на мембранах с размером пор в диапазоне 0,05 – 10 мкм. Из основных компонентов молока в этот диапазон укладывается лишь жировые шарики, казеиновые мицеллы, а также присутствующие в молочном сырье микроорганизмы. Соответственно и использование микрофильтрации в молочной промышленности до недавнего времени было связано в основном с удалением бактерий и спор из обезжиренного молока, рассолов. Также удаление жира путем микрофильтрации является одним из технологических этапов производства изолятов сывороточных белков.

С 1990-х годов микрофильтрацию начали использовать для отделения казеиновой мицеллы от остальных компонентов молока, с получением концентратов мицеллярного казеина (КМК). КМК — это неденатурированный казеин в естественной глобулярной структуре, включающей все фракции казеина. В зависимости от количества удаляемого сывороточного белка, микрофильтрация обезжиренного молока дает ряд концентратов, отличающихся по соотношению казеин/сывороточные белки [8]. Дальнейшее концентрирование и диафильтрация могут увеличить общий белок в сухом веществе, за счет перехода лактозы и части солей в безбелковую фракцию, но соотношение белковых фракций не изменится. Продукты, полученные при более глубоком удалении низкомолекулярных фракции, по аналогии с КМБ называют изолятами мицеллярного казеина (табл.1 [9]).

Функционально-технологические свойства КМК и КМБ аналогичны. Однако за счет преобладания казеина, КМК является уникальным белковым концентратом, сохраняющим термостабильность при температуре выше 80 °C. При пониженной температуре концентраты образуют термообратимый гель, который при нагревании переходит в жидкое состояние без изменения функциональности [12].

Область применения КМК связана с использованием его, как ингредиента для спортивного и функционального питания, а так же для стабильных при хранении белковых напитков, обогащением молочных продуктов, хлебобулочных изделий, мясных продуктов и др.

Более глубокая переработка КМК связана с возможностью получения очищенных нутрицевтических производных молочных белков: отдельных казеинов (в частности, β-казеина) или гликомакропептида. Рассматривая обобщенную схему производства сухих высокобелковых концентратов из молока (рис. 2), можно выделить несколько основных этапов:

• подготовка сырья;
• фракционирование / концентрирование белковой фракции;
• удаление небелковых компонентов;
• сгущение и сушка полученного концентрата.

Рисунок 3. Схема технологических этапов выработки КМБ

Этапы выработки КМК и КМБ с ориентировочным массовым балансом для переработки 300 т обезжиренного молока в сутки, основанным на данных [13, 14] приведены на рис. 3 и 4.

Подготовка сырья включает обязательное удаление жира до значения не более 0,05%, так как размер жировых шариков молока лежит в диапазоне 0,05–10 мкм, и при микрофильтрации, и при ультрафильтрации они будут накапливаться в концентрированной фракции, понижая массовую долю белка в сухом веществе и, соответственно, ценность коммерческого продукта. Пастеризацию обычно рекомендуется проводить при температурах до 85 ^оС, для того чтобы обеспечить микробиологическую чистоту продукта при минимальном воздействии на казеиновую фракцию белков [17]. Иногда для получения требуемых микробиологических показателей сырье может дополнительно обрабатываться путем бактофугирования или микрофильтрации. Пастеризованное сырье затем охлаждается до температуры мембранной обработки.

Температурные режимы микрофильтрации и ультрафильтрации обуславливаются необходимостью поддержания эффективной скорости фильтрации при максимальном переходе небелковых веществ в пермеат и минимальном загрязнении мембранной поверхности.

В промышленных условиях используется как высокотемпературный (50 – 55 ^оС ) – «теплый процесс», так и низкотемпературный процесс (10 – 12 ^оС ) – «холодный процесс».

Рисунок 4. Схема технологических этапов выработки КМК

Повышенные температуры позволяют работать установкам с большей производительностью, снижать площадь мембранной поверхности, а значит и стоимость системы в целом, однако при этом требуется более частая мойка оборудования, не реже чем через 10 часов, и как следствие расходы на специализированные моющие средства возрастают как минимум в два раза. Затраты на электроэнергию также могут быть снижены, за счет снижения вязкости перекачиваемого ретентата. С другой стороны, существует вероятность большей степени удерживания в ретентате кальция молока, который переходит из ионной формы в коллоидную, связывается с белками. Фосфаты кальция, растворимость которых снижается при повышении температуры могут явится причиной быстрого загрязнения мембран. Низкие температуры процесса снижают буферную емкость концентратов обезжиренного молока, что способствует удалению растворимого кальция и фосфора, повышают функциональность белковых концентратов (эмульгирование, растворимость и термостабильность).

Неотъемлемой частью процесса мембранной фильтрации обезжиренного молока для получения концентратов с высоким содержанием белка, является диафильтрация, режим которой в значительной степени определяет остаточное содержание небелковых компонентов. Как правило, на первом этапе обработки коэффициент объемного концентрирования (VRF — Volumetric reduction factor) составляет 3 – 4 единицы. Вязкость получаемого ретентата повышается, что значительно тормозит дальнейший процесс концентрирования. Использование диафильтрации с объемами обратноосмотической воды равными нескольким объемам ретентата, полученного на первом этапе, позволяет сконцентрировать белковую составляющую сырья в 6 – 7 раз от первоначального содержания и тем самым увеличить долю белка в сухом веществе сконцентрированной фракции (рис. 3 и 4). Во время диафильтрации вода добавляется последовательно на разных этапах процесса фильтрации, разбавляя концентрированный ретентат, снижая вязкость, и обеспечивая переход водорастворимых компонентов в пермеат.

Массовая доля сухих веществ, концентратов молочного белка и мицеллярного казеина из-за их высокой вязкости не должна превышать 30% [16]. Поэтому, продукт направляется на сушку непосредственно после фракционирования, хотя существуют технологические решения, предлагающие дополнительное концентрирование ретентата методами нонофильтрации или обратного осмоса [15].

Режимы распылительной сушки концентратов и конструкция оборудования должны быть направлены на предотвращение денатурации белков, и, соответственно, ухудшению функциональных свойств сухих продуктов. Для получения качественного продукта необходимо использовать многостадийную сушку, которая позволяет снизить степень денатурации белков, а также минимизирует затраты энергии. Пониженные температуры воздуха на входе и выходе из сушильной башни [15] способствуют получению продукта с частицами правильной сферической формы, с лучшей растворимостью, сыпучестью, органолептическими показателями. Таким образом, анализ технологий высокобелковых концентратов на основе мембранного концентрирования/ фракционирования белков молока показывает, что их внедрение требует резервов качественного молочного сырья, доступного для переработки на высокобелковые ингредиенты. Кроме того, потребуются определенные капитальные затраты на закупку оборудования для процессов подготовки, мембранной обработки сырья, современного сушильного оборудования. Но тенденции развития мирового рынка высокобелковых ингредиентов, с прогнозом увеличения мирового рынка концентрата молочного белка со среднегодовым темпом роста 2,9 %, мицеллярного казеина 4% в период с 2020 по 2025 [17] свидетельствуют о том, что данная технология может быть инвестиционное привлекательной.

Список литературы

1. Володин, Д.Н. Перспективы производства сухих белковых ингредиентов на основе молочного сырья / Д.Н. Володин, А.С. Гридин, И.А. Евдокимов // Молочная промышленность. 2020. № 1. С. 28–30.
2. Володин, Д.Н. Влияние производственных процессов на функционально-технологические свойства концентратов сывороточных белков / Д.Н. Володин, И.А. Евдокимов, В.К. Топалов, И.К. Куликова // Молочная промышленность. 2020. № 4. С. 52-54.
3. Mohd Younus Bhat, Tanveer Ali Dar and Laishram Rajendrakumar Singh (September 7th 2016). Casein Proteins: Structural and Functional Aspects, Milk Proteins — From Structure to Biological Properties and Health Aspects, Isabel Gigli, IntechOpen, DOI: 10.5772/64187. Режим доступа: https://www.intechopen.com/books/milk-proteins-from-structure-to-biological-properties-and-health-aspects/casein-proteins-structural-and-functional-aspects
4. Phoebe X. Qi. Review Studies of casein micelle structure: the past and the present / X. Qi Phoebe // Lait. 2007. – V87. – P. 363–383. – Режим доступа: www.lelait-journal.org DOI: 10.1051/lait:2007026.
5. Dalgleish, D.G. A possible structure of the casein micelle based on high-resolution field-emission scanning electron microscopy / D.G. Dalgleish, P. Spagnuolo, H.D. Goff // International Dairy Journal. – 2004. V14. – P.1025–1031. DOI: 10.1016/j.idairyj.2004.04.008.
6. Просеков, А.Ю. Анализ состава и свойств белков молока с целью использования в различных отраслях пищевой промышленности /А.Ю. Просеков, М.Г. Курбанова// Техника и технология пищевых производств: НТЖ.- Кемерово, 2009.- № 4.- С.68-71.
7. Suthar, J. High Protein Milk Ingredients — A Tool for Value-Addition to Dairy and Food Products/ J. Suthar, A. Jana, S. Balakrishnan // Journal of Dairy, Veterinary & Animal Research.-2017. -V 6(1). – P. 259‒265.- 00171. DOI: 10.15406/jdvar.2017.06.00171
8. Micellar Casein Concentrate / U.S. Dairy Export Council (USDEC) – Режим доступа: https://www.thinkusadairy.org/products/milk-proteins/milk-protein-categories/micellar-casein-concentrate
9. Refit MCI 80 / IN ingredientsnetwork.com ) – Режим доступа: https://www.ingredientsnetwork.com/refit-mci-80-prod607586.html
10. Sodium-caseinate-0001 / Dairynetwork.com. – Режим доступа: https://www.dairynetwork.com/doc/sodium-caseinate-0001
11. Concentrated Milk Proteins Standard / ADPI. – Режим доступа: https://www.adpi.org/Portals/0/Standards/ConcentratedMilkPowder_book.pdf
12. Micellar Casein Concentrate (MCC) — ThinkUSAdairy.org– Режим доступа: https://www.thinkusadairy.org/assets/documents/MCC_Spec_Sheet_06-08-15.pdf
13. Arunkumar, A. Etzel MR. Milk Protein Concentration Using Negatively Charged Ultrafiltration Membranes. /  // Foods. – 2018/ — V7(9). – P. 134.
14. Saboya, L.V., Maubois, J.L. Current developments of microfiltration technology in the dairy industry / L.V. Saboya, J.L. Maubois, // Lait. 2000. – V.80. P. 541–553.
15. Meena, G.S. Milk protein concentrates: opportunities and challenges / G. S. Meena, A. K. Singh, N. R. Panjagari, S. Arora // J Food Sci Technol. –2017. — V. 54(10). — P3010–3024. Published online 2017 Aug 31. doi: 10.1007/s13197-017-2796-0.
16. Curtis, W. P. The effect of spray-drying parameters on the flavor of nonfat dry milk and milk protein concentrate 70 / Curtis W. Park, Mark A. Stout, Mary Anne Drake// J Dairy Sci. – 2016. — V99(12). -P. 9598-9610.
17. Global Milk Protein Concentrate (MPC) Market 2020 by Manufacturers, Regions, Type and Application, Forecast to 2025 // https://www.marketstudyreport.com/reports/global-milk-protein-concentrate-mpc-market-2020-by-manufacturers-regions-type-and-application-forecast-to-2025

Современный рынок белковых ингредиентов на основе молочного сырья представлен несколькими основными продуктами:

• концентраты и изоляты молочных белков;
• концентраты и изоляты мицеллярного казеина;
• концентраты, изоляты и гидролизаты сывороточных белков.

