Метка: творог

Технический регламент Таможенного союза «О безопасности молока и молочной продукции» (ТР ТС 033/2013) определяет творог, как «кисломолочный продукт, произведенный с использованием заквасочных микроорганизмов (лактококков или смеси лактококков и термофильных молочнокислых стрептококков) и методов кислотной или кислотно-сычужной коагуляции молочного белка с последующим удалением сыворотки путем самопрессования, и/или прессования, и/или сепарирования (центрифугирования), и/или ультрафильтрации…» [1].

Это определение охватывает основные стадии производства творога, включая отделение творожной сыворотки, которое в значительной степени влияет на органолептические, физико-химические и микробиологические свойства готового продукта. Можно отметить, что в ТР ТС 033/2013 практически в хронологическом порядке появления приводятся три возможных варианта этой технологической операции: прессование, сепарирование и ультрафильтрация.

Отделение сыворотки прессованием после подогрева и перемешивания сгустка уже не одно десятилетие используется при выработке традиционным способом классического, «рассыпчатого» творога, на долю которого приходится большая часть продаж российского рынка. Технологический процесс производства творога традиционным способом (рис. 1, а) предусматривает подготовку и нормализацию молока-сырья, пастеризацию нормализованной смеси, охлаждение до температуры сквашивания, заквашивание, обработку сгустка и отделение сыворотки самопрессованием или прессованием. Этапы самопрессования и прессования считались одними из наиболее трудоемких, особенно до начала внедрения в 1960-х гг. новых типов оборудования, позволяющих их механизировать.

При выработке обезжиренного творога или творога раздельным способом отделение творожного сгустка осуществляется преимущественно на сепараторах-творогоотделителях. Особенность раздельного способа производства творога заключается в том, что молоко-сырье сепарируется на обезжиренное молоко и высокожирные сливки. Обезжиренное молоко проходит тепловую обработку, сквашивание, затем сгусток после подготовки направляется на сепаратор-творогоотделитель. Творог, получаемый этим методом, имеет мягкую мажущуюся консистенцию и на финальном этапе производства может быть нормализован сливками. Метод довольно широко распространен на российских предприятиях.

Творожная сыворотка (рН 4,3–4,6), образующаяся и при прессовании, и при сепарировании, составляет около 70 % от объема сырья и содержит его водорастворимые компоненты (лактозу, минеральные вещества и т.д.), казеиновую пыль, остаточный молочный жир и сывороточные белки. Сепарирование значительно сокращает уход казеиновой пыли в сыворотку [2]. Что касается сывороточных белков, то даже использование специальных методов термической обработки [3] позволяет сохранить в продукте только 50–70 % их общего количества.

Рисунок 1. Обобщенная схема выработки творога: а – традиционным и раздельным способом, б – ультрафильтрацией сгустка

Максимальный переход сывороточных белков в продукт возможно обеспечить только с помощью мембранного фракционирования сквашенной смеси. В большинстве случаев, так же как и при раздельном методе, пастеризованное обезжиренное молоко предварительно сквашивается до pH 4,6–4,8. Сгусток направляется на тепловую обработку (термизацию), а затем в ультрафильтрационную установку (рис. 1, б). Процесс проходит при температуре 45,0–50,0 °С на модулях со спиральными полимерными мембранами, которые могут дополняться при необходимости плоскорамными модулями. Также возможно использование керамических мембран. Конечная конфигурация ультрафильтрационной установки зависит в основном от вязкости конечного продукта, обусловленной его составом, в том числе содержанием жира, и массовой долей сухих веществ.

