Способ предусматривает ультрафильтрацию молока, нанофильтрацию полученного пермеата, концентрирование НФ-пермеата обратным осмосом. Полученный OO-ретентат используют в качестве соли при добавлении к УФ-ретентату. Затем проводят гидролиз молочного продукта с помощью лактазы. Гидролиз может осуществляться в течение 1-36 часов при температуре от 5 до 70°С. Способ позволяет удалить лактозу из молока без ухудшения его органолептических свойств. 1 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.
Изобретение относится к способу производства не содержащих лактозу молочных продуктов и, в частности, к применению различных мембранных технологий при производстве молочных продуктов.
Мембранные технологии представляют собой известные процессы разделения, используемые как на молекулярном, так и на ионном уровнях. Такие процессы потребляют немного энергии и дают возможность концентрировать и фракционировать молоко. Экономится, например, энергия, так как использование мембранных технологий не требует фазового изменения при обезвоживании, чтобы провести концентрирование и упаривание.
В общих чертах, используют четыре основных типа процессов мембранной фильтрации, каждый из которых служит для различных целей. В зависимости от разделяющей способности эти четыре основных типа представляют собой, от типа с самым маленьким размером пор, и до типа с самым большим размером пор, обратный осмос (ОО), нанофильтрацию (НФ), ультрафильтрацию (УФ) и микрофильтрацию (МФ). Из них обратный осмос обычно используют для концентрирования, ультрафильтрацию и микрофильтрацию - для фракционирования, а нанофильтрацию используют как для концентрирования, так и для фракционирования.
Микрофильтрация, ультрафильтрация и нанофильтрация представляют собой процессы мембранного разделения, при которых жидкость фильтруют через полупроницаемую мембрану. Полупроницаемая мембрана является мембраной, которая пропускает только одну часть компонентов раствора. Система также может включать предварительный фильтр для фильтрования наиболее крупных или выпавших в осадок компонентов.
Осмос представляет собой спонтанное перемещение жидкости через полупроницаемую мембрану из разбавленного раствора через мембрану в более концентрированный раствор. В устройстве обратного осмоса поток протекает в обратную сторону за счет повышения давления концентрированного раствора, чтобы превысить осмотическое давление. Обратный осмос позволяет отделять растворенные соли. На практике жидкость (пермеат, проходящая через мембрану часть), полученная при обратном осмосе, является достаточно чистой для сброса в канализацию. Наиболее обычным применением обратного осмоса является производство питьевой воды из морской воды.
Применение мембранных технологий позволяет разделять компоненты молока путем создания потока молока при повышенном давлении через мембрану. Компоненты, которые меньше размера пор мембраны, будут проходить через мембрану (пермеат), а более крупные компоненты будут оставаться за мембраной (ретентат). Другими словами, всегда образуется два потока, которые выходят из системы разделения.
В течение последних десятилетий молочная промышленность успешно использует мембранные технологии, например, при переработке молочной сыворотки и водных отходов. Однако в молочной промышленности выявлено, что мембранные технологии очень хорошо подходят для переработки коровьего молока, которое, как известно, содержит огромные количества ценных питательных веществ и функциональных соединений. Последние исследования фактически сосредоточены на мембранной фильтрации молока и использовании такого профильтрованного молока при производстве молочных продуктов, таких как сыр, мороженое и йогурт.
В течение последних нескольких лет особое внимание было уделено изучению растущей потребности в свободных от лактозы молочных продуктах. В общем известно, что у некоторых людей имеется непереносимость к лактозе, т.е. они не могут переносить молочные продукты, содержащие нормальное количество лактозы. Кроме того, иногда необходимо употребление молочных продуктов с низким содержанием лактозы по некоторым другим причинам. Например, когда человек принимает антибиотики, способность кишечника разрушать лактозу на моносахариды может быть ухудшена.
Разработано несколько способов удаления лактозы из молока. В общем случае, проблема всех известных способов состоит в изменении органолептических свойств. Хорошо известный способ в данной области представляет собой обычный ферментативный процесс удаления лактозы, способ, включающий стадию добавления лактазы в молоко, что приводит к превращению более чем 80% лактозы в моносахариды, то есть, глюкозу и лактозу. В данном случае проблемой является неприемлемо сладкий вкус молока, обусловленный моносахаридами.
WO 00/45643 описывает способ, который направлен на сохранение органолептических свойств молока. В соответствии с этой публикацией, поставленная цель достигается за счет снижения количества лактозы так, чтобы получить отношение лактозы к белку приблизительно 1:1, и обработки затем молока лактазой, чтобы превратить остальную лактозу в моносахариды. В соответствии с этой публикацией количество лактозы может быть уменьшено или с помощью ультрафильтрации или диафильтрации. Существенным признаком представленного способа является уменьшение отношения лактозы к белку. Такой результат также достигается за счет повышения количества белка или путем концентрирования исходного молока, или путем добавления белка в молоко на любой стадии способа. Проблема такого способа состоит в том, что в сочетании с ультрафильтрацией или диафильтрацией не только лактоза, но также часть солей, которые имеют значение для вкуса молока, также удаляются из него. Другое препятствие для использования ультрафильтрации состоит в трудности утилизации побочного продукта, пермеата, который содержит воду, лактозу, соли и низкомолекулярные азотистые соединения.
FI 104783 В1 описывает способ получения порошка солей молочной сыворотки из сыворотки или пермеата, полученного при ультрафильтрации молока. Этот способ включает нанофильтрацию, концентрирование и сушку сыворотки или пермеата. Порошкообразная соль молочной сыворотки, полученная этим способом, приемлема в качестве заменителя обычной столовой соли (NaCl).
