технология продуктов из вторичного молочного сырья

WwZwlG6CME8xhwYwY6H?B?H?D
hwWwgV7M;86xiwhwYEGEID?AE86
«ž®¦§¤§œ¡¸¨©§¬£«§›
¡ ›«§©¡°¦§œ§
¥§¤§°¦§œ§ª´©µ¸
kN;7DE;FEHE7?;
©¾ÃÇžƽǻ¹ÆÇÃÁÀ½¹ÆÁ׬оºÆdžžËǽÁоÊÃÁÅ
ǺӾ½ÁƾÆÁ¾ÅÈÇǺɹÀÇ»¹ÆÁ׻ǺĹÊËÁ˾ÎÆÇÄǼÁÁÊÔÉÕØ
ÁÈÉǽÌÃËÇ»¿Á»ÇËÆǼÇÈÉÇÁÊÎÇ¿½¾ÆÁػùоÊË»¾ÌоºÆǼÇ
ÈÇÊǺÁؽÄØÊË̽¾ÆËǻǺÌй×ÒÁÎÊØÈÇƹÈɹ»Ä¾ÆÁ×
„«¾ÎÆÇÄǼÁØÊÔÉÕØÁÈÉǽÌÃËÇ»¿Á»ÇËÆǼÇ
ÈÉÇÁÊÎÇ¿½¾ÆÁؔÊȾÏÁ¹ÄÕÆÇÊËÁ„«¾ÎÆÇÄǼÁØÅÇÄÇù
ÁÅÇÄÇÐÆÔÎÈÉǽÌÃËÇ»”
2011
Андрей Георгиевич Храмцов
Сергей Вячеславович Василисин
Светлана Андреевна Рябцева
Татьяна Сергеевна Воротникова
Технология продуктов из вторичного молочного сырья
Рецензенты:
Полянский К. К. — доктор технических наук, профессор, Воронежский государственный аграрный университет;
Нестеренко П. Г. — доктор технических наук, Заслуженный работник пищевой
индустрии РФ, НИИКИМ, г. Ставрополь.
œ¾Æ¾É¹ÄÕÆÔ½ÁɾÃËÇÉ
©ÌÃǻǽÁ˾ÄÕÈÉǾÃ˹
©¾½¹ÃËÇÉ
£ÇÅÈÕ×˾Éƹػ¾ÉÊËù
£ÇÉɾÃËÇÉÔ
ÁÀ¹ÂÆǺÄÇ¿ÃÁ
š¬¸ÉËÃÔ×Å
ª¢ËøÂƺ¸
 œË¼ÀŸ
¦¤¸ÈËÉƺ¸
œË¼ÀŸš¤¸ÂÆÉÀÁ
©¤¸ÃÀÂƺ¸
ББК 36.95
Т38
Технология продуктов из вторичного молочного сырья: Учебное пособие.
А. Г. Храмцов [и др.]. — СПб.: ГИОРД, 2009.
2011. — 424 с.: ил.
ISBN 978-5-98879-089-1
В учебном пособии обоснована необходимость и целесообразность промышленного использования вторичного молочного сырья. Приведены состав и свойства обезжиренного молока, пахты и молочной сыворотки. Кратко изложена технология производства основных групп продуктов и система управления их качеством. Показана возможность переработки молочного сырья по
законченному и замкнутому циклам с элементами маркетинга и экологического мониторинга.
Допущено Учебно-методическим объединением вузов России по образованию в области
технологии сырья и продуктов животного происхождения в качестве учебного пособия для
студентов, обучающихся по направлению 260300 «Технология сырья и продуктов животного
происхождения», для специальности 260303 — технология молока и молочных продуктов»; рекомендуется бакалаврам, магистрам по данному направлению, аспирантам, слушателям ФПК
и для дистанционного обучения; может быть полезно специалистам молочного дела всех форм
собственности, сельского хозяйства и пищевой промышленности.
*4#/978-5-98879-089-1
‚™œ®É¹ÅÏÇ»ª››¹ÊÁÄÁÊÁÆ
ª™©ØºÏ¾»¹«ª›ÇÉÇËÆÁÃÇ»¹
‚œ¡§©
11 Формат 70х100 1/32
Подписано в печать 29.01.09.