В ультрафильтрационной установке используется принцип тангенциальной фильтрации, при котором поток направляется по касательной к поверхности мембраны, предотвращая образование осадка на ее поверхности. Движущей силой процесса является давление, которое «продавливает» сквозь мембрану компоненты с размером меньшим, чем поры мембран, формируя низкоконцентрированный поток – пермеат. Пермеат содержит низкомолекулярные компоненты, в том числе небелковый азот, лактозу, минеральные вещества. В концентрированной фракции остаются как частицы коагулированного казеина, так и сывороточные белки. Сравнение усредненного состава творожной сыворотки и пермеата сквашенной смеси (рис. 2) показывает, что практически 100 % сывороточных белков остаются в продукте. В пермеат переходят только низкомолекулярные пептиды и небелковые азотистые соединения. Удержание в процессе ультрафильтрации сывороточных белков, включающих оптимальный набор жизненно необходимых для организма аминокислот, с одной стороны, повышает пищевую ценность продукта, а с другой – увеличивает выход продукта с единицы сырья [4]. Полученная фракция с массовой долей сухих веществ 20–30 % имеет мягкую пастообразную консистенцию и фактически является готовым продуктом – мягким творогом, который проходит тепловую обработку, затем направляется на фасовку. Кроме того, мягкий творог может служить основой для самого широкого спектра творожных десертов, которые обладают привлекательным рыночным потенциалом, в первую очередь за счет популяризации у потребителей как продукта здорового питания.

Рисунок 2. Сравнение состава кислой творожной сыворотки и УФ-пермеата сквашенного сгустка

Помимо ультрафильтрации сгустка, можно выделить еще одно перспективное направление использования мембранной фильтрации в технологии творога. Как и при производстве сыров [4], ультрафильтрация может использоваться для стандартизации сырья по массовой доле белка. Обезжиренное молоко обрабатывается на УФ-установке до повышения содержания белка в среднем в 1,25 раза. В этом случае дальнейшая переработка сырья проводится с использованием традиционного оборудования, повышая эффективность его работы, минимизируя потери белка и увеличивая выход готового продукта [2].

При выработке творога, как и любого белкового продукта, всегда возникает вопрос об использовании фракций, образующихся при концентрировании сырья и / или отделении сгустка. Как было отмечено, основным побочным продуктом при использовании методов прессования и сепарирования является кислая творожная сыворотка. Опыт ООО «ДМП» показывает, что переработка кислой сыворотки связана с определенными трудностями. В частности, при получении концентрата сывороточных белков затруднена работа УФ установок, выход продукта – низкий, и получаемый при этом концентрат имеет низкое качество. По этой причине творожная сыворотка не рекомендуется для производства концентратов сывороточных белков 80 % и более.

В то же время пермеат, образующийся как при ультрафильтрации молока, так и при ультрафильтрации сгустка, может быть переработан в стандартный продукт, например сухой пермеат, с применением комплекса мембранных технологий [5].

Таким образом, интеграция мембранных процессов в технологию производства творога открывает новые возможности для интенсификации производства перспективного и маржинального на современном рынке продукта, а также позволяет организовать переработку вторичных молочных ресурсов на принципах безотходного производства, что повышает в целом рентабельность производства.

Список литературы

1. Технический регламент Таможенного союза «О безопасности молока и молочной продукции» (ТР ТС 033/2013) (с изменениями на 10 июля 2020 г.).
2. Cassano Alfredo & Drioli Enrico (2014). Integrated Membrane Operations: In the Food Production. 10.1515/9783110285666.
3. Schulz-Collins D., Senge B. Acid- and acid/rennet-curd cheeses part A: Quark, cream cheese and related varieties. – Editor(s): Patrick F. Fox, Paul L.H. McSweeney, Timothy M. Cogan, Timothy P. Guinee, Cheese: Chemistry, Physics and Microbiology, Academic Press, V. 2. – 2004. P. 301–328. ISSN 1874-558X, ISBN 9780122636530, https://doi.org/10.1016/ S1874-558X(04)80049-6.
4. Володин Д.Н. Стандартизация молока по белку в технологии производства сыров / Д. Н. Володин [и др.] // Сыроделие и маслоделие. –2021. – № 5. – С. 62–63.
5. Володин Д.Н. Эффективная технология переработки лактозосодержащего сырья: пути повышения качества пермеата распылительной сушки / Д. Н. Володин [и др.] // Переработка молока. – 2018. – № 8. – С. 14–16.

Сегодня множество исследований в области питания подтверждает наличие в рационе современного человека дефицита белка по сравнению с другими компонентами пищи — углево­дами и жирами. Именно поэтому области использования белковых ингредиентов в последнее время расширяются [1].