В ЕР 226035 В1 описан способ специфического хроматографического отделения лактозы от молока. В этом способе молоко фракционируют таким образом, что фракция лактозы отделяется, а соли остаются в белковой фракции или во фракции белок/жир. Преимущество способа состоит в том, что вместо пермеата получают раствор чистой лактозы, и в том, что все вещества, значимые для вкуса, в том числе соли, остаются в молоке. Однако хроматографическое разделение является длительным по времени и сложным процессом. Другая проблема хроматографического разделения состоит в высокой закупочной цене оборудования, так как простые молочные фермы обычно не имеют такого оборудования.
Таким образом, задача по изобретению состоит в создании способа, решающего вышеописанные проблемы. Эта задача решается способами, представленными в независимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные варианты изобретения описаны в зависимых пунктах.
Изобретение основано на неожиданном наблюдении, что соли, удаляемые при обычной ультрафильтрации, могут быть возвращены в молочный продукт при использовании способа по изобретению, в котором молочный продукт подвергают ультрафильтрации, нанофильтрации и концентрированию обратным осмосом, после чего добавляют соль в УФ-ретентат. Полученный таким образом молочный продукт с низким содержанием лактозы может быть затем подвергнут гидролизу, при котором оставшуюся лактозу превращают в моносахариды с помощью фермента лактазы, получая молочный продукт, по существу не содержащий лактозу.
Преимущество способа по изобретению состоит в том, что органолептические свойства молочного продукта сохраняются. Кроме того, в способе по изобретению образующиеся сливы, НФ-ретентат и ОО-пермеат, могут быть легко дополнительно переработаны. НФ-ретентат содержит главным образом лактозу и воду, а ОО-пермеат содержит по существу только воду. Полученный ОО-пермеат является достаточно чистым и может быть использован, например, в качестве технической воды при мойке оборудования. Другое преимущество состоит в том, что способ изобретения позволяет получать молочный продукт, содержащий только компоненты, источником которых является молоко. Однако для способа по изобретению это не является обязательным, и если требуется, в молочный продукт могут быть добавлены другие вещества.
Предпочтительные варианты изобретения ниже описаны подробно со ссылкой на чертеж, на котором представлена блок-схема способа по изобретению.
Настоящее изобретение относится к способу производства не содержащего лактозу молочного продукта, предусматривающему стадии ультрафильтрации, нанофильтрации и концентрирования молочного продукта обратным осмосом, и добавления соли к УФ-ретентату. Способ по изобретению позволяет удалять лактозу из молока без какого-либо ухудшения органолептических свойств молочного продукта, который должен быть произведен, так как соли, удаляемые при удалении лактозы, могут быть возвращены обратно и/или заменены.
Способ по изобретению предпочтительно включает стадии:
а) ультрафильтрации молока;
b) нанофильтрации УФ-пермеата, полученного при ультрафильтрации;
c) концентрирования НФ-пермеата, полученного на стадии b) обратным осмосом;
d) использования ОО-ретентата, полученного на стадии c), в виде соли, которую добавляют к УФ-ретентату.
В варианте осуществления изобретения кроме или вместо соли, содержащейся в ОО-ретентате, полученном в этом же способе производства, к УФ-ретентату добавляют другую соль. Добавляемая соль предпочтительно является солью молочной сыворотки, которая представляет собой, например, ОО-ретентат, полученный из пермеата нанофильтрации сыворотки, или порошок хроматографически отделенной соли. Соль молочной сыворотки, которая должна быть добавлена, может быть или тонко измельчена или может находиться в растворе. УФ-ретентат и ОО-ретентат, полученные из УФ-пермеата, и которые должны быть добавлены к соли, могут быть также взяты из других процессов.
На чертеже представлена блок-схема варианта осуществления изобретения. Далее обсуждаются предпочтительные варианты различных стадий процесса. В данном описании все проценты являются весовыми, если не указано иное.
Ультрафильтрацию предпочтительно проводят с коэффициентом концентрирования k=от 1 до 4, более предпочтительно k=от 1,5 до 2. Коэффициент концентрирования (k) относится к весовому соотношению между жидкостью, поданной на фильтрацию, и ретентатом, и это соотношение представлено следующей формулой:
УФ-пермеат, полученный при ультрафильтрации молока, обычно содержит приблизительно 4,3% лактозы и приблизительно 0,4% золы, причем его содержание сухого вещества составляет от 5,0 до 5,5%. УФ-ретентат (k=от 1,5 до 2), получаемый при ультрафильтрации, содержит приблизительно от 5 до 7% белка, приблизительно от 4,6 до 4,9% лактозы и приблизительно от 1,0 до 1,2% золы; причем его содержание сухого вещества составляет от 11 до 14%. Подходящими мембранами являются, например, GR81PP и GR61PP, производимые Danish Separation Systems, Дания.
В способе по изобретению нанофильтрацию предпочтительно проводят с коэффициентом концентрирования k=от 1 до 6, более предпочтительно k=от 3 до 5. Пермеат (НФ-пермеат), полученный при нанофильтрации, содержит главным образом одновалентные соли и мочевину, причем его содержание сухого вещества составляет от 0,1 до 0,3%. НФ-пермеат, полученный при нанофильтрации, содержит лактозу (приблизительно 90% сухого вещества) и его содержание сухого вещества составляет от 20 до 24%. Подходящими мембранами являются, например, Desal 5 (Osmonics Inc., США) и NF45 (Filmtec, США).
В способе по изобретению обратный осмос предпочтительно проводят с коэффициентом концентрирования k=от 2 до 20, более предпочтительно k=от 5 до 12. Пермеат (ОО-пермеат), получаемый при обратном осмосе, содержит главным образом только воду. ОО-ретентат, получаемый при обратном осмосе, обычно содержит от 0,5 до 2% золы, причем его содержание сухого вещества составляет от 1 до 3%. Подходящими мембранами являются, например, мембраны Nanomax-95, производимые Millipore Corp., США.
