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
Технический регламент Таможенного союза «О безопасности молока и молочной продукции» (ТР ТС 033/2013) (с изменениями на 10 июля 2020 г.).
Cassano Alfredo & Drioli Enrico (2014). Integrated Membrane Operations: In the Food Production. 10.1515/9783110285666.
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.
Володин Д.Н. Стандартизация молока по белку в технологии производства сыров / Д. Н. Володин [и др.] // Сыроделие и маслоделие. –2021. – № 5. – С. 62–63.
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.
Приглашаем вас посетить нашу компанию на 26-й международной выставке «Оборудование, технологии, сырье и ингредиенты для пищевой и перерабатывающей промышленности» АГРОПРОДМАШ-2021
Будем рады увидеть вас в числе наших гостей и надеемся, что посещение этого мероприятия окажется для вас всесторонне полезным!
Приглашаем вас посетить нашу компанию на 19-ой Международной выставке оборудования для производства молока и молочной продукции «DairyTech 2021» @dairytech.expo
Промокод для бесплатного посещения выставки — dt21ePMMD — укажите его при регистрации на сайте выставки.
Будем рады увидеть вас в числе наших гостей и надеемся, что посещение этого мероприятия окажется для вас всесторонне полезным!
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: αS1, αS2, β, æ-казеин. Соотношение фракций казеина значительно варьируется в молоке разных видов, например, женское молоко содержит порядка 70% β-казеина, а фракции αS1, αS2 практически отсутствуют. В свою очередь коровье молоко включает практически равное количество фракций β- и αS1— 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]
аб
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:
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».
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
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.
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.
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.
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.
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.
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
Arunkumar, A. Etzel MR. Milk Protein Concentration Using Negatively Charged Ultrafiltration Membranes. / // Foods. – 2018/ — V7(9). – P. 134.
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.
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.
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.
Нашей компанией была завершена модернизация линии производства сухих молочных продуктов в компании Danone.
Проведение модернизации сушильного оборудования не менее, а в определенных случаях более сложное техническое решение в сравнении с поставкой нового оборудования, так как зачастую мы ограничены рамками действующего цеха и установленного в нем технологического оборудования.
Тщательная предварительная проработка проекта модернизации и внимание к деталям при его реализации позволили выполнить все поставленные задачи в соответствии с высокими требованиями компании Danone.
Компания ДМП (Россия) в тесном сотрудничестве с компаниями Vzduchotorg spol. s r.o. (Словакия) и VPS engineering (Чехия) эффективно решают задачи по разработке комплексных технологических решений для производства сухих молочных продуктов и ингредиентов, сыра и масла в соответствие с мировыми стандартами качества. Участие в выставке DairyTech 2020 является одним из важнейших событий года, которое позволяет прорабатывать с нашими постоянными и новыми партнерами методы увеличения эффективности производств путем оптимального внедрения эффективных технологических решений, повышая результативность нашей деятельности. В рамках проводимой выставки на конференции «Решения в области мембранных методов и развитие рынка ингредиентов из молочного сырья» представитель компании ДМП представил доклад «Особенности производства сухих ингредиентов из молочного сырья», раскрывший наиболее актуальные вопросы современной молочной промышленности.
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
Whey Protein Concentrate (WPC) Standard. Режим доступа: https://www.adpi.org/Portals/ 0/Standards/WPCStandard_book.pdf
Concentrated Milk Proteins Standard ADPI. Режим доступа: https://www.adpi.org/Portals/0/Standards/ConcentratedMilkPowder_book.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
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.
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.
DadAD
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.
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
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.).
Гордезиани В. С. Производство заменителей цельного молока / В.С. Гордезиани. – 2-е изд.. перераб. и доп. – М.: Агропромиздат, 1990. – 272 с.
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
Ковалевский В.В. Перспективы оптимизации рационов кормления коров / В.В. Ковалевский // Успехи современной науки. – 2016. – Т. 10. – № 11. – С. 156–158.
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.)
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
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
Филатов Ю. И. Жировой компонент для производства ЗЦМ сухим смешиванием / Ю. И. Филатов [и др.] // Молочная промышленность. – 2009. – № 12. – С. 44–45.
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
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
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.
Centre national interprofessionnel de l’économie laitière. Milk ingredients. Режим доступа: http://www.filiere-laitiere.fr/en/milk- products/milk-ingredients.
Остроумова, Т.А. Химия и физика молока: учебное пособие / Т.А.Остроумова. – Кемерово: Кемеровский технологический институт пищевой промышленности, 2004. – 196 с.
Золоторева, М.С. О переработке молочной сыворотки и внедрении наилучших доступных технологий / М.С.Золоторева [и др.] // Переработка молока. 2016. № 7. С. 17–19.