Бумага офсетная. Печать офсетная. Гарнитура Ньютон.
Усл. печ. л. 26,5. Тираж 700 экз. Заказ №
ООО «Издательство “ГИОРД”»
192148, Санкт-Петербург, а/я 8, тел. (812) 449-92-20
Отпечатано в типографии ООО «ИПК БИОНТ»
199026, Санкт-Петербург, Средний пр., д. 86
Введение
В условиях ограниченных ресурсов традиционного для отрасли молока-сырья
единственным, реальным источником производства «изумительной пищи, приготовленной самой природой» (по академику И. П. Павлову), является полное
и рациональное использование всех его составляющих компонентов. К сожалению, традиционная технология получения молочных продуктов исторически
сформировалась по принципу извлечения отдельных компонентов молока: отстой
(сепарирование) молочного жира — сливки, сметана, сливочное масло (жировые
продукты); коагуляция белков — творог, сыры (белково-жировые продукты) с получением в качестве нормальных побочных (промежуточных) продуктов в виде
обезжиренного молока, пахты и молочной сыворотки.
В соответствии с принятым в настоящее время термином (определением) эти
побочные продукты основного производства имеют обобщающее название —
вторичное молочное сырье (ВМС). ВМС характеризуется уникальным, сбалансированным природой, составом и свойствами, отличающимися от исходного молока-сырья. Объемы вторичного молочного сырья и его ценность заслуживают
внимания переработчиков. Поэтому вполне логичным представляется изучение
технологии продуктов из вторичного молочного сырья в программе подготовки
квалифицированных специалистов молочной промышленности. Учитывая важность и своевременность проблемы, учебно-методическое объединение (УМО)
в области сырья и продуктов животного происхождения рекомендовало создать
специальный (самостоятельный) курс по технологии продуктов из ВМС в качестве региональной составляющей содержания образования.
Исходя из вышеизложенного, нами создан обобщенный материал в качестве
учебного пособия по тематике данной дисциплины. При этом был использован
опыт формирования «Справочника технолога молочного производства. Технология и рецептуры. Том 5. Продукты из обезжиренного молока, пахты и молочной
сыворотки» (СПб.: ГИОРД, 2004. — 576 с.).
При подготовке рукописи в основу была положена типовая программа дисциплины «Технология молока и молочных продуктов» и рекомендации УМО по
дисциплине с предварительным названием «Технология продуктов из вторичного молочного сырья», а также рабочие программы ведущих вузов по подготовке
специалистов для молочной промышленности, любезно предоставленные в наше
распоряжение коллегами из профилирующих кафедр.
В качестве креативной (творческой) составляющей в учебном пособии введен новый раздел «Технология производных продуктов на основе компонентов вторичного
молочного сырья» как новое научное направление на уровне нанотехнологий био­
кластеров, реализованное на практике в виде гидролизатов казеина и лактулозы.
Технология продуктов из вторичного молочного сырья
Учебное пособие предназначено для реализации знание-ориентированной
технологии подготовки специалистов молочной промышленности, применительно к условиям рыночной экономики (альтернативные варианты), вступления
в ВТО (инновации, система ХАССП) и защиты окружающей среды (безотходные
технологии с законченным циклом).
В соответствии с новациями в области образования представляется логичным
возможность использования учебного пособия при подготовке бакалавров и магистров. Также учебное пособие может быть востребовано аспирантами, слушателями ФПК и для дистанционного обучения. Нам представляется, что материал учебного пособия будет полезен специалистам молочного дела — работникам
сельского хозяйства, профессионалам отрасли и торговли, а также инженераммеханикам, экономистам, экологам, ветеринарным и санитарным врачам, менеджерам и всем обучающимся нашей благородной профессии — производству
продуктов функционального питания, кормовых средств, технических полуфабрикатов, медицинских и ветеринарных препаратов нового поколения.