В варианте осуществления изобретения молоко стандартизируют до желаемого содержания жира перед проведением ультрафильтрации. В молочном производстве содержание жира может меняться от 0 до 7%, причем предпочтительно от 0 до 4,5%. Если содержание жира в молоке превышает 7%, то обычно подразумеваются сливки. Способ по изобретению также может быть использован для производства не содержащих лактозу сливок.
Молоко также может быть подвергнуто тепловой обработке, то есть пастеризовано до проведения ультрафильтрации. Пастеризацией называется нагревание жидких пищевых продуктов (в особенности молока) до температуры от 60 до 90°С для разрушения патогенных веществ.
Способ по изобретению также предпочтительно включает стадию ферментативного гидролиза, при котором оставшаяся лактоза превращается в моносахариды с помощью лактазы, то есть 
Содержание сухого вещества в молочном продукте, полученном способом по изобретению, может быть подогнано путем добавления воды. С другой стороны, способ изобретения может быть также использован для получения не содержащего лактозу молочного порошка, то есть, полученное молоко является сухим. Производство порошка особенно подходит для получения обезжиренного не содержащего лактозу молочного порошка, но также могут быть получены содержащие жир порошки.
До упаковки молочного продукта молоко может быть подвергнуто тепловой обработке, например пастеризации (72°С, 15°сек), ELS обработке (130°С, от 1 до 2 сек) или ультравысокотемпературной (УВТ) обработке (138°С, от 2 до 4 сек).
Способ по изобретению особенно подходит для обработки коровьего молока. Однако определение "молоко" относится к любой обычной секреции, получаемой из молочных желез млекопитающих, такой как коровье, козье, кобылье или овечье молоко. Определение "стандартизованное молоко" относится к молоку, в котором содержание жира нормализовано на желаемом уровне. Молочный продукт, производимый способом по изобретению, может представлять собой, например, молоко, йогурт, створоженное молоко, творог или кисломолочный напиток, такой как простокваша или пахта. Способ по изобретению также позволяет регулировать содержание сухого вещества, если это желательно, причем продукт затем представляет собой жидкое, желированное или твердое вещество. Продукт, полученный способом по изобретению, может быть или употреблен так, как он есть, или добавлен в качестве добавки к пищевому продукту или как его часть. Такие пищевые продукты могут представлять собой продукты, например, молочной промышленности, мясоперерабатывающей промышленности, пищевой промышленности, промышленности по производству напитков, хлебопекарной промышленности или кондитерской промышленности.
Пример 1
Пастеризованное (72°С, 15 сек) молоко (30 литров), имеющее содержание жира 1,5%, подвергают ультрафильтрации при 50°С с помощью лабораторного ультрафильтра Labstak при соотношении концентрирования 1,5 с использованием мембран GR61PP, с порогом отсечения 20000 Да. Выделяют как полученный ретентат (20 л), так и полученный пермеат (10 л).
Пермеат подвергают нанофильтрации при комнатной температуре также с коэффициентом концентрирования 4 через мембраны нанофильтрации Millipore Nanomax-50, в результате чего одновалентные ионы проходят через мембрану (удерживание NaCl<65%). Основной компонент пермеата (7,5 л), лактоза, остается при нанофильтрации в ретентате. При нанофильтрации соли удаляются из УФ-пермеата, то есть, лактозной части (2,5 л) и, следовательно, ретентат нанофильтрации приемлем для последующего применения в качестве фракции лактозы с низким содержанием натрия.
Пермеат нанофильтрации (7,5 л) концентрируют при комнатной температуре с использованием мембран обратного осмоса Nanomax-95 (Millipore) с коэффициентом концентрирования 10, в результате чего соли, удержанные нанопермеатом, концентрируются в остатке обратного осмоса (удерживание NaCl>94%). Полученный таким образом ОО-ретентат может быть использован при производстве не содержащего лактозу молока при восстановлении солей.
Смешивают 69,2 г остатка УФ-ретентата, 10,5 г ОО-ретентата и 20,3 г воды и добавляют 0,35 г НА-лактазы (Chr. Hansen A/S, Дания). Смеси дают гидролизоваться при 10°С в течение 24 час, и за это время содержание лактозы падает ниже 0,01%. В таблице 1 представлены составы остатка УФ и ОО-ретентата. Состав полученного продукта очень близок к обычному сепарированному молоку и по вкусу похож на вкус сепарированного молока, но в нем полностью отсутствует лактоза (содержание лактозы<0,01%).
| Таблица 1Получение не содержащего лактозу молока из стандартизованного молока и ОО-ретентата, полученного из УФ-пермеата молока | ||||
| Компонент | УФ-ретентат,k=1,5 | ОО-ретентат | Молоко, не содержащее лактозу | Сепарированное молоко |
| Всего белка, % | 4,79 | 0,34 | 3,35 | 3,3 |
| Полезный белок, % | 4,63 | 0 | 3,21 | 3,14 |
| NPN (х 6,38), % | 0,16 | 0,34 | 0,15 | 0,16 |
| Лактоза, % | 4,37 | 0,15 | <0,01 | 4,64 |
| Глюкоза + галактоза, % | 3,0 | |||
| Молочная кислота, % | 0,2 | не измерено | 0,2 | 0,2 |
| Жир, % | 2,22 | 0 | 1,5 | 1,5 |
| Зола, % | 0,91 | 1,52 | 0,79 | 0,79 |
| Сухое вещество, % | 12,49 | 1,90 | 8,84 | 10,39 |
Аналогичным способом может быть получено обезжиренное или, например, содержащее 3,5% жира, не содержащее лактозу молоко. В этом случае, соответственно, исходное молоко должно быть обезжирено или иметь содержание жира 3,5%.
Пример 2
Пастеризованное (72°С, 15 сек) молоко (30 литров), имеющее содержание жира 1,5%, подвергают ультрафильтрации при 50°С при отношении концентрирования 1,5 с использованием мембран GR61PP с порогом отсечения 20000 Да. Выделяют как полученный ретентат (20°л), так и полученный пермеат (10 л).