Концентраты молочного белка (КМБ) – продукты, получаемые путем фракционирования молока методом ультрафильтрации. КМБ производят из обезжиренного молока, поэтому содержание жира составляет менее 3%, белковой фракции в сухом веществе – от 42 до 85% [1]. Количество небелковых компонентов КМБ корректируется путем дополнительного использования процессов диафильтрации и микрофильтрации. При этом содержание зольного остатка в продукте остается довольно высоким, поскольку белки мицелл казеина, организованные в виде надмолекулярных динамических структур, включают значительное количество коллоидного фосфата кальция. Изоляты молочных белков (ИМБ) содержат около 90% белка в сухом веществе, но соотношение казеина и сывороточных белков и в КМБ, и ИМБ остается таким же, как в молоке (80:20) [2].

Производство концентратов мицеллярного казеина (КМК) основано на микрофильтрации обезжиренного молока. В результате около 70–90% сывороточного белка вместе с лактозой и солями удаляется и соотношение казеин: сывороточный белок в продукте изменяется.
Для наиболее распространенных коммерческих продуктов на рынке оно составляет 90:10 и 95:5. КМК при восстановлении придают продукту «молочную белизну», вызванную дифракцией света на казеине в мицеллярной форме, а низкое содержание сывороточных белков значительно повышает термостабильность концентратов и изолятов мицеллярного казеина. Изоляты мицеллярного казеина содержат не менее 85% белка в сухом веществе, меньше жира и лактозы. Зольность, как и для КМБ, остается на уровне 7% [2, 3].

Схема получения белковых концентратов

Концентраты сывороточного белка (КСБ) – это наиболее распространенные белковые ингредиенты, получаемые путем фракционирования сыворотки методом ультрафильтрации. За счет удаления небелковых веществ готовый продукт содержит не менее 25% белка в сухом веществе [4]. В зависимости от используемых технологических приемов сывороточные белки вырабатываются в виде концентратов, изолятов и гидролизатов. По сравнению с изолятами концентраты имеют более высокое содержание жира и лактозы, но включают больше биологически активных соединений [5, 6]. Гидролизаты КСБ получают путем частичного протеолиза белков. Как правило, они используются в рецептурах детского и специализированного гипоаллергенного питания [7].

Можно выделить несколько основных этапов получения белковых концентратов (см. рисунок). При использовании цельного молока-сырья жир удаляют сепарированием до содержания не более 0,05%. Молочная сыворотка очищается от жира, казеиновой пыли и взвешенных частиц. Процесс осуществляется на вибросепараторах (виброситах) и сепараторах-очистителях и сливкоотделителях, разработанных специально для молочной сыворотки.
Вибросита обеспечивают извлечение крупных фракций казеиновой пыли и взвешенных частиц. Центробежные сепараторы удаляют мелкую фракцию казеиновой пыли и взвешенных частиц до остаточного содержания не более 0,03% и жир до содержания не более 0,06 %. Перед мембранной обработкой сырье пастеризуется и охлаждается до температуры фильтрации. Для производства продуктов повышенной микробиологической чистоты рекомендуется доукомплектовывать технологическую линию бактофугой либо установкой микрофильтрации. Мембранное фракционирование молочного сырья проводится с использованием полимерных или керамических мембран с размером пор, соответствующим типу фильтрации. Белковые концентраты сушат на распылительных сушилках, оснащенных форсуночным распылителем.

Сравнительный состав белковых концентратов и изолятов

Показатель	КМБ	ИМБ	КМК	ИМК	КСБ 80	ИСБ	Гидролизат КСБ
Массовая доля белка, %, не менее	81	85,5	86	88,1	80	90	80
Соотношение казеин:сывороточные белки	80:20	80:20	90:5	90:5	—	—	—
Массовая доля, %, не менее
влаги	5	5	7	3,3	5	5,5	5
жира	1,5	1,6	3	1,1	7	1	7
лактозы	5	0,7	—	3	5,5	—	3
золы	7,5	6,3	7,5	7,3	4	3,5	6

С точки зрения маркетинга, белковые ингредиенты интересны за счет увеличивающегося спроса на продукты спортивного, детского и лечебного питания. Например, сегмент спортивного питания мирового рынка к 2025 г. достигнет 7739,3 млн долл., увеличившись в среднем на 7,6% с 2016 по 2025 г., по данным Accuray Research LLP. Это способствует включению белка в рецептуры продуктов премиум-класса и создает платформу для новых применений молочного белка.

Безусловно, производство высокобелковых ингредиентов из молока требует определенных капитальных затрат, которые связаны с организацией участка мембранной обработки сырья, модернизацией или приобретением современного сушильного оборудования. Но, как показывает опыт ООО «ДМП», данная технология инвестиционно привлекательна, поскольку предприятие получает возможность вырабатывать функциональные белковые ингредиенты с высокой добавленной стоимостью, не имеющие отечественных аналогов и способные конкурировать с импортными.

Список литературы

1. Whey Protein Concentrate (WPC) Standard. Режим доступа: https://www.adpi.org/Portals/ 0/Standards/WPCStandard_book.pdf
2. Concentrated Milk Proteins Standard ADPI. Режим доступа: https://www.adpi.org/Portals/0/Standards/ConcentratedMilkPowder_book.pdf
3. Leprino Micellar Casein Concentrate, Leprino Nutritional. Режим доступа: https://leprinofo- ods.com/wp-content/uploads/2017/10/Leprino Nutrition-MicellarCaseinConcentrate-SellSheet- Outlined.pdf
4. Friesland Campina Ingredients, Refit Micellar Casein Isolate 88. Режим доступа: https://www.domo.nl/app/uploads/2016/01/PDS- Refit%C2%AE-MCI-88-EU.pdf
5. Hilmar 8000 Whey protein concentrate. Режим доступа: https://www.hilmaringredi- ents.com/wp-content/uploads/2018/05/ Hilmar8000_4132018-1.pdf
6. Hilmar™ 9000 Whey Protein Isolate. Режим доступа: http://www.hilmaringredients.com/wpcontent/uploads/2018/05/Hilmar9000_WPI_4 132018-1.pdf
7. Hilmar™ 8350 Whey Protein Hydrolysate. Режим доступа: https://www.hilmaringredi- ents.com/wp-content/uploads/2016/01/Hilmar8350_8082016.pdf

Мембранные технологии начали применяться в молочной промышленности примерно с начала 1960-х годов и произвели настоящую революцию в молочной индустрии, позволив использовать более эффективные приемы переработки молочного сырья (табл. 1). Процессы мембранного концентрирования и разделения стали наиболее жизнеспособной альтернативой традиционным технологиям, применяемым при выработке молочных продуктов: сгущению, экстракции и др. [1].

В настоящее время мировое использование мембран в молочной промышленности оценивается в несколько сотен тысяч квадратных метров. Причем наиболее широко используются ультра- фильтрационные установки (рис. 1), около 2/3 всех мембранных установок применяют для переработки молочной сыворотки и только 1/3 для переработки молока [2].

С точки зрения фракционирования молоко является идеальным сырьем для мембранного разделения. Все основные компоненты молока имеют довольно широкий разброс по относительным раз- мерам частиц: жировые шарики – 10^–2 – 10^–3, казеинаткальцийфосфатный  комплекс – 10^–4 – 10^–5, сывороточные белки – 10^–5 – 10^–6, лактоза, минеральные соли и компоненты, находящиеся в истинных растворах, – 10^–6 – 10^–7. Это позволяет фракционировать молоко без изменения фазового состояния отдельных компонентов, минимизируя денатурирующее воздействие на белки, витамины и другие биологически важные компоненты перерабатываемого сырья [3].

Таблица 1. Виды мембранной фильтрации, применяемой в молочной промышленности

ПОКАЗАТЕЛЬ	МИКРОФИЛЬТРАЦИЯ	УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИЯ	НАНОФИЛЬТРАЦИЯ	ОБРАТНЫЙ ОСМОС
Размер пор	0,02-2,0 мкм	1-500 нм	0,5-2,0 нм	< 0,1 нм
Отсечение	> 200 кДа	1-200 кДа	300-1000 Да	100 Да
Рабочее давление	< 2 бар	1-10 бар	5-40 бар	10-100 бар
Состав ретентата	Высокомолекулярные белки микроорганизмы, взвешенные частицы	Казеиновые мицеллы, жировые глобулы, коллоидные соли, микроорганизмы, соматические клетки	Все компоненты сырья, за исключением моновалентных солей и воды	Все компоненты сырья, за исключением воды
Назначение	Выделение мицеллярного казеина, удаление микроорганизмов	Концентрирование и стандартизация молока по белку, получение концентратов молочных и сывороточных белков	Концентрирование сырья с частичной деминерализацией	Концентрирование сырья, извлечение всех сухих веществ сырья

В производстве сыра мембранное фракционирование молока путем ультрафильтрации находит широкое применение, в первую очередь для повышения сыропригодности сырья.

В процессе ультрафильтрации часть молока под давлением проходит через мембрану с отсечкой молекулярной массы порядка 20 000 г/моль. Соединения с молекулярной массой, превышающей 20 000 г/моль (глобулярный жир, казеин, сывороточные белки и коллоидные соли), селективно концентрируются в ретентате, тогда как соединения с меньшей молекулярной массой (лактоза, соли, пептиды) переходят в пермеат практически в исходной концентрации. Межмицеллярное расстояние в концентрированном молоке (ретентате) сокращается более чем в 10 раз [4], что способствует более эффективному взаимодействию мицелл казеина между собой, приводя к быстрому образованию прочного сгустка.