Молочная сыворотка, как и все молоч­ное сырье, является одним из наиболее доступных источников полноценного белка. Благодаря уникальному амино­кислотному составу сывороточные белки имеют высокую пищевую ценность и широко используются при разработке современных рецептур функциональных продуктов диетического, спортивного и других видов специального питания. Более того, наблюдается тенденция использования добавок, специально раз­работанных для обогащения белками таких продуктов, как соусы, хлопья для завтрака и т.д. Особым направлением является использование сывороточных белков в детском питании при создании адаптированных или гуманизированных смесей для питания детей раннего воз­раста [2].

С расширением сферы применения белковых ингредиентов неизбежно воз­никает вопрос об их доступности на рынке, которая, в свою очередь, зависит от эффективности и доступности тех­нологических приемов, использующих­ся при производстве белковых ингре­диентов. Одной из технологий, которая пол­ностью изменила промышленную пере­работку сыворотки в целом и сделала процесс получения сывороточного белка экономически и технологически эффек­тивным, была, безусловно, мембранная фильтрация. Изначально основной при­чиной активного внедрения мембранных процессов стала необходимость обяза­тельной переработки подсырной сыво­ротки из-за ужесточившихся мер по охра­не окружающей среды. Наиболее доступной технологией оказалась сушка сыворотки, но процесс был очень энер­гетически затратен, поскольку в качестве сырья использовалась нативная сыво­ротка с содержанием сухих веществ порядка 6,5 % [2]. Поиск экономичных способов предварительного концентри­рования сыворотки перед сушкой и послужил толчком для внедрения мем­бранной фильтрации в молочную про­мышленность, в частности, установок обратного осмоса. Следующим шагом была разработка процесса ультрафильт­рации для получения из сыворотки про­дуктов с высокой добавленной стои­мостью. И наконец, к концу XX в. были внедрены два других фундаментальных мембранных процесса — нанофильтра­ция и микрофильтрация. Таким образом, с начала 1970-х годов способ ультра­фильтрационной обработки использу­ется в той или иной форме на всех совре­менных линиях переработки молочной сыворотки.

Рынок коммерческих белковых ин­гредиентов на основе молочной сыво­ротки представлен концентратами (КСБ), изолятами сывороточных белков (ИСБ), отличающихся по содержанию белков в сухом веществе [3], а также гидролизатами сывороточных белков (ГСБ). Распространение микрофильт­рации обезжиренного молока привело к появлению нового вида сырья, так называемой нативной или мицеллярной казеиновой сыворотки, и, как следствие, новых продуктов — нативного концент­рата и изолята сывороточных белков. Сегодня они мало распространены на рынке, но их популярность активно рас­тет, так как они обладают рядом пре­имуществ за счет специфичного состава белковой фракции [4].

В пределах указанных категорий кон­центраты и изоляты сывороточных белков как пищевые ингредиенты характери­зуются спектром показателей химиче­ского состава (массовая доля влаги, белка, лактозы, жира, золы и др.), без­опасности (КМАФАнМ, колиформы, E. coli, Salmonella и др.), оговариваемых в соот­ветствующей российской и зарубежной технической документации [5, 6].

Технологические свойства сывороточно-белковых концентратов

Функциональное свойство	Тип действия	Пищевые продукты
Растворимость	Белковая сольватация	Напитки
Абсорбция воды и связывание	Поглощение воды, загустевание	Колбасы, пирожные, хлебобулоч­ные изделия
Вязкость	Сгущение, связывание воды	Супы, заправки для салатов
Застывание	Формирование и фиксация белковой матрицы	Мясо, творог, выпечка, сыр
Когезия-адгезия	Белок действует как клейкий материал	Мясные колбасы, выпечка, мака­ронные изделия
Эластичность	Гидрофобная связь с глютеном, дисульфидные связи в гелях	Мясо, хлебобулочные изделия
Эмульгирование	Формирование и стабилизация жировых эмульсий	Колбасы, заправка для салата, забеливатели для кофе и чая, сухие супы, пирожные, детское питание
Вспенивание	Образует стабильную пленку для захвата газа	Взбитые десерты, пирожные, взбитые топпинги

С точки зрения ингредиентов функ­ционального питания спецификации КСБ и ИСБ также обязательно должны содер­жать информацию о пищевой ценности продукта: аминокислотный профиль, показатели усвояемости белка (коэф­фициент эффективности белка (PER), биологическая ценность белка (BV), ами­нокислотный коэффициент усвояемости белков (PDCAAS)), профиль жирных кис­лот и углеводов, калорийность.