Вместо ОО-ретентата, полученного из УФ-пермеата молока, на сыроварнях берут концентрат (ОО-ретентат), изготовленный из пермеата нанофильтрации сыворотки, причем состав концентрата аналогичен составу ОО-ретентата, полученного из УФ-пермеата молока (таблицы 1 и 2).
Смешивают 69,2 г остатка УФ-ретентата, 10,5 г солевого концентрата и 20,3 г воды и добавляют 0,35 г НА-лактазы (Chr. Hansen A/S, Дания). Смеси дают гидролизоваться при 10°С в течение 24 час и за это время содержание лактозы падает ниже 0,01%. В таблице 2 представлены составы остатка УФ и ОО-ретентата. Состав полученного продукта очень близок к обычному сепарированному молоку и по вкусу похож на сепарированное молоко, но в нем полностью отсутствует лактоза (содержание лактозы<0,01%).
| Таблица 2Получение не содержащего лактозу молока из стандартизованного молока и ОО-ретентата, полученного при нанофильтрации сыворотки | ||||
| Компонент | УФ-ретентат, k=1,5 | ОО-ретентат | Молоко, не содержащее лактозу | Сепарированное молоко |
| Всего белка, % | 4,79 | 0,36 | 3,35 | 3,3 |
| Полезный белок, % | 4,63 | 0 | 3,21 | 3,14 |
| NPN (х 6,38), % | 0,16 | 0,36 | 0,15 | 0,16 |
| Лактоза, % | 4,37 | 0,13 | <0,01 | 4,64 |
| Глюкоза + галактоза, % | 3,0 | |||
| Молочная кислота, % | 0,2 | не измерено | 0,2 | 0,2 |
| Жир, % | 2,22 | 0 | 1,5 | 1,5 |
| Зола, % | 0,91 | 1,52 | 0,79 | 0,79 |
| Сухое вещество, % | 12,49 | 1,86 | 8,84 | 10,39 |
ОО-ретентат, полученный при нанофильтрации сыворотки, может быть использован при производстве не содержащего лактозу молока, как и ОО-ретентат, полученный из УФ-пермеата молока.
Пример 3
Молоко, полученное в соответствии с примером 1 или 2, также может быть высушено до порошка. Молоко пастеризуют при 75°С±3°С/3 мин и упаривают до содержания сухого вещества от 40 до 45%. Затем молоко подают на распылительную сушку. Сушку с помощью ламинарной сушилки (Filtermat) проводят при соответствующих значениях сушки для обычных порошков молока с гидролизованной лактозой.
Давление насадки - от 110 до 150 бар.
Температура воздуха в насадке - от 185 до 190°С.
Температура ламинарного воздуха - от 160 до 170°С.
Последующая сушка - от 120 до 130°С.
Охлаждение - от 20 до 25°С.
Температура выхода - от 60 до 65°С.
Желаемая влажность - 1,75%, максимальная - 2,3%.
Получение порошка особенно подходит для производства обезжиренного не содержащего лактозу молочного порошка, но также могут быть получены содержащие жир порошки.
Пример 4
Не содержащие лактозу молочные продукты в соответствии с примерами 1-3 могут быть использованы для дальнейшей переработки в обычные, но не содержащие лактозу продукты. Не содержащее лактозу молоко может быть использовано для производства не содержащих лактозу сливок путем доведения содержания жира до содержания жира соответствующего продукта перед гидролизом лактозы. Не содержащее лактозу молоко может быть аналогично использовано для получения простокваши путем добавления молочной закваски к молоку и скисания молока как при обычном производстве простокваши. Аналогично почти все возможные молочные продукты могут быть получены как не содержащие лактозу с помощью обычных технологий. При использовании не содержащего лактозу молока могут потребоваться незначительные изменения в параметрах производства различных продуктов.
Для специалиста в данной области очевидно, что в качестве технологических улучшений основная идея изобретения может быть усовершенствована различными путями. Изобретение и его варианты осуществления, таким образом, не ограничены представленными выше примерами, а могут меняться в пределах формулы изобретения.
1. Способ производства молочного продукта, не содержащего или, по существу, не содержащего лактозу, предусматривающий стадии
a) ультрафильтрации молока;
b) нанофильтрации УФ-пермеата, полученного при ультрафильтрации;
c) концентрирования НФ-пермеата, полученного на стадии b), обратным осмосом;
d) использования OO-ретентата, полученного на стадии с), в качестве соли, которую добавляют к УФ-ретентату.
e) гидролиза молочного продукта с помощью лактазы.
2. Способ по п.1, предусматривающий добавление другой соли к УФ-ретентату помимо 00-ретентата.
3. Способ по п.2, в котором указанная другая соль представляет собой соль молочной сыворотки.
4. Способ по п.1, в котором гидролиз осуществляют в течение 1-36 ч.
5. Способ по п.4, в котором гидролиз осуществляют при температуре от 5 до 70°С.
6. Способ по любому из пп.1-5, в котором молоко стандартизируют до желаемого содержания жира и пастеризуют перед ультрафильтрацией.
7. Способ по любому из пп.1-5, дополнительно предусматривающий регулирование содержания сухого вещества в молочном продукте путем добавления воды.
8. Способ по любому из пп.1-5, в котором
a) ультрафильтрацию молока проводят с коэффициентом концентрирования от 1 до 4;
b) нанофильтрацию УФ-пермеата, полученного при ультрафильтрации, проводят с коэффициентом концентрирования от 1 до 6;
c) концентрирование НФ-пермеата, полученного на стадии b) обратным осмосом проводят с коэффициентом концентрирования от 2 до 20.
www.freepatent.ru
Особо необходимо остановиться на получении творога с использованием ультрафильтрации. Ряд предприятий у нас в стране освоили этот метод, что позволило существенно снизить расход сырья и соответственно себестоимость готовой продукции. Такой творог отличается от традиционного структурой и более кремовой консистенцией. Его вкусовые качества намного лучше при одинаковом содержании жира. Такой творог можно использовать в качестве исходного сырья для производства масс, творожных сырков, плавленых сыров и пр., при этом их себестоимость будет значительно ниже /15/.