Процесс может быть организован на установках мембранной фильтрации с использованием мембран с размером пор 0,01–0,1 мкм, полимерных (рис. 2) либо керамических.

Эффективность ультрафильтрационной обработки характеризуется фактором концентрирования (соотношение объема исходного сырья к объему сконцентрированной фракции – ретентату) и зависит от целого ряда факторов, в том числе цели обработки, вида обрабатываемого сырья, вида вырабатываемого сыра [5].

Например, при необходимости стандартизации молочного сырья по содержанию белка ультрафильтрация проводится на этапе его подготовки к формированию сычужного сгустка. Ультра- фильтрационной обработке может подвергаться как обезжиренное молоко, так и нормализованная смесь.

Рис. 1. Соотношение видов мембранной фильтрации, используемых в молочной промышленности

Обычно фактор концентрирования при ультрафильтрации обезжиренного молока составляет 1,4–2, что соответствует массовой доле белка от 4 до 6 % (табл. 2). Концентраты с повышенным содержанием белка нормализуются по содержанию жира и перерабатываются согласно технологическим схемам выработки того или иного вида сыров.

Таблица 2. Примеры материального баланса ультрафильтрации обезжиренного молока, нормализованной и сквашенной смеси

Это обеспечивает стабильную работу поточных линий производства сыра, творога, сокращает количество выделяемой сыворотки на 20–30 %; повышает эффективность работы оборудования [3].

При ультрафильтрации нормализованной смеси молочное сырье предварительно нормализуется по соотношению массовой доли жира и белка согласно установленным для выработки данного типа сыров нормам [6].

Рекомендации по коэффициенту кон- центрирования молока для выработки того или иного вида сыров различны.

Согласно нашему опыту и литературным данным смеси с коэффициентом концентрирования 1,2–2 могут успешно использоваться для производства большинства типов сыров. В этом случае ультрафильтрационная обработка обеспечивает содержание белка порядка 4–5 % (табл. 2), в том числе и за счет удержания части сывороточных белков. Повышение массовой доли сухих веществ способствует образованию прочного сгустка, сокращается рас- ход ферментных препаратов, хлористого кальция, снижаются потери белка в виде казеиновой пыли и т.д. Выход готового продукта увеличивается, соответственно, повышается экономическая эффективность выработки сыров.

Коэффициенты концентрирования от 2 до 6 позволяют значительно уменьшить количество отделяемой сыворотки.

Рис. 2. Установка для ультрафильтрационной обработки молочного сырья с полимерными мембранами

Однако использование высокого коэффициента концентрирования приводит к значительному изменению соотношения белок/жир/лактоза/минеральные вещества в целом. Существенно меняется соотношение свободных и связанных ионов, причем связанных становится больше, что, в свою очередь, влияет на скорость формирования сычужного сгустка, его физико-химические и реологические свойства.

Соответственно потребуются корректировки режимов обработки сгустка и постановки зерна для того, чтобы добиться процента удаления влаги и минеральных веществ из сгустка вместе с сывороткой, который обеспечит правильное течение метаболических процессов во время созревания сыра.

1. DadAD
2. adDadAD

Поэтому чаще всего производители твердых сортов сыра используют факторы концентрирования не выше 1,7, что позволяет не менять режимы и оборудование, используемые в традиционном процессе [7].

Применение высоких коэффициентов концентрирования с получением ретентата с массовой долей сухих веществ, равной этому показателю в готовом продукте, рекомендуется в технологии сыров с высоким содержанием влаги, например мягких сыров без созревания [6]. В этом случае в ретентат вносят фермент и заквасочные культуры, затем продукт направляют на фасовку. Структура и вкусовые характеристики продукта формируются в упаковке, практически полностью исключается образование сыворотки.

При производстве мягких сыров, творога для сокращения потерь и жира вместе с сывороткой, увеличения выхода готового продукта возможно использование ультрафильтрации непосредственно сгустка.

Таким образом, использование ультрафильтрации в производстве сыров и других высокобелковых продуктов дает ряд преимуществ как для потребителей, так и производителей: минимизирует неблагоприятные воздействия на компоненты сырья, предотвращая процесс денатурации белков и изменение вкусовых характеристик продукта; уменьшает нормы расхода сырья и вспомогательных материалов на выработку единицы продукции, сокращает потери.

Можно отметить, что при комплекс- ном подходе к организации производства сыров на молочном предприятии необходимо использовать комбинацию мембранных технологий, чтобы обеспечить переработку как основного сырья, так и подсырной сыворотки и пермеата [8].

Коллектив ООО «ДМП» совместно с научной школой А.Г. Храмцова и И.А. Евдокимова имеет многолетний положительный опыт внедрения мембранных технологий на нескольких десятках молочных предприятий. Предлагаемые технологические решения позволяют не только эффективно оптимизировать переработку молочного сырья, но и значительно повысить рентабельность производимой продукции.

Список литературы

1. Culhane, M. Driving cheese and ingredient business with the right technology. © 2019 Cheese Market News. Quarne Publishing, LLC доступно [Электронный ресурс]: https://www.cheesemarketnews.com/guestco- lumn/2019/25jan19_01.html.

2. Kumar, P. Perspective of Membrane Technology in Dairy Industry: A Review / P. Kumar [et al.] // Asian-Australis J Anim Sci. 2013. 26. 9. P. 1347–1358.

3. Суюнчев, О.А. Мягкие сыры с УФ- концентратами / О.А. Суюнчев [и др.] // Сыроделие и маслоделие. 2007. № 1. С. 21–22.

4. Le, T.T. Membrane separations in dairy processing / T.T.Le, A.D.Cabaltica, Van M. Bui // Journal of Food Research and Technology. 2014. January–March. V. 2. P. 1–14.

5. Mistry, V.V., Maubois J.-L. Application of membrane separation technology to cheese production / In: McSweeney P.L.H., Fox P.F., Cotter P.D., Everett D.W., editors. Cheese: Chemistry, Physics and Microbiology. 4th ed. Academic Press; Cambridge, MA, USA: 2017. P. 677–697.

6. Золоторёва, М.С. Интенсификация технологии сыров и творога с применением мембранных процессов / М.С. Золоторёва [и др.] // Сыроделие и маслоделие. 2016. № 3. С. 35–36.

7. Heino, A. Pre-treatment methods of Edam cheese milk. Effect on cheese yield and quality / A.Heino, J.Uusi-Rauva, M.Outinen // LWT- Food Sci. Technol. 2010. 43. P. 640–646.

8. Володин, Д.Н. Современный сыродельный завод: масштаб предприятия и масштаб модернизации / Д.Н. Володин [и др.] // Сыроделие и маслоделие. 2018. № 6. С. 32–33.

В данной статье мы бы хотели продолжить разговор, начатый в конце прошлого года, об использовании вторичного молочного сырья в производстве маржинальных продуктов [1], которыми, наряду с молочными и сывороточными жировыми концентратами, являются заменители цельного молока.

Заменители цельного молока (ЗЦМ) – сложные кормовые смеси, содержащие в легкоусвояемой форме важнейшие питательные вещества.

По своему составу заменители должны быть близки к молоку животных, что позволяет заменить его в рационах животных начиная с послемолозивного периода их жизни [2].

Согласно данным [3], мировой рынок ЗЦМ характеризуется устойчивым среднегодовым темпом роста, поэтому ожидается, что к 2022 г. он достигнет 3,54 млрд долл. США.

Рост интереса и спроса на ЗЦМ обусловлен в первую очередь ростом цен на молоко-сырье. Вторым аспектом является более широкая осведомленность потребителей об экономических и биологических преимуществах использования заменителей молока, использовании современных методов составления и балансирования рационов кормления животных [4].

Сегодня существует множество видов ЗЦМ, отличающихся как по составу, так и по назначению. В России принято классифицировать ЗЦМ по способу производства продукта: сухие заменители цельного и обезжиренного молока, регенерированное молоко, жидкие и пастообразные заменители молока; по качеству продукта (I и II сорта) [1]. Помимо этого, выделяют ЗЦМ для животных различных видов и различной возрастной категории [2].

Современная зарубежная классификация предполагает деление по источнику белка, энергетической ценности, наличию медицинских препаратов в рецептуре и др. [5].

Источники белка являются наиболее дорогостоящими ингредиентами заменителя молока. Согласно общим рекомендациям, содержание белка в ЗЦМ составляет 20–27 %. Более высокие уровни белка обычно используют для программ интенсивного вскармливания [4].

В составе ЗЦМ (рис. 1) в качестве источника белка могут использоваться молочные и немолочные белки.

Рис. 1 Состав заменителей цельного молока

Молочные белки лучше усваиваются и обеспечивают желаемый амино-кислотный профиль продукта. Исторически в качестве основных источников белка в заменителях молока используют обезжиренное молоко, сыворотку, пахту, концентраты сывороточных белков. Однако развитие альтернативных технологий переработки обезжиренного молока на белковые продукты [5] привело к снижению использования обезжиренного молока в ЗЦМ, и в настоящий момент основным источником белка молочного происхождения являются сывороточные белки.

Из растительных белков чаще всего используются изоляты соевого белка, соевая мука, что обусловлено их широкой доступностью, относительно низкой стоимостью и в целом благоприятным аминокислотным профилем. В рецептуры также включаются модифицированные изоляты пшеничного белка, белки плазмы крови.

Жиры являются главным источником энергии в ЗЦМ. Они должны быть легко усваиваемыми и эффективно консервироваться антиоксидантами для предотвращения прогорклости продукта в процессе хранения.

Основными жирами, используемыми в производстве заменителей молока, являются свиной, говяжий и костный жир [2]. Из растительных масел, главным образом, включаются кокосовое, пальмовое, кукурузное масла. Можно отметить, что при изменении количества жиров в рецептуре для сохранения энергетического баланса эквивалентно изменяется количество углеводов, и наоборот.

Преобладающим углеводом и естественным компонентом ЗЦМ выступает лактоза, которая содержится во всех ингредиентах молочного происхождения. Как правило, заменители молока содержат до 45 % лактозы, что делает ее также важным источником энергии при вскармливании.

Использование других источников углеводов допускается в рецептурах ЗЦМ для более взрослых животных, у которых, помимо лактазы, в достаточном количестве начинается продуцирование амилазы и мальтазы.