При использовании КСБ и ИСБ в про­изводстве других продуктов питания помимо вышеупомянутых свойств не­обходимо оценить их функции как пище­вого ингредиента (см. таблицу) [7].

И если состав, питательная ценность КСБ и ИСБ в первую очередь зависят от компонентного состава обрабатыва­емой сыворотки, то функционально-тех­нологические характеристики больше определяются особенностями процессов, используемых для производства продук­та. Это обязательно должны учитывать производители белковых ингредиентов.

Полная технологическая схема про­изводства КСБ и ИСБ включает ком­плекс технологических операций от при­емки и хранения сырья до упаковки и хранения готового продукта. Конечно, характеристика входящего сырья будет влиять как на качественные характе­ристики готового продукта, так и общий расход сырья на выработку единицы продукции. Расход также будет зависеть от вида вырабатываемого концентрата (см. рисунок).

Из ключевых операций, определя­ющих качество продукта при одинаковом качестве исходного сырья, можно выде­лить подготовку сыворотки к переработке, непосредственно мембранное фракцио­нирование сырья методом ультрафильт- рации/микрофильтрации и финишные операции, например сушку и др.

Целями предварительной обработки сыворотки являются как обеспечение эффективной работы мембранного оборудования, так и сохранение функ­циональных, технологический свойств и безопасности конечного продукта. Предварительная обработка сыворот­ки [4] должна обязательно включать очистку от жира и взвешенных частиц и тепловую обработку — пастеризацию или термизацию. Как правило, пасте­ризация с температурами до 70 °С не приводит к значительным изменениям функциональных свойств, хотя несколь­ко меняет минеральный профиль про­дуктов, уменьшая содержание кальция и магния [2]. Кроме этого могут быть задействованы процессы деминерали­зации, умягчения, регулировки рН, пред­варительного концентрирования, уда­ления фосфата кальция и т.д. Стоимость аппаратурного оформления, эксплуа­тационные расходы, влияние на белко­вый компонент сырья этих процессов могут быть весьма значительны, поэто­му решение о включении их в типовую линию должно быть тщательно обосно­вано требованиями к функциональности конечных продуктов.

Основной этап технологического цикла — мембранное фракционирование может включать только ультрафиль­трационное разделение сыворотки либо сочетание процессов ультра-, диа- и микрофильтрации. Диафильтрация используется при производстве концент­ратов с высоким содержанием белка, позволяя удалить большую часть лак­тозы и золы. Микрофильтрация удаляет остаточные липиды из концентратов белка или сыворотки, которые присут­ствуют не в форме отдельных жировых шариков, а скорее в форме липопро­теиновых комплексов. Такие комплексы имеют плотность, равную или превы­шающую водную фазу и, следовательно, не могут быть удалены обычными мето­дами разделения. Микрофильтрация положительно влияет на функциональ­ность белковых концентратов и изолятов, повышая уровень белка в сухом веще­стве до 90-95 %. Однако, как было отмечено ранее, включение дополни­тельной операции увеличивает себе­стоимость продукта и должно быть обосновано требованиями локального рынка белковых ингредиентов.

Общее влияние ультрафильтрации на функциональность сывороточных белков незначительно и не зависит от температурных режимов, хотя [2] отмеча­лось увеличение воздействия гидро­фобных групп белковых молекул без значительной потери растворимости.

Блок-схема производства КСБ/ИСБ из подсырной сыворотки

Все последующие операции, связан­ные с переработкой жидкого белкового концентрата до сухого продукта, должны быть направлены на сохранение техно­логических и функциональных свойств готового продукта и проводиться в мак­симально мягких

условиях. Например, необходимо по возможности избегать высокотемпературной обработки не­посредственно жидкого концентрата, которая негативно сказывается на эмуль­гирующей, гелеобразующей способно­сти сухих концентратов и их раствори­мости [3].