Сегодня применяют два способа производства УФ-творога. Первый - это ультрафильтрация молока с целью его концентрации с последующим сквашиванием. Получаемый сгусток практически не отдает влагу, содержание сухих веществ в нем изначально 18-20 %. Второй способ - это ультрафильтрация сквашенного сгустка.
Большое влияние на качество получаемого творога оказывает кислотность сгустка перед обработкой. Мы использовали УФ-творог для разный целей - как сырье для творожных масс, как основу для творожных десертов, как основу для производства изделий типа «Эксквиза», как основное сырье для выпечки творожных тортов и чизкейков.
Баромембранные методы позволяют манипулировать с исходным сырьем, добиваясь его стандартизации по белку, что облегчает ведение технологических процессов.
Творог, получаемый с помощью ба-ромембранных технологий, находит широкое применение в разных отраслях пищевой промышленности. Его используют в качестве сырья для творожного мороженого, творожных паст, кремов и т.п., в качестве начинок для различного рода кондитерских изделий, выработки аэрированных изделий - творожного зефира, суфле, воздушных творожков.
Более 100 лет фирма «ГЕА Вестфалия Сепаратор ГмбХ» занимается технологией механического разделения и является ведущей компанией в разработке и производстве центрифуг для пищевой промышленности. Для того чтобы расширить спектр своих услуг технологией мембранного разделения, «ГЕА Вестфалия Сепаратор ГмбХ» приобрела немецкую фирму «Мембрафлоу ГмбХ» в Эссингене (Южная Германия), являющуюся производителем керамических мембран микро- и ультрафильтрации, а также комплексных установок для различных отраслей промышленности /16/.
Мембраны из окисиалюминия с шириной пор от 5 до 1400 нм для различного применения изготовляются на современных производственных установках в Эссингене дорогостоящим способом. В последние годы фирма «Мембрафлоу» поставила и запустила в эксплуатацию в России и Беларуси ряд производственных линий для так называемого детского творога («Бебикварк»).
В многоступенчатой установке ультрафильтрации ферментированное подогретое молоко направляется методом поперечного потока через мембраны. При такой фильтрации продукт с очень высокой скоростью перемещается в поперечном направлении через полупроницаемую мембрану, а позади мембраны создается противодавление.
За счет этого в значительной степени предотвращается блокирование пор компонентами молока, такими как мицеллы казеина или капельки жира, когда сыворотка (в данном случае пермеат) проталкивается через мембрану. В каналах модулей молоко концентрируется до сухого вещества, составляющего от 20 до более 30 %. Образующийся при этом творог перекачивается в баки для продуктов, смешивается с добавками, охлаждается и расфасовывается.
Керамические модули ультрафильтрации отличаются большой устойчивостью к высоким температурам и колебаниям показателя рН, поддаются стерилизации и имеют во много раз больший срок службы по сравнению с полимерными мембранами.
После вхождения фирмы «Мембрафлоу» в состав фирмы «ГЕА Вестфалия Сепаратор ГмбХ» технологии получили дальнейшее развитие. Производство мембран остается в Эссингене, а конструкция и предварительная сборка комплексных установок производится опытным квалифицированным персоналом в современных производственных условиях на заводе в Оельде. Там же разрабатывается и изготавливается управление установками. «ГЕА Вестфалия Сепаратор ГмбХ» представила новые возможности для реализации продукции этого направления, используя испытанную, охватывающую весь мир сеть сбыта и сервиса.
Фирмой ООО «Фильтропор Групп» разработаны, изготавливаются на собственной машиностроительной базе и поставляются установки мембранные (ультрафильтрационные) марки «Водопад УТК» для получения творога методом ультрафильтрации творожного сгустка - калье (ТУ 5132-002-18566050-2007; Сертификат соответствия № РОСС RU.TM04.B00466 от 18.04.2007 г.; Санитарно-эпидемиологическое заключение № 77.99.05.513.Д.003845.04.07 от 05.04.2007 г.). Установки выпускаются на основе керамических мембранных элементов «Тами Дойчланд» (Германия), срок службы которых не менее 10 лет. Используются надежные японские, итальянские и испанские насосы и арматура, немецкая элементная база управления /17/.
Новые конструктивные решения позволили увеличить надежность и снизить капитальные и эксплуатационные затраты. Одно из существенных достоинств установок - обеспечение постоянного содержания сухих веществ в твороге вне зависимости от исходного содержания белка в исходном молоке.
Общая схема процесса:
1-й вариант: калье - промежуточный бак - термизация (выдержка при 55-60°С, 3мин) - ультрафильтрация - охлаждение - упаковка - доохлаждение в холодильной камере.
2-й вариант: калье - термизация (выдержка при 55-60°С, 3мин) - промежуточный бак - ультрафильтрация - охлаждение - упаковка - доохлаждение в холодильной камере.
Первый вариант предпочтительнее.
Конструкция установок позволяет получать творог с содержанием сухих веществ от 18 до 30 % при желаемом содержании жира.
Преимущества метода.
Повышение питательных свойств за счет сохранения сывороточных белков.
Увеличение выхода творога. На 1 кг творога с содержанием сухих веществ 18-20% расходуется 3-3,5л молока. Быстрая окупаемость. Высокая рентабельность.
Творог, изготовленный из сквашенного молока на основе ультрафильтрации, отличается от традиционного структурой и лучшими вкусовыми качествами за счет содержания в твороге сывороточных белков.
