УДК 637.344
ПОЛУЧЕНИЕ КОНЦЕНТРАТА СЫВОРОТОЧНЫХ БЕЛКОВ УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИЕЙ
Obtaining whey protein concentrate ultrafiltration
студент Уральского государственного аграрного университета
(2)
Рецензент: , кандидат технических наук, профессор
Аннотация
В статье рассмотрена проблема рационального использования молочной сыворотки, которая образуется в результате производства творога и сыра. Исследования показали, что практически единственным методом, позволяющим фракционировать сложные по составу пищевые среды (молочная сыворотка) являются мембранные технологии. Наиболее перспективным для предприятий пищевой промышленности является процесс концентрирования сывороточных белков с применением мембранных технологий (ультрафильтрация, микрофильтрации) в сочетании с диафильтрацией. Предлагаемая технология производства была апробирована в лабораторных условиях УрГАУ.
Ключевые слова: молочная сыворотка, концентрат сывороточных белков, безотходная технология, ультрафильтрация, микрофильтрация, диафильтрация.
Annotation This article discusses the problem of rational use of whey, which is formed as a result of production of curd and cheese. Studies have shown that virtually the only method allowing to fractionate a complex composition of the food environment (whey) are membrane technologies. Most promising for the food industry is the concentration process of whey proteins using membrane technology (ultrafiltration, microfiltration) in combination with diafiltration. We offer a technology was tested in laboratory conditions Usau.
Keywords: whey, whey protein concentrate, non-waste technology, ultrafiltration, microfiltration, diafiltration.
Проблема получения концентрата сывороточных белков (КСБ) изучается во всем мире. Международная молочная федерация уделяет постоянное внимание сыворотке в плане рационального использования белково-содержащего сырья. Получение белкового концентрата из вторичных сырьевых ресурсов молочной промышленности реализует концепцию безотходного производства, исключает загрязнение окружающей среды и дает ценнейший сывороточный белок для обогащения продуктов питания, напитков, медицинских препаратов, кормовых баз и может являться основой для детского и спортивного питания.
В настоящие время КСБ импортируется в Россию, отечественного производства КСБ практически не существует, что ставит российские предприятия и потребителя в ценовую и сырьевую зависимость от зарубежных партнеров, препятствует развитию молочной отрасли в целом. С целью обеспечения продовольственной и экономической безопасности, целесообразно разработать технологию производства высококачественного КСБ с применением отечественного оборудования.
Известные способы получения КСБ обладают такими недостатками, как длинная технологическая цепочка, большие энергетические затраты, необходимость предварительной подготовки молочной сыворотки и т. д. Однако, как показывает практика, в большинстве случаев целесообразно использование КСБ в виде водного раствора, к тому же он дешевле КСБ в сухом виде, и значительно проще технологическое и аппаратурное оформление переработки молочной сыворотки.
В настоящее время предпочтительным методом разделения молочной сыворотки с целью выделения белков является баромембранная технология. Ультрафильтрация и микрофильтрация позволяют получать качественный продукт, процесс протекает без нагрева сыворотки, минимальны затраты энергии по сравнению с выпариванием и сушкой. Существенной проблемой при переработке молочной сыворотки баромембранными методами, является необходимость ее тщательной подготовки перед подачей в мембранный блок. Недостаточно полная подготовка молочной сыворотки, связанная с нарушением технологии ее проведения или изменением состава исходной сыворотки, приводит к существенному снижению технических характеристик мембранных установок, а также к необходимости частой замены мембранных элементов. Решение этой проблемы мы видим в применении керамических мембран, срок эксплуатации которых в 3–5 раз больше по сравнению с полимерными мембранами, значительно проще их регенерация.
Ниже приведены результаты исследований переработки подсырной и творожной сыворотки (табл. 1) с целью получения КСБ. Исследования проводились в лабораторных условиях (УрГАУ) на лабораторной установке. Были использованы керамические микрофильтрационные и ультрафильтрационные мембраны производства «Керамикфильтр» (Россия, Москва).
Таблица 1
Состав молочной сыворотки (средние значения)
Параметры | Сыворотка творожная | Сыворотка подсырная |
Белок общий, % | 0,93 | 0,71 |
Лактоза, % | 4,27 | 4,93 |
Жир, % | 0,35 | 0,12 |
Минеральные вещества, % | 0,65 | 0,61 |
СВ, % | 6,20 | 6,37 |
Исходная молочная сыворотка подавалась в установку без какой-либо подготовки. На первой стадии переработки – ультрафильтрации применяли керамические мембраны КУФЭ-0,01 с диаметром пор 0,01 мкм. Процесс осуществлялся при температуре 15°C и давлении 0,3 Мпа, степень концентрирования 10. Получаемый в процессе разделения концентрат представлял собой раствор сливочной структуры, с содержанием сухих растворенных веществ около 15% СВ. Пермеат (лактозно-солевой водный раствор) представлял собой прозрачную жидкость со слабым по окраске желто-зеленым цветом. Показатели исходного и конечного продуктов после ультрафильтрации приведены в табл. 2.
Далее, полученный в результате ультрафильтрации концентрат, направляли на вторую стадию переработки – микрофильтрацию, где применяли керамические мембраны КМФЭ c диаметром пор 0,8 мкм.