Ультрафильтрационные концентраты при производстве высокобелковых ингредиентов характеризуются доста­точно высоким содержанием сухих веществ — 24-30 % и более, среди кото­рых основную долю занимают сыворо­точные белки, т.е. такой концентрат имеет коллоидную природу. Вязкость УФ-концентратов возрастает с увеличе­нием массовой доли белка, снижением температуры и уменьшением сдвиговых воздействий. Чаще всего при нормаль­ных условиях (при 20 °С) вязкость бел­ковых концентратов является величиной непостоянной и продукт проявляет неньютоновский характер течения. При повышении температуры до 50 °С и интенсивном механическом воздействии характер неньютоновского поведения заметно снижается, гидродинамические характеристики улучшаются и обеспечи­вают требуемый средний размер капель при распылении в сушильной башне. Этот показатель особенно важен при сушке высокобелковых концентратов, содержащих довольно большое коли­чество жира в сухом веществе.

Сухие концентраты и изоляты сыво­роточных белков — очень легкие порош­ки с высоким содержанием поглощен­ного воздуха. Для уменьшения его доли при распылении используется форсунка под давлением.

Тепловые режимы распылительной сушки малоинвазивны: из-за быстрого нагрева и охлаждения за счет испарения внутренняя температура частиц про­дукта обычно не превышает 60 ° C, т.е. сушка критически не влияет на функ­циональные свойства концентрата. Тем не менее требуются строгий подбор и соблюдение условий нагрева продукта, подаваемого на сушку, чтобы миними­зировать возможность протекания реак­ции Майяра, вызывающей пороки вкуса и аромата концентратов и продуктов на его основе [8]. При необходимости соз­дания быстрорастворимых концентра­тов проводится агломерация — процесс создания небольших скоплений частиц, которые обеспечивают повышенную пористость и сокращают время диспер­гирования порошка в жидкостях.

Срок хранения сухих концентратов сывороточного белка зависит от их состава и условий хранения. В зависи­мости от производителя срок хранения сухих КСБ и ИСБ составляет от 6 до 36 мес при температуре порядка 20­25 °С, влажности 65-76 %. Что касается состава белковых концентратов, то изменения при хранении главным обра­зом связаны с лактозой: происходят лактозилирование белка, потемнение продукта за счет реакции Майяра. Чем выше содержание лактозы в продукте, тем выше вероятность возникновения функциональных изменений в процессе хранения. Безусловно, и белковая фрак­ция может подвергаться изменениям (частичной денатурации, полимериза­ции, циклизации), и жировая состав­ляющая (окислению липидов) [2, 8]. Но с практической точки зрения контроль содержания свободной лактозы в про­дукте может действительно помочь быстро определить стабильность сухих концентратов: любое уменьшение содержания свободной лактозы указы­вает на изменение структурных и (или) функциональных свойств порошков при хранении.

КСБ 80 АО «Молвест»

Таким образом, значительные объ­емы качественного сырья и современ­ные технологичные подходы к перера­ботке сыворотки путем использования мембранных процессов, характеризу­ющихся простотой обслуживания, низ­ким энергопотреблением, небольшим сроком окупаемости, делают техноло­гию производства концентратов и изо- лятов сывороточных белков инвести­ционно привлекательной. Особенно учитывая тенденции современного мирового рынка молочных ингредиен­тов к устойчивому повышению спроса на высокобелковые продукты [1].

Примером успешной реализации такого проекта в России является АО «Молвест», на площадке которого в 2019 г. специалистами компаний «ДМП» (Россия) и «Вздухоторг» (Словакия) совместно со специалистами молоко­перерабатывающего завода внедрена комплексная линия производства пер­вого российского концентрата сыворо­точного белка 80 %. Установленное обо­рудование позволяет предприятию из достаточно дешевого и доступного сырья получать функциональные бел­ковые ингредиенты высокого качества с высокой добавленной стоимостью, не уступающие зарубежным аналогам.

Список литературы

1. Global fundus camera market analysis & trends — industry forecast to2025, milk protein market [report] accuracy research. 2019. P.313.

2. Whey Proteins. From Milk to Medicine, 1st Edition, Editors: Hilton C Deeth Nidhi Bansal, Paperback ISBN: 9780128121245, eBook ISBN: 9780128121252. Published Date: 1st September 2018. — 746 p.

3. 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.

4. Burrington, K.J. Technical Report: Milk Fractionation Technology and Emerging Milk Protein Opportunities. Доступно по адресу: http://bit.ly/1clImgChttps://www.yumpu.com/en/ document/read/32392564/milk-fractionation- technology-and-opportunities-technical-report.