Возможность использования в качестве сырья сухого молока без дополнительных потерь и заметного ухудшения качества. При традиционном методе производства творога из восстановленного молока появляются дополнительные потери за счет повышенного образования казеиновой пыли в сыворотке. Ультрафильтрация сквашенного молока полностью исключает эту проблему, так как и казеиновая пыль, и сывороточные белки не проходят через мембрану, оставаясь в твороге.
Обеспечивается получение высокопитательного творога с регулируемым содержанием жира, гарантированным составом и увеличенным выходом для питания детей раннего возраста, больных и ослабленных людей, спортсменов, а также массового потребления.
Установка «водопад утк 24.5-3-84»: производительность - 350 кг творога в час, пущена в ОАО «Молочные продукты» (Гомель, Республика Беларусь).
Основной состав: промежуточный бак, питающий насос, фильтр грубой очистки, блок ультрафильтрационный, блок безразборной мойки и регенерации мембран, общая рама из нержавеющей стали, система автоматизации, комплект соединительных трубопроводов и арматуры.
Стоимость ультрафильтрационной установки зависит от содержания сухих веществ в получаемом твороге (чем выше содержание сухих веществ, тем дороже установка, так как больше поверхность мембран.) Стоимость охладителя творога также зависит от содержания сухих веществ: при 18-20% можно использовать охладитель труба в трубе, более 22% - охладитель пластинчатый скребкового типа.
При внедрении мембранных установок получения творога методом ультрафильтрации творожного сгустка (калье) марки «Водопад УТК» используется оборудование получения творожного сгустка, имеющееся на молочном заводе.
Творог, полученный из обезжиренного молока ультрафильтрацией творожного сгустка, приобретает большую популярность среди потребителей, несмотря на низкое содержание жира. Традиционные сорта обезжиренного творога всегда характеризовались так называемым «пустым вкусом» из-за низкого содержания жира. В случае получения творога ультрафильтрацией этот фактор практически исчезает.
studfiles.net
Разработаны и весьма успешно внедрены технологии, применения ультрафильтрационного сгущения молока, при производстве сыров.Согласно одной из таких технологий, обезжиренное молоко концентрируют ультрафильтрацией при температуре 4’С, до содержания в нем общего азота, равного его количеству в готовом сыре. Затем концентрат нормализуют сливками и вносят закваску, а после доведения рН смеси до 6,1 добавляют споры Penicillium candidum и сычужный фермент. Полученную смесь разливают в формы, где быстро образовывается сгусток. Через 30 мин после получения сгустка сыр вынимают из форм. Все последующие процессы технологии камамбера, аналогичны традиционным. Использование белков молока по методу ММВ повышается до 95 %, в то время как при традиционном — этот показатель составляет 79%. Повышение степени использования белков молока и выхода сыра происходит за счет устранения такого процесса, как отделение сыворотки, при котором из сгустка удаляют сывороточные белки. Однако было установлено, что концентрирование молока ультрафильтрацией до массовой доли сухих веществ, равной содержанию последних в конечном продукте (готовом сыре), не во всех случаях приемлемо. Это связано с тем, что органолептические показатели сыров, а в некоторых случаях и их физико-химические показатели (к примеру, домашнего сыра), не соответствуют требованиям, предъявляемым к традиционным изделиям. Получаемый в этом случае сыр имеет горький вкус, крошащуюся консистенцию и другие недостатки, что делает эти продукты непригодными к потреблению. Поэтому в каждом конкретном случае, в зависимости от вида сыра, а также технологических особенностей его изготовления, молоко необходимо концентрировать до такого значения фактора концентрации, который обеспечивает получение продукта с необходимыми органолептическими и физико-химическими показателями.Вместе с тем следует отметить, что установлено оптимальное значение фактора концентрации при производстве мягких и твердых сыров, выпускаемых в стране. Так, в случае производства мягких сыров оптимальное значение фактора концентрации молока составляет 3,5 — 4,5, что соответствует следующему составу ультрафильтрационных концентратов, %: белка — 10,5 — 13, лактозы — 4,5 — 5, минеральных солей до 1.При производстве твердых сыров исходное цельное молоко следует концентрировать до массовой доли сухих веществ 14 — 15 % (массовая доля белка 4 — 4,2 оно), а фактор концентрации не должен превышать 2. В случае более высоких значений фактора концентрации для обеспечения производства сыра с хорошими органолептическими показателями в обязательном порядке следует применять специальные технологические приемы — подкисление исходного сырья и диафильтрационную обработку молочно-белковых концентратов.Разработана технология домашнего сыра, предусматривающая ультрафильтрационное концентрирование обезжиренного молока, что в конечном итоге сокращает расход молока на 8 — 10 %, сычужного фермента, хлористого кальция, закваски — на 30 — 50 %, повышает производительность сырных ванн примерно в два раза, уменьшает потери в виде сырной пыли, а также способствует получению продукта с крупными и однородными размерами сырных зерен.Технологическое производство домашнего сыра из концентрата обезжиренного молока включает следующие операции:• Молоко• Очистка сепарирование• Обезжиренное молоко• Пастеризация (температура 64’С, выдерживание 15 — 30 мин)• УФ концентрирование (температура 50 ‘С, давление 0,25—0,45 МПа)• УФ концентрат обезжиренного молока (массовая доля белка 6%)• Пастеризация (температура 74 ‘С, выдерживание 15 — 20 с)• Охлаждение (температура 30 ‘С)• Заквашивание и сквашивание (сычужный фермент, закваска, хлористый кальций в дозах по ТУ 49 — 887 — 82 из расчета на количество концентрата)• Разрезание сгустка (рН 4,7 — 4,8, количество добавляемой воды 25 — 30%)• Обработка сгустка (конечная температура обваривания 44 — 46’С)• Внесение наполнителей по рецептуре (ТУ 49 887 — 82)• Расфасовка