В качестве компонентов, повышающих биологическую и функциональную ценность заменителей молока, используются жирорастворимые и водорастворимые витамины, добавки макро- и микроэлементов, пробиотики (бактериальные препараты) и пребиотики (ГОС, ФОС) и др. [6].

Лекарственные средства, добавляемые в ЗЦМ, включают два уровня комбинации антибиотиков типа окситетрацилина и неомицина для обеспечения широкого спектра антибактериальной активности и антигельминтные препараты [7]. Нужно отметить, что использование медикаментов строго регламентируется внутренними стандартами страны – производителя и потребителя.

Также в состав рецептуры включается ряд добавок, отвечающих за качество готовых продуктов: эмульгаторы (фосфатидные концентраты, дистиллированные моноглицериды), антиокислители (токоферолы, лецитин, синтетические препараты).

Для производства ЗЦМ в сухом виде используются два способа: сухое смешивание компонентов и высушивание жидкой смеси. Технология сухого смешивания предполагает дозирование и смешивание сухих компонентов, входящих в состав рецептуры ЗЦМ. Качество такого продукта определяется качеством используемых ингредиентов и эффективностью процесса перемешивания для предотвращения расслоения сухой смеси.

Особое внимание уделяется молочно-жировой основе [8], поскольку распределение и размер жировых шариков оказывают критическое влияние на растворимость ЗЦМ, срок хранения, усвояемость животными в процессе кормления.

Технологический процесс производства ЗЦМ вторым способом (рис. 2) включает операции приемки и подготовки сырья; приготовления и термической обработки смеси с массовой долей сухих веществ 42–52 %, подготовка эмульгаторов, витаминно-минерального премикса и других добавок, внесение жиров, диспергирование и гомогенизацию молочно-жировой смеси, сушку. Высушенный продукт охлаждается и фасуется.

Рис. 2. Технологические этапы производства заменителей цельного молока

Дозирование витаминно-минеральных премиксов может проводиться в сухом виде перед фасовкой смеси, а также вноситься непосредственно перед сушкой при использовании термоустойчивого состава витаминного премикса.

Из факторов, влияющих на качество продукта, можно выделить эмульгирование жировой фазы. Рецептуры заменителей цельного молока предусматривают, в отличие от сывороточно-жировых концентратов [1], обязательное использование белковых ингредиентов. Это в какой-то мере способствует формированию на поверхности жировых шариков белковой оболочки, что положительно сказывается на стабильности эмульсии «жир – молочное сырье».

Тем не менее устойчивая система формируется только при использовании эмульгаторов, препятствующих укрупнению жировых шариков. Механического воздействия на эмульсию «немолочный жир – белок» недостаточно [1] для получения системы, в которой диаметр не менее 75 % жировых шариков будет составлять не более 1 мкм [9]. После эмульгирования – с учетом того, что смесь содержит повышенное количество молочного сахара, – используется распылительная сушка при температуре греющего воздуха на входе в сушильную башню 180–185 °С, на выходе – 85–90 °С.

Для предотвращения дестабилизации жира, уменьшения риска комкования сухого продукта его охлаждают непосредственно на выходе из сушильных установок до температуры ниже точки кристаллизации жира, входящего в рецептуру ЗЦМ. Сухой замени- тель упаковывают в 4- и 5-слойные бумажные мешки с полиэтиленовыми вкладышами или Биг Баги. Срок годности продукта определяется производителем и, как правило, при хранении в кондиционируемом помещении при низкой температуре и влажности составляет не более 6 мес [10].

Также для увеличения смачиваемости и, как следствие, растворимости готового продукта нами разработана и успешно используется в технологических решениях сушки система интенсивной агломерации жиросодержащих сухих молочных продуктов.

Применение инновационных решений позволяет получать на одной единице сушильного оборудования VR большой спектр молочных продуктов: обезжиренное молоко, обезжиренное молоко улучшенной растворимости, натуральное цельное молоко, молочные и сывороточные жировые концентраты, заменители цельного молока.

Это позволяет предприятию быть гибкими на конкурентном рынке.
Таким образом, сегодня замените-ли молока являются интересным и маржинальным продуктом на мировом и российском рынке. Простота использования, стабильный состав, более низкая стоимость в сравнении с молоком – одни из многих причин, по которым ЗЦМ востребованы у животноводов. Однако производителю заменителей молока следует учитывать, что только высококачественный продукт, в технологии которого найден баланс между капитальными и операционными затратами, может быть конкурентоспособным на со- временном рынке.

Компания ДМП совместно с Vzduchotorg, основываясь на многолетнем опыте использования современного высокотехнологичного оборудования, позволяет сформировать эффективную технологическую линию производства сухих ЗЦМ, избегая негативного влияния на компоненты высушиваемой смеси, открывая новые возможности в переработке вторичного молочного сырья, в частности, молочной сыворотки на качественный и маржинальный продукт.

Используемая литература

1. Володин Д.Н. Особенности технологии жировых концентратов на основе молочного сырья / Д.Н. Володин [и др.] // Переработка молока. – 2018. – № 12. – С. 12–14. : Библиогр.: с. 14 (10 назв.).
2. Гордезиани В. С. Производство заменителей цельного молока / В.С. Гордезиани. – 2-е изд.. перераб. и доп. – М.: Агропромиздат, 1990. – 272 с.
3. Milk replacers market. – 2016. – Режим доступа: https://www.marketsandmarkets.com/M a r k e t — R e p o r t s / m i l k — r e p l a c e r — market-245424439.html
4. Ковалевский В.В. Перспективы оптимизации рационов кормления коров / В.В. Ковалевский // Успехи современной науки. – 2016. – Т. 10. – № 11. – С. 156–158.
5. Золоторева М.С. Мембранные процессы в технологии молочных концентратов / М.С. Золоторева [и др.] // Молочная промышленность. – 2018. – № 7. – С. 36–37. : Библиогр.: с. 37 (6 назв.)
6. Costello R. Calf Milk Replacer Guide / Milk Specialties Global, Milk Replacer Guide – Ingredients. –2018. – Режим доступа : https:// calfsessions.com/wp-content/uploads/2018/07/ Calf-MR-Guide_Final_061308.pdf
7. A BAMN Publication. A GUIDE TO CALF MILK REPLACERS. Types, Use and Quality. – 2008. – Режим доступа: http://www.aphis.usda. gov/animal_health/nahms/dairy/downloads/bamn/BAMN08GuideMilkRepl.pdf
8. Филатов Ю. И. Жировой компонент для производства ЗЦМ сухим смешиванием / Ю. И. Филатов [и др.] // Молочная промышленность. – 2009. – № 12. – С. 44–45.
9. Вестергаард В. Технология производства сухого молока. Выпаривание и распылительная сушка [Электронный ресурс] / Копенгаген. Дания, Niro, 2003. – 304 с. – Режим доступа : http://www.microradartest.com/books/0112435E9AEB_vagn_vestergaard_tehnologiya_ proizvodstva_suhogo_moloka_vypa.pdf
10. Milk Replacer Shelf Life. – 2009 Milk Products, LLC. – Режим доступа: https://www. milkproductsin

Возможность полного использования компонентов молока с максимальным сохранением его биологически ценных составляющих является одной из основных целей любой технологии молочной отрасли.

В полной мере этот принцип соблюдается при производстве сухих молочных продуктов. Благодаря длительному сроку годности и питательным свойствам сухие молочные продукты находят широкое применение как в пищевой промышленности (кондитерской, производстве мороженого, шоколада и др.), так и для непосредственного использования после восстановления.

Пищевая и биологическая ценность сухих молочных продуктов обусловлена их основными компонентами (белками, жирами, углеводами и витаминно-минеральным комплексом), соотношение которых колеблется в зависимости от вида продукта (рис. 1) и воздействия на сырье в технологическом цикле.

Рис. 1. Соотношение основных компонентов сухих молочных продуктов

В сухом цельном и обезжиренном молоке в большом количестве содержится казеин. С точки зрения пищевой ценности казеин – полноценный белок, включающий весь набор незаменимых аминокислот [1]. По сравнению с сывороточными белками казеин медленно усваивается организмом, давая больше времени для абсорбции питательных веществ. Биологическая ценность казеина несколько ограничивается дефицитом цистина и аргинина – частично незаменимой аминокислотой.

В сывороточных белках содержание дефицитных серосодержащих и других незаменимых аминокислот более сбалансировано, чем в казеине. Сывороточные белки богаты аминокислотами с разветвленной цепью, так называемыми BCAA аминокислотами (Bran — ched-chain Amino Acids). Поэтому молочная сыворотка наряду с сухим обезжиренным молоком является одним из обязательных компонентов детского питания (рис. 2 [2]).

Рис. 2. Усредненный состав сухих смесей детского питания + 20–25 %

Жировая фаза сухого цельного молока представлена широким спектром жирных кислот, основные из которых – каприловая, лауриновая, пальминитовая, стеариновая, олеиновая, альфа-линоленовая. Линолевая кислота относится к незаменимым жирным кислотам, так называемым ω6. К сожалению, как в цельном, так и сухом молоке ее содержание составляет только 2 % от всех жирных кислот, поэтому иногда для корректировки жирно-кислотного состава используются специальные растительные жиры.

Углеводный состав сухого молока представлен лактозой и рядом минорных сахаров. Две изомерные формы лактозы (α и β) находятся в кристаллическом и аморфном состоянии. Аморфная лактоза оказывает большое влияние на физико-химические и структурные свойства продукта и может быть причиной слеживания продукта при хранении. С точки зрения пищевой ценности лактоза является источником энергии для биологических процессов в организме, пребиотиком, способствующим развитию нормальной микрофлоры кишечника, усвоению кальция, фосфора, магния и других минеральных веществ.

Наиболее значимыми минеральными компонентами сухих молочных продуктов являются кальций (около 1,3 %) и калий (около 1,8 %). Как известно, кальций необходим для регулирования кровяного давления, уменьшения риска заболевания некоторыми разновидностями рака; хлориды натрия и калия, фосфаты участвуют в построении элементов крови и плазмы; сера – в синтезе большинства белков, ряда витаминов, гормонов и других биологически активных веществ.

В процессе сгущения и сушки содержание большинства водорастворимых витаминов (тиамина, биотина, пантотеновой кислоты, рибофлавина) значительно не изменяется. Количество фолиевой кислоты в сгущенном и сухом молоке может даже повышаться, поскольку под влиянием температурной обработки освобождаются свободные формы этого витамина [3]. Менее стойкие при сгущении – кобаламин и пиридоксин, потери которых могут достигать более 40 %, а пиридоксина – даже 90 %.