5. Swarnalatha, G. Different Approaches to Improve Thermostability of Whey Proteins: A Review / G. Swarnalatha, S. Mor // Int. J. Curr. Microbiol. App. Sci. 2019. V. 8. № 4. P. 1679-1688.

6. ТР ТС 033/2013 «О безопасности молока и молочной продукции».

7. International food standards (FAO/WHO Codex Alimentarius).

8. Carter, B. The effect of spray drying on the difference in flavor and functional properties of liquid and dried whey proteins, milk proteins, and micellar casein concentrates / B. Carter, H. Patel, D.M. Barbano, M. Drake // Journal of Dairy Science. 2018. V. 101. № 5. P. 3900-3909. DOI: 10.3168/jds.2017-13780. Epub 2018 Mar 1.

Современный рынок молочных консервов представлен довольно широкой линейкой продукции. Мировые объемы производства сухих и сгущенных продуктов из молочного сырья остаются довольно стабильными даже при небольших колебаниях рынка отдельных видов продукции [1]. Например, аналитики отмечают незначительное снижение роста производства сухого цельного и обезжиренного молока в Европе и США в 2018 г. Тем не менее, большинство прогнозов оценивают совокупные темпы годового роста производства сухих молочных продуктов порядка 3–5 % в течение 2018– 2027 гг. [3].

Несмотря на разнообразие технологических приемов, необходимых для производства сгущенных и сухих продуктов из молочного сырья, одним из основных этапов является концентрирование или сгущение сырья методом выпаривания влаги [4, 5]. Учитывая многокомпонентный состав молочного сырья, его термолабильность, к условиям выпаривания всегда предъявлялись особые требования. Для исключения необратимых изменений свойств компонентов за счет денатурации белков, реакции меланоидинообразования и т.д. температура кипения молочного сырья должна быть пониженной, так же, как и температура греющей поверхности, контактирующей с продуктом.

Со времен изобретения первого выпарного аппарата для сгущения молока в XVIII в. процесс выпаривания осуществляется в условиях искусственно созданного вакуума и конденсации пара, выпаренного из молока [5]. Первые выпарные установки представляли собой аппараты периодического действия со встроенными трубчатыми нагревателями (рис. 1).

Емкость, заключенная в кожухе, наполнялась молоком, пока нагревательные элементы не погружались в жидкость. В процессе нагрева молока и выпаривания влаги в аппарат дозированно подавалось свежее молоко, чтобы поддерживать требуемый уровень жидкости. По достижении требуемой концентрации сухих веществ в полученном молоке нагрев прекращался, вакуум сбрасывался и сгущенный продукт удалялся из аппарата. Весь процесс выпаривания занимал несколько часов, поэтому в результате длительного температурного воздействия значительно повышалась вязкость продукта, что позволяло достигать максимально 40 % сухих веществ. Даже в более позднее время давались рекомендации не проводить сгущение более чем в 2 раза для нормальной эксплуатации выпарной установки и обеспечения качества готового продукта.

Современные вакуум-выпарные установки (ВВУ) представлены аппаратами трех типов: циркуляционные с естественной и принудительной циркуляцией; пленочные. Установки могут быть одно- или многокорпусными, периодического или непрерывного действия.

Основные элементы вакуум-выпарных установок: калоризатор, обеспечивающий подогрев сырья до точки кипения и выпаривание влаги, сепаратор для отделения полученного (выпаренного) пара от продукта, вакуумный насос для создания и поддержания вакуума, конденсатор выпаренного пара [11]. Помимо этого в зависимости от комплектации, используемого сырья установки могут быть оснащены дополнительными узлами: пастеризаторами, охладителями, устройствами для компрессии пара и т.д.

Конструкции калоризаторов в выпарных установках разнообразны и могут быть выполнены в виде трубчатых и пластинчатых аппаратов.

В России в молочноконсервном производстве главным образом используются циркуляционные вакуум-выпарные установки «Виганд» (рис. 2), внедренные в производство в 1960-х годах. Производительность одно- и двухкорпусных установок циркуляционного типа «Виганд» по испаренной влаге колеблется от 500 до 8000 кг/ч. Исходный продукт направляется в подогреватели, где нагревается до температуры сгущения или необходимой температуры пастеризации исходного продукта, а затем поступает в калоризатор, где закипает, и далее часть продукта вместе с образовавшимся паром поступает в пароотделитель. Здесь пар отделяется от продукта, который по циркуляционной трубе возвращается в калоризатор, где вновь закипает, и цикл повторяется до достижения требуемого содержания сухих веществ в сгущенном продукте.