В целом авторы рассматривают материалы учебного пособия в качестве информационного обеспечения специалистов для решения задач по реализации
приоритетных Национальных проектов «Развитие АПК» и «Образование».
ХАССП в английской транскрипции HACCP — Hazard Analysis and Critical Control Point (Анализ рисков и критические
контрольные точки).
Глава 1
Виды, состав и свойства
вторичного молочного сырья
1.1. Общие сведения о вторичном молочном сырье
В процессе переработки молока на молочные продукты (сливки, сметану,
творог и творожные изделия, сыр, масло) по традиционной технологии получают нормальные побочные продукты — обезжиренное молоко, пахту и молочную
сыворотку. При выработке из молока 1 т масла получают до 20 т обезжиренного
молока и до 1,5 т пахты; при выработке 1 т сыра — до 10 т молочной сыворотки;
при выработке 1 т творога — до 8 т молочной сыворотки. Молочную сыворотку
получают также при производстве белковых концентратов из обезжиренного
молока по традиционной технологии или по технологии «Био-Тон» с использованием полисахаридов, а также ультрафильтрацией. В последнем случае получают бесказеиновую фазу (концентрат структурирующий пищевой — КСП) или
ультрафильтрат, которые по своему составу аналогичны молочной сыворотке.
В соответствии с ГОСТ Р 51917—2002 «Продукты молочные и молокосодержащие. Термины и определения» побочные продукты имеют обобщающий термин — вторичное молочное сырье. Ранее применявшийся термин «отходы»
неприемлем. Синонимами являются термины: молочное белково-углеводное
сырье, побочное или нежирное молочное сырье.
Обезжиренное молоко, пахта и молочная сыворотка, относящиеся к вторичным сырьевым ресурсам, должны использоваться полностью и рационально. Одновременно это позволяет решить ряд экологических проблем.
Проблема экологизации пищевых производств имеет два взаимосвязанных
аспекта. Первый из них заключается в организации рационального производства, обеспечивающего выпуск высококачественной, экологически безопасной продукции при минимизации расходов; второй — в организации рационального ресурсосберегающего производства, обеспечивающего охрану
окружающей среды, снижение антропогенной нагрузки, развитие эффективных систем очистки неиспользуемых отходов. При этом главным направлением экологизации производства является развитие мало- и безотходных ресурсосберегающих технологий, обеспечивающих соблюдение природоохранных
требований.
В процессе промышленной переработки молока в жировые (сливки, сметана, сливочное масло), белковые и белково-жировые (сыр, творог, казеин) продукты в обезжиренное молоко, пахту и молочную сыворотку переходит от 50 до
Технология продуктов из вторичного молочного сырья
75 % сухих веществ молока. Степень перехода основных компонентов молока во
вторичное сырье показана в табл. 1.1.
Та б л и ц а 1 . 1
Степень перехода основных компонентов молока во вторичное молочное сырье
Компоненты молока
(100 %)
Степень перехода, %
в обезжиренное молоко
в пахту
в молочную сыворотку
Молочный жир
1,4
14,0
5,5
Белок, всего
99,6
99,4
24,3
казеин
сывороточные белки
99,5
99,8
99,5
99,6
22,5
95,0
Лактоза
99,5
99,4
96,0
В т. ч.:
Минеральные соли
99,8
99,6
98,0
Сухое вещество
70,4
72,8
52,0
Обезжиренное молоко и пахта содержат практически весь белковый, углеводный и минеральный комплекс молока и до 15 % молочного жира. В молочную
сыворотку переходит углеводный комплекс, сывороточные белки и минеральные соли. Это следует учитывать при идентификации и при экспертизе вторичного молочного сырья.
Содержание отдельных компонентов во вторичном молочном сырье в сравнении с цельным молоком (среднестатистические данные) приведено в табл. 1.2.