Таблица 2
Показатели исходного и конечного продуктов после ультрафильтрации
(средние значения)
Параметры | Сыворотка творожная | Сыворотка подсырная | ||
концентрат | пермеат | концентрат | пермеат | |
Белок общий, % | 8,45 | 0,01 | 6,82 | 0,01 |
Лактоза, % | 4,27 | 4,25 | 4,92 | 4,95 |
Жир, % | 3,30 | 0,00 | 1,04 | 0,00 |
Минеральные в-ва, % | 0,70 | 0,65 | 0,67 | 0,61 |
СВ, % | 16,72 | 4,91 | 13,45 | 5,57 |
Процесс осуществляли при температуре 15°С и давлении 0,2 МПа, степень концентрирования 10. На этой стадии отделяли жир. Показатели исходного и конечного продуктов после микрофильтрации приведены в табл. 3.
Таблица 3
Показатели исходного и конечного продуктов после микрофильтрации
(средние значения)
Параметры | Сыворотка творожная | Сыворотка подсырная | ||
концентрат | пермеат | концентрат | пермеат | |
Белок общий, % | 0,85 | 8,40 | 0,72 | 6,70 |
Лактоза, % | 4,27 | 4,27 | 4,92 | 4,92 |
Жир, % | 27,30 | 0,20 | 9,40 | 0,20 |
Минеральные в-ва, % | 0,70 | 0,70 | 0,67 | 0,67 |
СВ, % | 33,12 | 13,57 | 15,71 | 12,49 |
Полученный раствор белка и лактозы направляли на заключительный этап переработки – диафильтрацию (ультрафильтрация с одновременным разбавлением раствора водой), где применяли керамические мембраны КУФЭ-0,01 с диаметром пор 0,01 мкм. Процесс осуществляли при температуре 15°C и давлении 0,3 Мпа, степень концентрирования 2. На этой стадии отделяли лактозу. В результате проведения процесса диафильтрации был получен продукт – водный раствор КСБ (табл. 4).
Таблица 4
Показатели водного раствора лактозы после ультрафильтрации с применением (диафильтрации)
(средние значения)
Параметры | Водный раствор КСБ (сыворотка творожная) | Водный раствор КСБ (сыворотка подсырная) |
Белок общий, % | 16,70 | 13,20 |
Лактоза, % | 1,85 | 2,15 |
Жир, % | 0,4 | 0,4 |
Минеральные в-ва, % | 0,30 | 0,25 |
СВ, % | 19,25 | 16,00 |
Разработанная технология получения водного раствора КСБ приведена на рис.1.
Рис. 1 Схема получения водного раствора КСБ
Концентрированный водный раствор лактозы может использоваться как полуфабрикат в молочной промышленности или упаковываться и применяться в других отраслях промышленности. Использование предложенной технологии позволит: сократить время производства концентрированного раствора лактозы; упростить технологический процесс; снизить энергетические затраты.
Полученные результаты позволяют, на наш взгляд, внедрять инновационную технологию и высокотехнологичное, конкурентоспособное оборудование для производства концентрированного водного раствора лактозы, как на крупных молочных предприятиях, так и на предприятиях небольшой мощности.
Предлагаемая технология производства лактозы позволит обеспечить продовольственную безопасность региона, исключив зависимость от зарубежных поставщиков.
Библиографический список
1. Безотходная переработка молочного сырья / , . – М: КолосС, 2008. – 200 с.
2. О Стратегии развития пищевой и перерабатывающей промышленности в Свердловской области на период до 2020 года: Постановление Правительства Свердловской области от 01.01.2001 г. [Электронный ресурс] // Областная газета [Электронное издание]. 22.10.2013. – Режим доступа http://www. oblgazeta. ru/media/newspaperpdf/pages/2013-10-22_og_478-479_5.pdf (дата обращения: 04.02.2013).
3. Концепция обеспечения продовольственной безопасности населения Свердловской области на период до 2015 года от 01.01.2001 г. [Электронный ресурс] // Министерство экономики Свердловской области [Офиц. сайт]. – Режим доступа: URL: http://econom. midural. ru/content/koncepciya-obespecheniya-prodovolstvennoy-bezopasnosti-naseleniya-sverdlovskoy-oblasti-na (дата обращения: 04.02.2013).
5. Способ производства молочного сахара из соленой сыворотки: Патент РФ № 000, С1, С13К5/00, А23C21/00. / , , . – Заявл. 02.06.2008. – Опубл. 27.06.2009.
6. Способ производства молочного сахара: Патент № 000 РФ, С2, C13K5/00, A23C21/00. / , , и др. – Заявл. 20.12.2010. – Опубл. 20.10.2012.
7. Способ производства молочного сахара: Патент № 000 РФ, С1, С13К5/00 / , . – Заявл. 07.07.2011. – Опубл. 10.02.2013.
8. Разработка баромембранной технологии переработки молочной сыворотки / , , // Аграрный вестник Урала. – 2013. – №7 (113). – С. 35-37.
9. Производство концентрата молочной сыворотки баромембранными методами / , // Переработка молока. – 2014. – № 5 (176). – С. 32-34.
10. Timkin V. A. DETERMINATION OF THE OSMOTIC PRESSURE OF MULTICOMPONENT SOLUTIONS IN THE FOOD INDUSTRY / V. A. Timkin, V. A. Lazarev // Petroleum Chemistry. – 2015. – Т. 55, № 4. – С. 301-307.
11. Разработка ресурсосберегающей технологии переработки молочной сыворотки / , // Пища. Экология. Качество: Труды XIII междунар. науч.-практ. конф. – Красноярск, 2016. – С. 176-179.