Основной недостаток данной установки состоит в длительности цикла сгущения – 1–1,5 ч при повышенных температурах, снижающих качество продукции, и повышенном расходе острого пара – не менее 0,4 кг/кг испаренной влаги против 0,2–0,22 кг/кг для современного оборудования [9].

В мировой практике наибольшее распространение получили вакуум-выпарные установки с падающей пленкой, оснащенные механической или термической компрессией вторичного пара. Аппараты появились около 40 лет назад и постепенно вытеснили выпарные установки с естественной и принудительной циркуляцией. Одно- и многокорпусные пленочные аппараты с нисходящей пленкой подразумевают однократный проход концентрируемого сырья через греющую поверхность, что существенно сокращает время пребывания сырья в вакуум-аппарате и способствует получению продукта высокого качества.

В пленочной установке (рис. 3) сырье подается в верхнюю часть трубки греющей камеры и стекает вниз по внутренней поверхности трубки в виде тонкой пленки, во время движения сырье нагревается и влага испаряется. При этом продолжительность сгущения молочного сырья составляет не более 3–5 мин. Качество продукта в результате повышается, уменьшается расход воды и греющего пара, исключается возможность пенообразования и потерь продукта [10].

В верхней части калоризатора над трубной решеткой установлено распределительное устройство для равномерного распределения продукта по трубам (рис. 4).

Многопроходные секции и корпуса с рециркуляционной системой продукта позволяют адаптировать вакуум-выпарные установки к одновременному использованию различного вида молочного сырья: обезжиренного молока, молочной сыворотки, пермеата и т.д. [5].

Системы механической и термической компрессии пара наряду с многокорпусными установками можно рассматривать как одну из возможностей обеспечения высокой эффективности процесса сгущения. Основная цель использования компрессии – повышение давления вторичного пара до значений, позволяющих применять его в качестве греющего.

Установки с механической компрессией вторичного пара работают по принципу теплового насоса, используя турбокомпрессоры, одноступенчатые радиальные вентиляторы или высоконапорные вентиляторы в качестве агрегатов для сжатия вторичного пара. Такой тип оборудования требует незначительного количества острого пара при пуске, но система энергообеспечения установки должна предусматривать возможность пикового потребления электроэнергии [11].

В аппаратах с термической компрессией используется энергия свежего (острого) пара в паровых эжекторах, которые работают по принципу струйного насоса. В качестве «активного потока» в данном случае используется острый пар высокого давления (до 18 бар). Такие конструкции достаточно надежны за счет отсутствия движущихся частей и не требуют больших затрат на техническое обслуживание.

С учетом специфики вырабатываемой продукции вакуум-выпарные установки для молочного сырья могут включать теплообменное оборудование (поверхностное или контактное) для обеспечения требуемых микробиологических показателей путем пастеризации сырья перед подачей на сгущение.

На выходе из вакуум-выпарного аппарата температура продукта ниже температуры кипения при сгущении и обычно составляет 50–60 °С. При производстве сухого цельного и обезжиренного молока сгущенный продукт с такой температурой подается на сушильные установки. При изготовлении сухой сыворотки сгущенный продукт поступает на направленную кристаллизацию лактозы. Для достижения температуры кристаллизации 30–35 °С в выпарных установках пленочного типа предусматриваются охладители мгновенного действия (flash-cooler). Сгущенный продукт подается в камеру при пониженном давлении, создаваемом пароструйным насосом. Происходит мгновенное выпаривание влаги с одновременным охлаждением и подсгущением продукта [8].

Практически все типы современных выпарных установок могут эксплуатироваться в автоматическом режиме. Автоматизация систем управления выпарных установок позволяет осуществлять не только эффективный контроль за стабильностью технологических режимов и работой оборудования, но также архивировать и анализировать данные для их дальнейшей оптимизации [9]. В аппаратах с падающей пленкой используется меньший поток сгущаемого  продукта, чем в циркуляционных, поэтому системы автоматизации пленочных установок быстрее реагируют на изменения основных параметров процесса [10].