Та б л и ц а 1 . 2
Содержание отдельных компонентов во вторичном молочном сырье, %
Цельное молоко
Обезжиренное
молоко
Молочный жир
3,7
Белки
3,3
Лактоза
Минеральные соли
Сухое вещество
Компоненты
Пахта
Молочная
сыворотка
0,05
0,5
0,2
3,3
3,3
0,9
4,8
4,8
4,7
4,8
0,7
0,7
0,7
0,6
12,5
8,8
9,1
6,5
Обезжиренное молоко и пахта являются белково-углеводным сырьем (50 %
в сухом веществе), а молочная сыворотка — углеводным (70 % в сухом веществе).
Основными и наиболее ценными компонентами вторичного молочного
сырья являются белки, липиды (молочный жир) и углеводы (лактоза). Кроме
основных компонентов в обезжиренное молоко, пахту и молочную сыворотку
переходят минеральные соли, небелковые азотистые соединения, витамины,
ферменты, гормоны, иммунные тела, органические кислоты, т. е. практически
все составные части сухого остатка молока и вода.
Белковые соединения обезжиренного молока и пахты представлены всеми
фракциями казеина и сывороточных белков и практически идентичны цельному молоку.
Глава 1
В молочной сыворотке содержатся некоторые фракции казеина, не свертываемые ферментами и кислотами (каппа-казеин и др.), и все фракции растворимых сывороточных белков —a-лактальбумин, b-лактоглобулин и иммуноглобулины. Следует подчеркнуть, что аминокислотный набор (пул) белков молочного
белково-углеводного сырья включает все незаменимые аминокислоты.
Небелковые азотистые соединения представлены свободными аминокислотами, мочевиной, мочевой и гиппуровой кислотами, креатином и пуриновыми основаниями, которые являются продуктами распада нуклеиновых кислот.
В молочной сыворотке спектр небелковых азотистых соединений более выражен, чем в обезжиренном молоке и пахте, что является результатом гидролиза
белков при производстве сыра и творога.
Липидный комплекс вторичного молочного сырья представлен, как и в молоке,
в основном молочным жиром. Специфичным является более высокая степень
дисперсности жировых шариков в этом виде сырья по сравнению с цельным молоком. В массе размер жировых шариков в молочном белково-углеводном сырье
составляет 0,5–1,0 мкм, что способствует более легкой усвояемости жира и ускоряет его липолиз особенно в пахте и молочной сыворотке. Кроме молочного
жира в обезжиренном молоке, молочной сыворотке и особенно пахте содержатся все другие фракции липидов молока, в том числе фосфатиды (лецитин, кефалин, сфингомиелин) и стерины (холестерин и эргостерин).
Углеводы вторичного молочного сырья представлены главным образом лактозой и продуктами ее гидролиза — глюкозой, галактозой. Имеются сведения
о присутствии пентоз (арабиноза) и лактулозы.
Минеральные вещества вторичного молочного сырья представлены органическими и неорганическими соединениями в виде солей в свободном и связанном состоянии, аналогично цельному молоку. Все минеральные вещества
подразделяются на макро- и микроэлементы. К макроэлементам вторичного
молочного сырья следует отнести кальций, магний, фосфор, калий, натрий и
хлор. В молочном сырье они находятся в виде катионов калия, натрия, кальция,
магния и анионов лимонной, фосфорной, молочной, соляной, серной и угольной кислот.
К микроэлементам вторичного молочного сырья можно отнести: железо,
медь, марганец, кобальт, йод, кремний, германий и др.
В молочной сыворотке минеральных солей несколько меньше, чем в обезжиренном молоке и пахте, так как некоторая часть солей переходит в основной
продукт (сыр, творог). В то же время необходимо учитывать введение некоторых
солей при переработке молока (хлористый кальций) и переход элементов с оборудования и трубопроводов.
Органические кислоты вторичного молочного сырья представлены в основном молочной, лимонной и нуклеиновой кислотами.
Содержание витаминов во вторичном молочном сырье (мг в 100 г) в сравнении с цельным молоком показано в табл. 1.3.