Потери аскорбиновой кислоты при сгущении составляют от 17 до 26 %, а при последующем высушивании – 60 %.

Несмотря на значительное снижение содержания витаминов в сухих продуктах по сравнению с сырьем, сухое обезжиренное молоко содержит порядка 17 % от суточной потребности в витамине D, около 20 % – витамина А. В свою очередь, сухая молочная сыворотка содержит 834 МЕ витамина А, но не содержит витамин D. Поэтому, как правило, при использовании сухих продуктов непосредственно в пищу после восстановления в их рецептуры могут быть включены специальные витаминно-минеральные премиксы.

Производство сухого молока и сыворотки состоит из несколько этапов: тепловая и механическая обработка молока-сырья, концентрирование молока, сушка и фасовка сухого продукта. От организации технологического процесса и соблюдения эксплуатационных режимов зависят пищевая и биологическая ценность конечного продукта, его потребительские свойства. Интенсивное механическое воздействие, высокие температуры приводят к нарушению структуры белков, оболочек жировых шариков, меланоидинообразованию и другим необратимым изменениям, в результате которых снижаются качество и хранимоспособность сухих продуктов [4].

Как показывает опыт ООО «ДМП» совместно с компанией «Вздухоторг», использование современного высоко-технологичного оборудования, пленочных выпарных установок и распылительных сушильных аппаратов позволяет сформировать эффективную технологическую линию производства сухих молочных продуктов и в значительной степени избежать негативного влияния на компоненты сырья, открывая новые возможности для производства высокорентабельных продуктов.

Список литературы

1. Просеков, А.Ю. Анализ состава и свойств белков молока с целью использования в различных отраслях пищевой промышленности/ А.Ю.Просеков, М.Г.Курбанова // Техника и технология пищевых производств. 2009. № 4. С. 68–71.
2. Centre national interprofessionnel de l’économie laitière. Milk ingredients. Режим доступа: http://www.filiere-laitiere.fr/en/milk- products/milk-ingredients.
3. Остроумова, Т.А. Химия и физика молока: учебное пособие / Т.А.Остроумова. – Кемерово: Кемеровский технологический институт пищевой промышленности, 2004. – 196 с.
4. Золоторева, М.С. О переработке молочной сыворотки и внедрении наилучших доступных технологий / М.С.Золоторева [и др.] // Переработка молока. 2016. № 7. С. 17–19.

В последнее время вопросам продовольственной безопасности, т.е. самообеспечения страны основными продуктами питания, уделяется большое значение. В соответствии с Доктриной продовольственной безопасности РФ, утвержденной Указом Президента от 30.01.2010 г. № 120, самообеспеченность России молоком и молочными продуктами должна находиться на уровне 90 %. По данным аналитиков, обеспеченность внутреннего молочного рынка собственными продуктами по состоянию на 2015–2017 гг. составляет около 80 %.

В общей тенденции наблюдались нехватка молока (за исключением отдельных регионов), сокращение импортных поставок сырья, повышение мировых цен, что спровоцировало в 2016 г. рост цен на готовую молочную продукцию. При этом снижение покупательной способности населения немного сдерживало темпы роста розничных цен.

Для оценки технологической и экономической безопасности сыродельных предприятий по традиции обратимся к статистике и рассмотрим рынок молока и молочных продуктов.

Российский рынок сыров. Сыр – один из продуктов, на который в наибольшей степени повлияло введение ответных мер на санкции. Кроме того, отечественные сыродельные предприятия оказались в непростых условиях: дефицит качественного сырья, высокие закупочные цены на молоко, отсутствие и (или) дороговизна требуемого оборудования и технологий, слабый рубль, недобросовестная конкуренция, снижение покупательной способности населения – и это далеко не весь список.

До введения санкций и ответных мер рынок сыров в России был достаточно стабильным: потребление увеличивалось, самообеспеченность составляла около 50 %, остальной спрос удовлетворялся импортом в основном из Европы. После событий 2014 г. российские производители начали наращивать объемы производства сыров, которые за 2015 г. увеличились примерно на 30–35 % к досанкционному периоду (2013 г.) и заняли долю на рынке более 70 % (по данным Milknet.ru).

В последующих 2016–2017 гг. отмечено снижение темпов роста производства сыров. Так, в 2016 г. выработано на 2,4 % больше, чем в 2015 г., а в 2017 г. – минус 0,4 % по отношению к 2016 г. А вот производство более дешевых сырных продуктов в 2017 г. показало рост более чем на 30 %.

Следует отметить, что отпускная цена в среднем за год медленно поднимается, при этом она подвержена колебаниям от месяца к месяцу, определяя нестабильность рынка. Что касается цен на импортные сыры, то в течение 2016 г. они были ниже, чем на российскую продукцию (от 250 до 290 руб/кг), но уже в начале 2017 г. цены на импортные сыры сравнялись с отечественными и составили около 360– 370 руб/кг. Кроме того, отмечается посте- пенный рост розничной цены, которая меньше подвержена колебаниям, так как определяется ритейлом и ограничивается лишь спросом.

По мнению Вадима Семкина – эксперта рынка молока и молочных продуктов ИКАР: «Российский рынок сыра является наиболее показательным по эффекту импортозамещения, который на данный момент себя практически исчерпал. Драйверов для дальнейшего бурного роста на данный момент нет, так как все упирается в потребительский спрос».

Рынок сухих молочных продуктов. После введения ограничений на поставки молочной продукции из европейских стран в 2014 г. произошло существенное снижение импорта сухого молока в нашу страну (минус 19,7 % в 2014 г. по отношению к 2013 г. (по данным «АБ-Центра»).

Сокращение поставок из Европы и достаточно высокий спрос стимулировали наращивание собственного производства сухих молочных продуктов в 2014 г. почти на 30 % к 2013 г. Но в 2015 г. увеличился ввоз сухого молока из Белоруссии, что в совокупности с дефицитом товарного молока повлияло на объемы производства отечественной продукции, в результате чего в течение 2015–2016 гг. оно снизилось до прежнего уровня. В 2016 г. на долю белорусской продукции приходилось до 80 % всего объема импорта сухого молока.

Что касается потребления сухих молочных продуктов, то мнения аналитиков расходятся, и рынок показывает колебания как в объемах потребления, так и динамике цен аналогично другим категориям молочных продуктов. Например, по оценкам «АБ-Центра» в 2016 г. объем потребления сухой молочной продукции демонстрировал наибольшие за предыдущие несколько лет показатели. В последующий год отмечается снижение уровня потребления и рынок в целом нестабилен.

Импорт молочной продукции. В 2016 г. наблюдается увеличение импорта отдельных видов молочной продукции (в том числе сухого цельного и обезжиренного молока, сыров и сыворотки) по отношению к 2015 г. В начале 2017 г. объем импорта увеличился на 7 % (по данным «Союзмолоко»). Основным импортером молочной продукции на российский рынок выступает Белоруссия, на долю которой в 2016–2017 гг. приходится приблизительно 75–80 % общего объема.

Увеличение импорта более дешевой продукции привело к росту конкуренции, при этом ситуация осложнилась снижением потребительского спроса, увеличением доли так называемого фальсификата (продукции, содержащей растительные жиры), ростом цен.

По данным ФТС России (без учета торговли со странами ЕАЭС), в марте 2018 г. по сравнению с аналогичным периодом 2017 г. импортные поставки сыра увеличились в 1,4 раза – до 6,2 тыс. т, поставки сливочного масла снизились почти в 3 раза, сухого молока из дальнего зарубежья (Швейцария, Новая Зеландия) снизились в 8 раз.

Экспорт молочной продукции из России небольшой, однако в 2016 г. отмечается увеличение поставок молочной продукции за рубеж (743 тыс. т на сумму 267 млн долл.) в сравнении с 2015 г. За первый квартал 2017 г. было экспортировано 159,8 тыс. т молочной продукции (в пересчете на молоко), на сумму 70,1 млн долл. При этом отмечено увеличение отгрузок СОМ и сырной продукции. Импортерами российской молочной продукции являются страны СНГ, Южная Осетия, Абхазия, Грузия, Израиль, США, Чили, Канада, Республика Конго, ОАЭ, Япония, Республика Корея, Монголия, Гонконг, Китай и некоторые европейские страны (по данным «Союзмолоко»).

По мнению аналитиков, российским производителям молочной продукции следует обратить внимание на азиатско-тихоокеанские рынки и пробовать на них выходить. Обладая преимуществами в развитии потенциала производства молока, Россия в силах осуществлять значимые для экономики экспортные поставки продукции с высокой добавленной стоимостью.

Факторы, определяющие ситуацию на молочном рынке и развитие отрасли в целом:

• действие эмбарго (должно способствовать увеличению внутреннего производства);
• ситуация на мировом молочном рынке (уровень цен на сырье и готовую продукцию);
• качество и количество молока-сырья, уровень закупочных цен на него; уровень потребления молочной продукции населением, в том числе сыров (производство качественной импортозамещающей продукции сдерживается покупательной способностью и уходом спроса в сегмент более дешевой молоко- содержащей продукции);
• укрепление национальной валюты, повышение доходов населения;
• государственная поддержка и регулирование отрасли.

В сложившихся экономических условиях современное молочное предприятие должно обладать определенной гибкостью в плане технологий, оборудования и ассортимента выпускаемой продукции, чтобы иметь возможность быстро реагировать на изменения рынка.

Говоря о решении вопросов безопасности сыродельных предприятий, стоит начинать не только с количества товарного молока, но с его качества, т. е. сыропригодности, которая остается актуальной проблемой отрасли и зависит от многих факторов: сезонности, состава кормов, состояния здоровья, породы животного и др.

Справиться с нестабильностью качества молочного сырья можно с помощью баромембранных методов обработки. Прежде всего речь идет о микрофильтрации (МФ) и ультрафильтрации (УФ). Эти процессы отличаются размером пор фильтрующих элементов и величиной рабочего давления. Таким образом, МФ позволяет решать вопросы бактериальной загрязненности молока, механически удаляя из сырья до 99,9 % клеток микроорганизмов, спор и соматических клеток. То есть по сравнению с традиционной тепловой обработкой, где бактерии инактивируются, а их клетки остаются в молоке, при МФ они удаляются из сырья, в том числе и проблемные для сыроделия микроорганизмы, такие как термофильные стрептококки, дрожжи, Clostridium tyrobutyricum, которые способны частично выжить при стандартных режимах пастеризации и в дальнейшем вызвать пороки сыров.