Таким образом, для сгущения молочного сырья современные поставщики выпарного оборудования предлагают довольно широкий спектр оборудования, выбор которого должен опираться на анализ вида перерабатываемого сырья, конечного продукта, экономических возможностей предприятия и т.д.

Опыт показывает, что использование установок пленочного типа имеет целый ряд преимуществ перед установками циркуляционного типа:

снижение энергозатрат на выпаривание;

возможность использовать современные системы автоматизации;

мягкие условия процесса сгущения: низкие температурные воздействия на термолабильные компоненты молочного сырья (около 55 °С) и минимальное время воздействия на продукт; возможность получения сгущенного продукта с массовой долей сухих веществ до 62 %;

повышение качества готового сухого продукта;

конструкция выпарного аппарата позволяет снижать операционные затраты на кристаллизацию и сушку.

Сегодня ООО «ДМП» совместно с компанией «Вздухоторг» реализован целый ряд проектов по внедрению вакуум-выпарных аппаратов пленочного типа (рис. 5).

Отечественные молокоперерабатывающие предприятия уже оценили их высокую экономическую и технологическую эффективность. Все реализуемые нами комплексные технологические линии оснащены ВВУ пленочного типа, что в совокупности с современным сушильным оборудованием позволяют предприятиям получать продукцию высокого качества с высокой рентабельностью.

Список литературы

1. Global Organic Powdered Milk Market Share, Supply, Analysis and Forecast To 2025 // Режим доступа: https://www.marketwatch.com/pressrelease/global-organic-powdered-milk-marketshare-supply-analysis-and-forecast-to-2025- 2018-07-06. – Июль, 2018.

2. Обзор мировых тенденций в марте 2018//Режим доступа: http://milkua.info/ru/post/ obzormirovyh-tendencij-v-marte-2018. – Март, 2018.

3. Global milk protein market analysis & trends – industry forecast to 2025/ACCURAY RESEARCH // MILK PRO-TEIN MARKET [REPORT]. – Режим доступа: http://www.accurayresearch.com/chemicals-and-materials/milkprotein-market-analysis-size-share-trends. – Февраль, 2017. – 331 р.

4. Чекулаева, Л.В. Технология продуктов консервирования молока и молочного сырья [Текст]: учебное пособие для вузов / Л.В.Чекулаева, К.К.Полянский, Л.В.Голубева. – М.: ДеЛи принт, 2002. – 249 с.

5. Pisecky, J. Handbook of milk powder manufacture / J.Pisecky. – Niro A/S, Copenhaguen, Denmark, 1997.

6. Annual report of the American Dairymen’s Association (1871) // https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Annual_report_of_the_America_ Dairymen%27s_Association (1871)_(18406931 476).jpg

7. Brink, R.A. Milk and milk processing / R.A.Brink // McGRAW-HILL PUBLICATIONS IN THE AGRICULTURAL SCIENCES. 1948. P. 343.

8. Вагн, В. Технология производства сухого молока. Выпаривание и распылительная сушка // Niro A/S Копенгаген, Дания. – Режим доступа: http://www.microradartest.com/ books/0112435_E9AEB_vagn_vestergaard_teh nologiya_proizvodstva_suhogo_moloka_vypa.pdf.

9. Золоторева, М.С. Модернизация оборудования для производства сухих молочных консервов / М.С.Золоторева [и др.] // Переработка молока. 2018. № 7. C. 21–23.

10. Haasbroek, A. A comparison of control techniques for dairy falling film evaporators / A.Haasbroek, L.Auret, W.H.Steyn // Preprints of the 10th IFAC International Symposium on Dynamics and Control of Process Systems The International Federation of Automatic Control December, 18–20, 2013. Mumbai, India.

11. Munir, MTajammal. Modelling of a falling film evaporator for dairy processes [online] / MTajammal Munir [et al.] // In: Chemeca 2014: Processing excellence; Powering our future. Barton, ACT: Engineers Australia, 2014: [174]– [181]. Availability: ISBN: 9781922107381.

#сушка молока #сушка сыворотки #сушка обрата #сушка белковых продуктов #сушка в виброкипящем слое #сушильные установки