Положительная сторона этой технологии — получение высококачественного продукта из любого исходного сырья (даже в случае низкого содержания в нем белка).При производстве костромского, российского и литовского сыров, установлено, что ультрафильтрационное концентрирование исходного сырья при производстве, экономически оправдано, поскольку увеличивается выход готовой продукции, производительность сырных ванн повышается на 30 — 35%, расход сычужного фермента снижается на 35 — 40 %.Согласно утвержденным изменениям к ТУ 49 — 1 202—72, при производстве литовского сыра, молоко концентрируют до достижения в нем массовой доли белка 4,5 — 5,5 %.Затем в пастеризованный концентрат вносят 0,2 — 0,4 % бактериальной закваски и оставляют на созревание при температуре 9-10 ‘С на 12—18 ч. Перед созреванием в концентрат добавляют 0,02-0,025 % хлористого кальция. Кислотность смеси перед свертыванием не должна превышать 25’Т. Свертывание смеси определяют при температуре 30 ‘С. Количество вносимого молокосвертывающего фермента устанавливают, исходя из продолжительности этого процесса 34 -37 мин. Сгусток разрезают на кубики размером 14 мм, и в течение 9—15 мин ведут постановку зерна до размера 8 — 10 мм. Затем удаляют 20 — 30% сыворотки и нагревают вторично до температуры 35-37 ‘С, в течение 10 — 12 мин. Продолжительность вымешивания после второго нагревания — 14-20 мин. К концу обслуживания зерна осуществляют частичный посол из расчета 200 — 300 г поваренной соли на 100 л молочной смеси. После этого формуют сыр из пласта с подпрессовкой в течение 15-20 мин. Полученный сыр выдерживают в рассоле 2 — 3 суток, затем обсушивают и направляют на созревание при температуре 12 — 14’С, относительной влажности воздуха 80 — 90 %, продолжительность которого 45 суток. Выход сыра по описанной выше технологии увеличивается на 2-5 %.Технология костромского и российского сыров, получаемых из концентрированного ультрафильтрацией молока, также имеет свои особенности. Исходное цельное молоко концентрируют до массовой доли сухих веществ 14 — 15 % (массовая доля белка 4 — 4,2%). Отличительная особенность производства костромского сыра — сокращение в среднем на 8 % времени обработки сырного зерна и исключение технологической операции по сливу 30 % сыворотки перед вторым нагреванием. Отдельные технологические параметры производства сыров из концентрата не отличаются от традиционной технологии.Следует отметить, что в зарубежных странах чаще всего используют ультрафильтрацию при производстве сыра чеддер.Так, предложен способ производства сыра чеддер с применением ультрафильтрации из цельного молока. Ультрафильтрации подвергается пастеризованное цельное молоко при температуре 25’С и давлении 7 атм. с помощью трубчатых ацетатцеллюлозных мембран с селективностью по белкам 95 и по лактозе 4 %. Молоко концентрируют два раза (до содержания сухих веществ 18-20 %). Полученный концентрат имеет следующий состав: жир — 7,60 %, белок — 7,01, лактоза-4,66 % и вода. Концентрат выдерживают при температуре 5’С в течение 16 ч, затем вновь пастеризуют, охлаждают до 30’С и используют для получения твердых сыров.При выработке сыра чеддер в концентрат молока при температуре 30’С добавляют одноштаммовую закваску Str. cremoris NCDO 1986, а через 20 мин — сычужный фермент в количестве 40% от рассчитанного по традиционной технологии. Через 30 мин после внесения фермента образовавшийся сгусток разрезают, а затем в течение 20 мин осторожно перемешивают без повышения температуры. В последующие 40 мин температуру сырного зерна в ванне постепенно доводят до 35’С, после чего процесс производства сыра повторяет традиционную технологию. Вкус, запах и консистенция сыра чеддер хорошие и не отличаются от соответствующих характеристик сыра, полученного обычным способом. Выход его не увеличивается, но на 50-60 % уменьшается расход сычужного фермента и повышается производительность сыроизготовителей.В Австралийской молочной исследовательской лаборатории цельное молоко, используемое на производство чеддера, предлагают концентрировать в 4,8 раза ультрафильтрацией. Из концентрата в лабораторных условиях получали сыр по традиционной технологии. За счет уменьшения количества выделившейся сыворотки (всего 10 % от первоначальной массы молока), содержащей 4 — 6,1 % белка и 2 — 6 % жира, снижались общие потери. Полученный сыр имел несколько повышенную влажность (в среднем 39,3 %), стандартное содержание жира и значительные отклонения по величине рН и содержанию лактозы и лактатов. Эти недостатки устраняются в случае использования диафильтрации. В некоторых случаях сыры, полученные в экспериментальных условиях, имеют структуру, консистенцию, запах и вкус, аналогичные для сыра чеддер, полученного по традиционной технологии.Сыр чеддер изготовляют также по технологии, предусматривающей внесение концентрата сывороточных белков, полученного ультрафильтрацией, с массовой долей белка 4,3 — 7,1, сухих веществ — 9,8 — 20,3 %. Добавление сывороточно-белкового концентрата в молоко способствует увеличению выхода сыра в среднем на 4 %, сокращает время образования сгустка и ускоряет процесс накопления молочной кислоты. Органолептические показатели такого сыра, аналогичны изготовленному из молока.