Процесс микрофильтрации характеризуется щадящими температурными режимами обработки, что также исключает негативное действие на белковые компоненты молочного сырья.

Ультрафильтрация в сыроделии имеет много применений, особый интерес вызывает стандартизация молока по белковому компоненту. Размер пор ультрафильтрационных элементов подобран таким образом, что позволяет концентрировать казеин и сывороточные белки, а более низкомолекулярные компоненты молока (лактоза, минеральные вещества и др.), проходя через поры мембран, пере- распределяются между потоками концентрата и фильтрата таким образом, что состав молока стандартизируется не только по содержанию белков, но и белково-солевому равновесию, а это, в свою очередь, улучшает свертываемость, позволяет снизить дозу фермента и повысить выход готового продукта на 2–5 % в зависимости от вида сыра, получить больше продукта с единицы оборудования. Фактор концентрирования по белковому компоненту в случае стандартизации молока по белку составляет 1,2–1,5, т. е. содержание белка в сырье повышается в 1,2–1,5 раза – до 3,7–4,5 %. Далее УФ-концентрированное молоко подвергается стандартным технологическим операциям, принятым в технологии того или иного вида сыра.

Ультрафильтрация также характеризуется низкотемпературными режимами обработки, исключает денатурацию белков и позволяет повысить качество сыра.

Процессы МФ и УФ легко встраиваются в технологическую цепочку и могут использоваться как вместе, так и по отдельности, в зависимости от важности решаемых задач. В любом случае применение мембранной техники в сыроделии значительно интенсифицирует производство.

В процессе производства сыра образуется значительное количество сопутствующего продукта – молочной сыворотки (от 80 до 90 % первоначального объема молока), а если в технологической цепочке присутствует ультрафильтрация, то образуется УФ-пермеат (раствор низкомолекулярных компонентов молока – преимущественно лактозы и части минеральных веществ). Количество УФ-пермеата, полученного в процессе стандартизации молока, может достигать от 20 до 30 % объема исходного сырья. С точки зрения рациональности и безопасности сыворотка и пермеат должны быть переработаны, на что также указывают их ценный состав, ожесточающееся экологическое законодательство и возможность получения дополнительной прибыли за счет реализации новых видов продукции. Так как сыворотка характеризуется низким содержанием сухих веществ и плохой хранимоспособностью, наиболее целесообразным путем ее переработки является производство сухих концентратов.

Учитывая вышеизложенное, модернизация сыродельных предприятий должна быть направлена на организацию безотходного производства. В таких условиях внедрение оборудования для производства сухих концентратов (современных вакуум-выпарных установок и распылительной сушки) является интересным решением вопроса экономической безопасности предприятия. Так, оборудование по удалению влаги из молочного сырья позволяет получать продукты, которые имеют определенные преимущества перед остальным ассортиментом, прежде всего самой популярной категорией – цельномолочной продукцией. Эти преимущества заключаются в том, что:

• на одном и том же оборудовании, предназначенном для производства сухих молочных концентратов, можно получать различные продукты: СОМ, СЦМ, сухую сыворотку и пермеат, что расширяет ассортимент выпускаемой продукции;
• сухие молочные продукты имеют длительные сроки хранения (до 12 мес, а иногда и больше), их объем гораздо меньше объема исходного сырья, поэтому они могут легко транспортироваться даже на дальние расстояния, что дает определенные преимущества и может рассматриваться как продукция для экспорта;
• сухие молочные концентраты могут быть реализованы не только как ингредиенты для изготовления молочных продуктов в молочной промышленности, они также хорошо востребованы в кондитерской, хлебобулочной, мясной промышленности, что расширяет направления сбыта;
• появляется возможность переработки сопутствующего сырья (молочной сыворотки и УФ-пермеата) в сухие продукты, что обеспечивает как безотходность производства, в том числе решение ряда экологических проблем, так и получение дополнительной прибыли от их реализации.

Кроме того, внедрение указанного оборудования в условиях колебания рынка позволит управлять ассортиментом выпускаемой продукции, перераспределяя потоки наиболее выгодным образом, т. е. при возникновении излишков молока или снижении рентабельности сыра, производить сухие молочные продукты.

Остановимся подробнее на оборудовании для сухих молочных продуктов, на первый взгляд хорошо знакомых специалисту отрасли. Говоря о современных вакуум-выпарных установках (ВВУ), речь идет об аппаратах пленочного типа, которые являются более эффективными по сравнению с привычными циркуляционными. В основу работы такой вакуум-выпарной установки положен принцип пленочного выпаривания или «стекающей пленки», который обеспечивает эффективный теплообмен, короткое время пребывания продукта в установке, щадящие температуры процесса выпаривания, что в совокупности обеспечивает хорошее качество готового продукта.

Процесс сгущения обеспечивается кратковременным тепловым воздействием при средней температуре процесса 55 °С (Володин Д.Н. и др., 2015).

Для охлаждения сгущенного сырья (молочной сыворотки или пермеата) используют вакуумный охладитель типа «флешкулер». На личие термической или механической компрессии позволяет значительно снизить потребление энергии, экономить пар и охлаждающую воду.

Работа современных ВВУ (выпаривание и мойка) полностью автоматизирована, а для каждого продукта заданы необходимые параметры процесса. Сгущенный продукт на выходе имеет содержание сухих веществ: для сыворотки и пермеата порядка 60 %, для молока – 48 %, что позволяет дополнительно экономить энергию в процессе сушки. При удалении влаги из молочного сырья процесс сгущения может быть интенсифицирован с применением мембранных технологий.

Для сыворотки и пермеата – это нанофильтрация или обратный осмос, позволяющие концентрировать сырье до 20 % сухих веществ (СВ) (при этом в случае нанофильтрации дополнительно может быть удалено до 25 % минеральных соединений). Для обезжиренного молока – обратный осмос, позволяющий эффективно удалить до 50 % влаги, что соответствует 18 % СВ в концентрированном молоке, а при необходимости возможно повысить содержание сухих веществ до 24 %. Указанные процессы протекают при низких температурах (около 10 °С), что обеспечивает высокое качество продуктов и энергоэффективность всей технологии.

Что касается сушильного оборудования, то предпочтение необходимо отдавать многостадийной сушке, обеспечивающей минимальные затраты энергии. Высушиваемое сырье подается к распылителю сушилки и распыляется в сушильную камеру, где мелкодисперсные капли влажного продукта полностью смешиваются с горячим воздухом, в результате чего происходят интенсивное испарение и быстрое высушивание (первая ступень сушки). Сухой продукт в камере падает на интегрированное флюидное дно (ИФД), где в статическом флюидном слое продукт досушивается сушильной средой (вторая ступень сушки). Сухой продукт из ИФД попадает на виброфлюидный желоб, или в зону распыления для агломерации, где и охлаждается до требуемой температуры. Высушенный и охлажденый порошок перемещается с помощью пневмотранспорта в бункер для хранения.

Отделение мелких фракций сухого продукта от сушильной среды осуществляется системой очистки воздуха, которая должна обеспечивать минимальный унос (потери) продукта, в связи с чем необходимо рассматривать установку высоко- эффективных циклонов или специализированных СIP-фильтров.

Необходимо учитывать, что в случае производства сухих молочных продуктов с достаточно высокой массовой долей жира (СЦМ, сливки) линия должна быть оснащена гомогенизатором. С повышением в продукте массовой доли жира и (или) белка стоит рассмотреть вариант сушильной установки с форсуночным распылительным узлом.

В качестве греющего агента для процесса сушки предпочтительнее использовать природный газ, а не пар, это более экономично, а также обеспечивает стабильность температуры сушильного воздуха, контактирующего с продуктом в башне.

Предложенное оборудование и принцип организации технологической переработки всего спектра имеющегося на сыродельном предприятии сырья позволяют эффективно его перерабатывать в целую гамму качественных сухих молочных продуктов. Внедрение современного оборудования: фильтрационных мембранных установок, ВВУ и сушильного оборудования (возможно поэтапно на основе приоритетности технологических задач для снижения финансовой нагрузки на предприятие) – хоть и требует определенных капитальных затрат, но в силу энергоэффективности и ресурсосбережения быстро окупается.

В настоящее время на молокоперерабатывающих предприятиях Российской Федерации оборудовано около 400 сушильных установок производительностью от 300 до 3500 кг испаренной влаги в час (табл. 1). Большинство установок производилось в СССР, ЧССР, ГДР, и к настоящему моменту значительная их часть отработала свой ресурс и морально устарела.

Замена этого оборудования на новое зачастую по тем или иным причинам может быть затруднительна. С другой стороны, как показал опыт, для приведения характеристик сушильных установок к современным требованиям достаточно провести их модернизацию и выполнить комплекс необходимых ремонтных и восстановительных работ.

Таблица 1. Характеристики наиболее распространенных в РФ типов сушильных установок

Тип	Количество, ед.	Производительность по испаренной влаге, кг/ч	Расход кВт на 1 кг исп. влаги	Расход пара на 1 кг исп. влаги
А1-ОРЧ	170	350-400 (500)	0,282 (0,226)	3,75 (3,00)
А1-ОР2Ч	40	350-400 (500)	0,300 (0,240)	3,50 (2,80)
РСМ-500	35	460-500 (500)	0,142 (0,136)	2,71 (2,60)
РС-1000	65	800-950 (1150)	0,180 (0,156)	2,55 (2,20)
ВРА-4	95	850-1000 (1150)	0,170 (0,148)	2,65 (2,30)

* В скобках указаны характеристики по паспортным данным к установке.

В результате потребитель получает практически новое производство, отвечающее самым современным требованиям и по технико-экономическим показателям, и по качеству вырабатываемых продуктов.

Сушильная установка

Следует отметить, что модернизация может быть проведена в любом объеме в зависимости от возможностей и пожеланий заказчика.

Существенно облегчают выбор тех или иных мероприятий по модернизации предварительный детальный анализ существующего производства и состояния действующего оборудования.
Наиболее оптимальное решение по модернизации сушильных производств включает семь основных этапов.

Установка узла обработки сушильного агента

Модернизация обеспечивает значительное снижение расхода пара на предприятии, позволяя исключить необходимость в применении пара давлением 1,2 МПа. При этом решается проблема возврата конденсата. Достигается стабильная температура поступающего воздуха (минимальное значение 180 °С). Повышается стабильность процесса сушки и производительность оборудования. КПД сушильного комплекса повышается на 40–50 %.

Установка узла двухступенчатой сушки

Повышается эффективность процесса сушки: снижаются возникающие при работе оборудования потери, устраняется образование нагара продукта на стенках сушильной камеры, улучшаются качественные характеристики получаемого продукта. Достижение оптимальных режимов технологического процесса повышает общую производительность сушильного комплекса и снижает энергозатраты на 10–15 %.

Этот этап включает:

• модернизацию сушильной башни, в том числе распределителя воздуха, потолочной части, обстукивателей, системы обдува стен камеры, системы возврата порошка и другого оборудования;
• установку 2-й ступени сушки, а именно интегрированного флюидного дна с подводом сушильной среды;
• ремонт и модернизацию виброжелоба;
• установку системы распыления с возможностью производства агломерированного продукта;
• модернизацию трубопроводной системы.

Виброаппарат для охлаждения сухого продукта

Установка узла очистки отработанного сушильного агента

Конструктивно фильтр-камера представляет собой емкость, разделенную на две части горизонтальной перегородкой, в которую вмонтированы фильтрующие элементы. Очищаемый воздух подается в нижний объем емкости, проходит через фильтрующую ткань этих элементов и выходит через патрубок в верхней части. Частицы продукта осаждаются на внешней поверхности ткани и периодически удаляются с нее путем продувки элементов сжатым воздухом.
Установка фильтр-камеры за циклонными отделителями для окончательной очистки отработанного воздуха обусловлена, как правило, требованиями защиты окружающей среды, а также позволяет уменьшить потери продукта с отработанным воздухом.

Фильтр-камера для очистки отработанного воздуха

Применение фильтр-камеры вместо циклонов для очистки отработанного воздуха позволяет практически исключить унос продукта, упростить технологическую схему сушки, отказаться от пневмотранспорта, разгрузочного циклона и вентилятора пневмотранспорта, уменьшить общие габариты модернизированной сушильной установки. Такая замена особенно целесообразна, например, при сушке продуктов с высоким содержанием жира (сливки, жировой концентрат) ввиду опасности постоянного налипания частиц на стенки циклонов и их быстрого выхода из строя.

Установка системы пневмотранспорта и хранения сухого продукта

Одной из значительных проблем является выброс частиц сухого продукта при фасовочных операциях. Современные системы пневмотранспорта и хранения позволяют сократить негативное влияние данного фактора, оптимизируя технологический процесс, а также снижая величину потерь и повышая качество готового продукта.

Бункер для хранения сухого продукта

Этот этап предусматривает:

• установку системы пневмопроводов, вентиляторов и прочего оборудования;
• модернизацию бункера с установкой фильтров.

Установка узла фасовки и упаковки сухого продукта

Данный этап модернизации обеспечивает проведение автоматизированного процесса фасовки, что позволяет сократить использование ручного труда на производстве. При этом осуществляется контроль за наличием металлических включений в сухом продукте.

Установка системы КИП и автоматики

Максимальная автоматизация про- цесса производства сухих продуктов поз- волит осуществлять эффективный конт- роль за функционированием сушильного оборудования, что обеспечит стабильный процесс сушки. Этот этап включает в себя полную замену кабелей, датчиков и прочего оборудования.

Модернизация циркуляционной вакуум-выпарной установки типа «ВИГАНД»

Позволяет достигать более эффективного использования греющего пара (снижение удельного потребления на 8–15 %), теплоэнергии и полученного конденсата, а также обеспечивает автоматическое поддержание оптимального технологического режима работы ВВУ (табл. 2).

Производительность ВВУ увеличивается до 5 % по сравнению с паспортными данными. Модернизация заключается в замене и дооборудовании ВВУ узлами, устройствами, исполнительными механизмами и системой автоматизации.

Таблица 2. Сравнительные характеристики ВВУ типа «ВИГАНД» до и после модернизации

Параметр	До модернизации	После модернизации
Массовая доля сухих веществ, %, исходный/сгущенный*	8,5 / 48	8,5 / 48
Производительность, кг/ч:
по испаренной влаге	8 000	8 400
по исходному продукту	9 722	10 200
по сгущенному продукту	1 722	1 800
Потребление пара:
абсолютное давление, МПа	0,9	0,6
расход, кг/ч	3 000	3 200
Установленная мощность электродвигателей, кВт	52,2	17,6
Расход холодной воды, м3/ч	2,0 — 3,0	0,9

* Приведенный расчет характеристик предусматривает сгущение обезжиренного молока

Технологии производства сухих продуктов не стоят на месте, и с каждым годом открываются все новые горизонты, позволяющие создавать более современные, эффективные, экологичные и безопасные производства.

Задача, поставленная перед производителями, – не идти вслед за прогрессом, а развивать его, прокладывая новые пути в достижении максимальных результатов в сушильном деле.

В последнее время наблюдается усиление тенденции к здоровому образу жизни в России, потребители стали уделять больше внимания правильному режиму и рациону питания, вследствие чего вырос интерес к полезным продуктам, обогащенным функциональными ингредиентами. Кроме того, потребитель уделяет особое внимание составу продуктов. Существует понятие «чистая этикетка», которая содержит информацию только о натуральном сырье и компонентах и не содержит, например, ингредиентов с индексом «Е», которые выполняют в продуктах важные технологические свойства, такие как стабилизирующая, влагоудерживающая, эмульгирующая способность и др. В этих условиях рынка сывороточные ингредиенты играют важную роль в пищевых системах, так как, обладая функциональными свойствами, выполняют одновременно технологические функции и не имеют обозначение «Е».

Мировой рынок сывороточных ингредиентов представлен сухими сывороточными продуктами, белковыми концентратами, лактозой, ее производными и аналогами. Мировые аналитики предполагают дальнейший рост производства этих ингредиентов в 2017 г., особенно ингредиентов с высокой добавленной стоимостью, при этом прогнозируемый среднегодовой рост спроса составит 5–10 % [1]. Наибольший интерес у мировых потребителей вызывают высокобелковые концентраты и изоляты, а также сухой пермеат. Аналогичная ситуация наблюдается и на современном российском рынке с той лишь существенной разницей, что такие сывороточные ингредиенты практически не производятся в России, а импортируются из-за рубежа, несмотря на огромный собственный сырьевой потенциал [2].

Для современного российского предприятия, уже занимающегося переработкой сыворотки в сухой продукт, организация производства сывороточных ингредиентов возможна на существующей линии с внедрением мембранной техники и модернизацией имеющегося оборудования при необходимости. Организовывая выпуск качественных и дорогих сывороточных ингредиентов, производитель задумывается не только об инвестиционных затратах, но и о направлениях реализации продукции, которые напрямую зависят от их функциональных и технологических свойств.

Говоря о применении сывороточных ингредиентов в продуктах питания, стоит отметить, что все они, прежде всего, могут быть использованы в производстве молочной продукции как источник натуральных и ценных молочных компонентов для обогащения продукции, придания требуемых технологических свойств (например, структурно-механических, реологических и др.), расширения ассортимента, увеличения выхода и экономии молока-сырья. Так как ингредиенты, полученные из молочной сыворотки, являются продуктами переработки молока (согласно формулировкам ТР ТС), то их применение в молочных продуктах не противоречит законодательным документам.

Сухая молочная сыворотка является источником сухих веществ молока и характеризуется относительно невысоким содержанием белка по сравнению с белковыми сывороточными ингредиентами и высоким содержанием лактозы и минеральных веществ, что влияет на ее вкусовые качества (явно выраженный соленый вкус). Такой состав в небольших дозировках востребован при производстве некоторых кондитерских и хлебобулочных изделий и используется для усиления аромата и улучшения цвета готовых продуктов. Сладкая сухая сыворотка обеспечивает более мягкий вкус, а кислая сухая сыворотка является источником вкуса и аромата молочной кислоты. Однако применение сухой сыворотки на пищевые цели ограничено ввиду ее органолептических свойств, относительно высокого содержания минеральных веществ и ряда физико-химических свойств, которые влияют на технологические процессы. Кроме того, производство сухой кислой сыворотки затруднено из-за ее высокой кислотности, что сильно влияет на процессы удаления влаги и качество конечного продукта. В современных рыночных условиях целесообразно производить сухую деминерализованную сыворотку, что обеспечивается внедрением электродиализа как наиболее эффективного и экономически оправданного процесса удаления минеральных веществ и регулирования кислотности сырья.

Деминерализованная сыворотка имеет ряд преимуществ перед обычной сухой. Электродиализ обеспечивает получение стандартизированного продукта высокого качества из любого вида сыворотки. При аналогичном количестве белка содержание минеральных веществ и кислот в сыворотке значительно снижено в зависимости от уровня деминерализации, который в коммерческих продуктах составляет от 50 до 90 %. В результате сыворотка легче поддается дальнейшей переработке, улучшаются ее органолептические и технологические характеристики, рас- творимость, снижается гигроскопичность, повышаются хранимоспособность и качество продукта, расширяется спектр применения на пищевые цели [1, 3]. Деминерализованная сыворотка может быть реализована как пищевой ингредиент для детского и специализированного питания (при уровне деминерализации 90 % как источник биологически ценных сывороточных белков и лактозы), цельномолочных продуктов, молочных напитков и десертов, консервов, кондитерских, хлебобулочных и мясных продуктов.

Востребованность концентратов/ изолятов сывороточных белков в производстве различных продуктов определяется их свойствами (функциональными и технологическими) и составом, прежде всего массовой долей белка.

По составу различают концентраты сывороточных белков (КСБ) с массовой долей белка в сухом веществе: 35, 55– 60, 70–85 %. Изоляты характеризуются массовой долей белка более 90 %.

К функциональным свойствам белковых концентратов/изолятов относится высокая пищевая и биологическая ценность:

• высокий аминокислотный скор;
• антиоксидантная активность;
• легкая усвояемость;
• участие в синтезе собственных белков организма, в том числе и мышечной массы;
• содержание аминокислот с разветвленной боковой цепью.

Это используется при производстве продуктов лечебно-восстановительного, диетического, детского, спортивного и здорового питания.

Технологические свойства сывороточных белковых концентратов/изолятов определяются их составом, в частности содержанием белка. Так, КСБ-60 в пищевых системах проявляет жиро- и влагосвязывающие свойства, эмульгирующую способность, хорошую растворимость в кислых растворах. КСБ-70-85 в дополнение к указанным проявляют стабилизирующие и гелеобразующие свойства, хорошо растворимы при более нейтральном рН и комнатной температуре, а ИСБ обладает всеми перечисленными свойствами и отличной пенообразующей способностью (взбитостью) [1]. Среди свойств следует также отметить способность сывороточных белков вступать в реакции с сахарами (реакция Майяра), что формирует характерный карамельный привкус и цвет некоторых продуктов кондитерского и хлебопекарного производства.