В США с использованием ультрафильтрации получен новый пищевой продукт, сходный по вкусовым качествам с голубым сыром, но не содержащий видимых мицелиев Penicillium roqucforti . Для этого пастеризованное обезжиренное молоко обрабатывают на мембранной установке, снабженной мембраной HFA-180, до массовой доли 45-50% сухих веществ. Затем в 100 г пастеризованных сливок с содержанием 40 % жира вносят 10 мг пищевой липазы из Aspergillus oryzal и 15 — 20 мг промышленного порошка плесневых спор Penicillium roqucforti. Полученную смесь перемешивают при 200 об/мин в течение 48 ч при температуре 20’С. При этом в сливки можно предварительно добавлять 0,1 % бактериальной закваски, состоящей из Str. lactis или Str. cremoria, с целью доведения их рН до 4,4 — 4,6. Затем 50 г этого вкусового концентрата смешивают с 25 г высушенного концентрата белка, 23 г воды, 2 г соли и нагревают до температуры 77’С в течение 3 мин, расфасовывают и охлаждают.Приготовленный таким образом сыр имеет хорошую консистенцию, беловатый цвет. Вкус и запах его близки к голубому сыру, но в отличие от последнего в нем не содержится видимый плесневый мицелий.Голубой сыр, изготовленный по новой технологии, имеет ряд преимуществ по сравнению с полученным с применением традиционной технологии голубого сыра, вкусовые свойства, интенсивность которых может регулироваться, развиваются относительно быстро, баланс вкусовых веществ оптимален, в сыре содержится меньше жира. Созревает такой сыр значительно быстрее по сравнению с натуральным.Сыр типа гауда с низким содержанием жира, вероятно, единственный полутвердый сыр, изготовляемый ультрафильтрацией в промышленном масштабе. Для обеспечения качества сыра используют обезжиренное молоко, которое фильтруют при 55 ’C.После диафильтрации и последующего концентрирования получают концентрат с содержанием 25,9% сухих веществ и 22,1% белка. Выпаривание при 50 — 60’С, дает возможность получить концентрат с 35,9 % сухих веществ и 30,7% белка. После добавления сливок 80%-ной жирности (масляный жир вызывает отклонения во вкусе) получают предсыр с 41,1 % сухих веществ, 27,2% протеинов и 8,8 % жира. Для того чтобы получить достаточно низкое рН и избежать кислого вкуса, содержание лактозы должно повышаться до 1,7 %. Из-за псевдопластического свойства подсыра охлаждение и добавление закваски, а также сычужного фермента осуществляется с помощью скребкового испарителя. Консистенция сыра очень маслянистая, так как неденатурированные сывороточные белки несут нейтральный заряд. По сравнению с денатурированными белками они не могут расщепляться сычужным ферментом и, следовательно, не способны продуцировать горькие пептиды.Дальнейшие исследования характера протеолиза в процессе созревания полутвердых сыров свидетельствуют о том, что сывороточные белки устойчивы к действию сычужного фермента и закваски. Сходный характер протеолиза альфа и бетта-казеина наблюдается как в сырах, полученных из концентрата, так и в сырах из цельного молока. Однако концентрация растворимых азотистых веществ оказалась ниже в сыре, приготовленном из концентрата, поскольку в нем содержалось много сывороточных белков. Благодаря лучшему использованию сывороточных белков выход полутвердых сыров значительно увеличивается.В настоящее время сыр фета — самый типичный сыр, изготавливаемый с применением ультра-фильтрации в промышленном масштабе, особенно в Дании. При его производстве не возникает проблемы предварительного подкисления и диафильтрации. Как правило, для сыра фета используют молоко, нормализованное по содержанию жира, концентрируемое при 50 — 55 ‘С до массовой доли 39,5 % сухих веществ, 16,4 % белка, 17,8 % жира. Фета, изготовленный из такого концентрата, имеет тесто без глазков (рисунка). Однако в некоторых странах отсутствие глазков в сыре снижает его потребительские свойства. Поэтому для получения сыра с характерным для него рисунком рекомендуется исходное молоко подсгущать до фактора концентрирования 3:1 и в дальнейшем изготовлять его по традиционной технологии. При таком способе нельзя значительно увеличить выход .готовой продукции, однако есть возможность снизить расход вспомогательных материалов и повысить производительность оборудования.В Греции сыр фета получают по другой технологии: ультрафильтрации подвергают не исходное молоко, а сыворотку из-под сыра фета. Полученный концентрат сывороточных белков, содержащий 18,5% сухих веществ, нагревают при температуре 80’С, в течение 10 мин, охлаждают до 30’С и смешивают с обычным молоком в соотношении 1: 2. После нормализации смеси (жира — 3,3 — 3,4, сухих веществ 12 %) сыр изготовляют обычным способом. Применение ультрафильтрации позволяет увеличить выход сыра на 11,8 — 13,2 %. Оптимальное количество концентрата сывороточных белков, которое можно добавлять в молоко, составляет 30 %. В этом случае сыр по своему качеству не отличается от сыра традиционной выработки.В Словении и Хорватии с целью уменьшения потерь жира и белка, снижения количества используемого сычужного фермента был разрабатан способ изготовления сыров из овечьего и коровьего молока, концентрированного ультрафильтрацией. Установлено, что использование концентрированного в 4—5 раз молока для производства рассольных сыров не влияет на развитие микроорганизмов, ускоряет образование сгустка и повышает коэффициент созревания. Выход сыра фета из коровьего молока увеличивается на 2,3 %, из овечьего — на 3,9 %, а сыра телеме — соответственно на 10,4 % и 8 %. Заметных изменений вкуса и запаха сыра, полученного из концентрированного молока, не наблюдается.В настоящее время, в научной и патентной литературе имеется много работ, посвященных производству сыров с использованием ультрафильтрационной обработки молочного сырья. Однако следует отметить, что многие из них носят исследовательский характер и не могут быть использованы как практические рекомендации. Вместе с тем следует отметить, что сыроделие является главной отраслью молочной промышленности, в которой применение мембранных методов дает наиболее существенные результаты, и поэтому работы по использованию ультрафильтрации в производстве твердых, полутвердых, мягких и свежих сыров имеют далеко идущее значение.
mil-co.ru