Высокобелковые сывороточные концентраты с содержанием белка от 70 % и выше, а также изоляты целесообразно направлять на производство клинического питания, детских и спортивных смесей. Медицинское применение КСБ и ИСБ связано с потреблением напитков и продуктов, содержащих препараты сывороточных белковых концентратов/изолятов, что в клинической практике позволяет предотвратить или добиться выздоровления от болезней, связанных с белковой недостаточностью, повысить скорость восстановления и помочь сократить продолжительность пребывания в стационаре, а также снизить общие экономические издержки на лечение (Arla Foods Ingredients) [4]. Сывороточные белки в лечебно-восстановительном питании могут быть применены в составе напитков, в том числе содержащих менее 10 % белка в качестве его единственного источника. Их также включают в клинические пищевые растворы с содержанием белка до 30 %. Иногда коммерческие препараты (формы) сывороточных белков рекомендуют добавлять непосредственно в молоко или воду. Предпочтение отдается концентратам с содержанием белка от 70 % и выше [4].

При производстве смесей для детского питания используют высокобелковые сывороточные концентраты для обогащения и приведения состава смесей по соотношению сывороточных белков к казеину аналогично грудному молоку, т. е. 60:40 против 20:80 в коровьем молоке [5].

Сывороточные белковые концентраты и изоляты активно используются в производстве сухих протеиновых смесей для спортивного питания как источник легкоусвояемого белка, так называемые быстрые протеины. Сухие белковые смеси на основе сывороточного белка выпускаются с различными вкусовыми и витаминно-минеральными добавками, при этом содержание белка в них может варьировать от 24 до 80 % [6].

Высокобелковые сывороточные концентраты, особенно обезжиренные, могут быть использованы при производстве взбитых кондитерских изделий и десертов как заменитель яичного белка, так как обладают высокой пенообразующей и стабилизирующей способ- ностью. Концентраты сывороточных белков с содержанием белка до 70 % целесообразно направлять на производство продуктов питания общего потребления: молочные, хлебобулочные и кондитерские продукты, мясные и рыбные изделия, напитки [7, 8, 9]. При этом КСБ используются как белковые обогатители и технологически важные ингредиенты.

КСБ-35 по составу похож на обезжиренное молоко и применяется как источник сухих веществ молока для частичной или полной замены сухого обезжиренного молока при производстве кисло-молочных продуктов [1, 7], молочных напитков, мягких сыров [8], мороженого, десертов, печенья и крекеров, снеков, растворимых супов. При этом он обеспечивает различный белковый и минеральный состав готовых продуктов.

КСБ-60 и более используются при изготовлении мясных и рыбных продуктов, в молочной промышленности для определенных видов плавленых сыров, йогуртов и десертов [7], в кондитерской промышленности в производстве молочного шоколада, ириса, молочной карамели и печенья.

Интерес для производителей продуктов питания представляет модифицированная форма КСБ, называемая микропартикулированным сывороточным белком (МСБ). МСБ за счет формирования в нем укрупненных белковых частиц, имитирующих шарики молочного жира, является компонентом для жирового замещения и используется как «имитатор жира» при производстве низкожирных продуктов. Он обладает свойствами, аналогичными свойствам КСБ. Помимо этого усиливает молочный цвет; сдерживает рост кристаллов в замороженных десертах; связывает и равномерно распределяет влагу в продукте, формирует мягкую и эластичную структуру.

Использование МСБ в производстве йогуртов, десертов, мороженого, молочных напитков, сырных и творожных продуктов способствует снижению калорийности, улучшению структуры и стабильности продуктов, формированию вкуса. Введение МСБ в мясные фарши приводит к повышению рН, что положительно сказывается на водосвязывающей способности. Концентраты сывороточных белков используются в мясной промышленности для улучшения вкуса конечных продуктов, придания аромата, улучшения текстуры, повышения качества продуктов в целом [9].

В производстве хлеба и булочек концентраты сывороточных белков могут применяться для частичной замены яичного белка и играют важную роль в формировании аромата и внешнего вида готовой продукции [10].

Лактоза является важным углеводом для питания младенцев, источником энергии и выполняет ряд функций при производстве лекарств и продуктов питания. По степени очистки различают несколько видов лактозы: фармацевтическая, пищевая и техническая.

Высокоочищенная лактоза активно используется фармацевтической промышленностью как наполнитель для таблетированных лекарственных форм.

Пищевая лактоза характеризуется меньшей сладостью по сравнению с сахарозой, но способна усиливать вкусовые свойства продуктов. Техническая лактоза используется как сырье для производства лактозы высокого качества и ее производных. Лактоза является достаточно дорогим продуктом ввиду сложности и многостадийности ее технологии, и для ее рентабельного производства необходимы большие объемы сырья – более 500 т/сут [2], что под силу переработать далеко не каждому предприятию.

Отличной альтернативой пищевому молочному сахару служит сухой деминерализованный пермеат с достаточно высокой степенью деминерализации (около 90 %). Пермеат, являясь сопутствующим продуктом производства концентратов сывороточных белков или УФ-концентратов молока, характеризуется достаточно высоким содержанием лактозы (более 80 %) и большими объемами, подлежащими технологической переработке.

Деминерализация пермеата позволяет извлечь из него значительную часть минеральных веществ и кислот, при этом повышается содержание лактозы до 90–95 % [2]. По сравнению с молочным сахаром при переработке пермеата отсутствуют потери лактозы с мелассой, повышается ее выход, исключаются операции выделения и измельчения кристаллов, упрощается технологический процесс, продукт может быть получен на распылительной сушильной установке.

Присутствие в пермеате остаточных количеств белковых веществ и некоторых минеральных соединений придает ему дополнительные преимущества, заключающиеся в более выраженном молочном вкусоароматическом профиле по сравнению с лактозой и даже с деминерализованной молочной сывороткой. К другим важным свойствам пермеата следует отнести:

• более быструю растворимость по сравнению с лактозой, полученной традиционным способом;
• оптимальную насыпную плотность и гигроскопичность;
• способность смягчать вкус и усиливать аромат продуктов;
• участие в реакции Майяра с образованием меланоидинов, что придает специфический аромат и цвет продуктам;
• связывание летучих ароматических компонентов;
• хорошую адгезию с другими компонентами в смесях.

Эти свойства определяют направления использования сухого пермеата при производстве: молочных смесей и сухих напитков для усиления сладости, вкуса и аромата, создания объема; молочных напитков, коктейлей, десертов с наполнителями; хлебобулочных изделий для формирования цвета корочки и создания аромата; пирожных и печенья, кремов и начинок для усиления вкуса; кондитерских изделий для придания молочного вкуса, повышения содержания сухих веществ, формирования цвета, усиления аромата; продуктов быстрого приготовления, соусов, супов, приправ, специй для увеличения объема сухих продуктов, усиления вкуса и аромата.

Многие отрасли пищевой промышленности в поисках качественных, альтернативных и экономически выгодных источников сырья приходят к выводу об эффективности использования сывороточных ингредиентов, формируя тем самым спрос на них. Рассмотренные сывороточные ингредиенты являются наиболее востребованными продуктами переработки сыворотки на современном рынке. Мы остановились на их свойствах и наиболее вероятных и приемлемых направлениях использования. Однако ассортимент сывороточных ингредиентов больше и спектр их применения не ограничивается только лишь пищевой промышленностью. С развитием и более широким внедрением современных промышленных мембранных процессов, хроматографии, ионного обмена, высокотехнологичного оборудования открываются перспективы более глубокой переработки молочной сыворотки в такие высококачественные препараты с высокой добавленной стоимостью, как белковые фракции: лактоферрин, лактопероксидаза, a-лактоальбумин, b-лактоглобулин, иммуноглобулины; производные лактозы: лактулоза, лактитол, галактоолигосахариды, тагатоза и др.

Направления их использования гораздо шире и включают фармацевтическую, медицинскую, биотехнологическую, микробиологическую, косметическую, химическую отрасли.

Список литературы

1. Tage Affertsholt, Morten Fenger. Whey Book 2014. The Global Market for Whey and Lactose Ingredients 2014–2017/3A Business Consulting. – August 2014. – 146 p.
2. Евдокимов И.А. Пути решения импортозамещения молочной продукции. Продукты из молочной сыворотки / И.А.Евдокимов, Б.В.Чаблин, М.С.Золоторева, Д.Н.Володин// Переработка молока. 2015. № 3. C. 10–13.
3. Михнева В.А. Эффективный способ переработки творожной сыворотки / В.А.Михнева, М.С.Золоторева, А.С.Бессонов, Д.Н.Володин, М.И.Шрамко, И.А.Евдокимов // Молочная промышленность. 2011. № 1. С. 40–41.
4. Концентрат сывороточного белка. Лечебное питание // Arla Foods Ingredients. URL: http://www.arlafoodsingredients.com/ products/whey-protein-concentrate/medical- nutrition/
5. Концентрат сывороточного белка. Детское питание // Arla Foods Ingredients. URL: http://www.arlafoodsingredients.com/products/ whey-protein-concentrate/infant-nutrition/
6. Концентрат сывороточного белка. Спортивное питание // Arla Foods Ingredients. URL: http://www.arlafoodsingredients.com/ products/whey-protein-concentrate/sport- nutrition/
7. Healthy living with naturally enhanced yoghurt // Arla Foods Ingredients. URL: http://www.arlafoodsingredients.com/globalas- sets/restricted/dairy_ho1-11.pdf
8. Храмцов А.Г., Суюнчев О.А., Рудаков А.С., Сардак А.С. Использование КСБ-УФ для непрерывного производства мягкого сыра // сб. научных трудов СевКавГТУ. Серия «Продовольствие». 2008. № 4.
9. Шипулин В.И., Назарова О.Н. Теоретические и практические аспекты биотехнологии мясопродуктов с использованием микропартикулированного сывороточного белка// Современная наука и инновации. 2013. № 1. С. 55–62.
10. Евдокимов И.А., Гапонов В.И., Лодыгин А.Д., Люблинский С.Л. Перспективные технологии хлебобулочных изделий, обогащенных незаменимыми нутриентами, для профилактики основных алиментарнозависимых состояний человека // материалы IV Между — народной научно-практической конференции «Современные достижения биотехнологии». – Минск; Ставрополь: Изд-во СКФУ, 2014. С. 75–77.