Следует отметить значительное снижение содержания жирорастворимых
витаминов во вторичном молочном сырье в сравнении с цельным молоком. Это
положение следует учитывать при переработке обезжиренного молока, пахты и
молочной сыворотки, обогащая продукты из них витаминами A, D, Е. В то же
время содержание пиридоксина (B6), холина и рибофлавина (B2) в молочной
Технология продуктов из вторичного молочного сырья
Та б л и ц а 1 . 3
Содержание витаминов во вторичном молочном сырье
Цельное молоко
Обезжиренное
молоко
Пахта
Молочная
сыворотка
Тиамин (B1)
0,45
0,35
0,36
0,37
Рибофлавин (В2)
1,50
1,80
2,00
2,00
Пиридоксин (B6)
0,33
1,50
1,60
1,30
Кобаламин (B12)
4,00
4,00
4,20
2,60
Аскорбиновая кислота (С)
1,50
2,30
2,70
4,70
Ретинол (А)
0,25
0,03
0,08
0,04
Токоферол (Е)
0,85
0,50
0,55
0,29
Биотин (Н)
56,00
0,01
0,01
0,01
Холин
313,00
328,00
466,00
662,00
Витамины
сыворотке превышает эти показатели в молоке, что обусловлено жизнедеятельностью молочнокислых бактерий и рассматривается как положительное
явление.
Ферменты вторичного молочного сырья, как и в молоке, относятся к группам
гидролаз, фосфорилаз, расщепления, катализа и окислительно-восстановительным, переноса и изомеризации. Причем в пахте, особенно от кислосливочного
масла, и молочной сыворотке ферментные системы более выражены, что необходимо учитывать при их хранении и переработке. Тепловая обработка обезжиренного молока, пахты и молочной сыворотки по принятым режимам пастеризации позволяет инактивировать ферменты.
Вода, являясь дисперсионной средой вторичного молочного сырья, по формам связи с сухим веществом (дисперсной фазой) несколько отличается от
цельного молока. Прежде всего, количество воды в этом виде молочного сырья
несколько больше, чем в цельном молоке. Кроме того, она связана с сухим веществом более энергоемко, что отражается на эффективности процессов удаления влаги (выпаривание, сушка).
Физико-химические свойства вторичного молочного сырья в сравнении
с цельным молоком приведены в табл. 1.4.
Та б л и ц а 1 . 4
Физико-химические свойства вторичного молочного сырья
Показатели
Цельное молоко
Обезжиренное
молоко
Пахта
Молочная
сыворотка
Титруемая кислотность, °Т
16–18
16–20
15–50
13–75
Активная кислотность (рН)
6,5–6,7
6,5–5,7
6,6–4,9
6,5–4,5
Структурно-механические характеристики вторичного молочного сырья в сравнении с цельным молоком приведены в табл. 1.5.
Глава 1
Та б л и ц а 1 . 5
Структурно-механические характеристики вторичного молочного сырья
Показатели
Плотность, кг/м3
Вязкость, Па · с (x10–3)
–3
Поверхностное натяжение, Н/м (x10 )
Цельное
молоко
Обезжиренное
молоко
Пахта
Молочная
сыворотка
1029
1030–1035
1030
1022–1027
1,8
1,71–1,75
1,65
1,55–1,65
49
53
40
52
Увеличение плотности обезжиренного молока и пахты в сравнении с цельным молоком вполне объяснимо удалением жира и этот показатель может использоваться для определения их натуральности. Уменьшение плотности сыворотки связано с удалением жира и белков. Поверхностное натяжение молочного
белково-углеводного сырья заметно отличается от воды (72 · 10–3 Н/м).
Пищевая ценность вторичного молочного сырья, как и молока, характеризуется высокой доброкачественностью (безвредностью), достаточной калорийностью, хорошей усвояемостью, оптимальным соотношением питательных
веществ, биологической и физиологической полноценностью. По органолептическим свойствам обезжиренное молоко и подсырная сыворотка могут быть
отнесены к категории удовлетворительных, пахта и творожная сыворотка — оптимальных.
Энергетическая ценность обезжиренного молока и пахты составляет 58, а молочной сыворотки — 36 % от цельного молока, что следует учитывать при организации промышленной переработки, рекламы и определении стоимости.
Усвояемость основных компонентов молочного белково-углеводного сырья
соответствует цельному молоку. За счет превалирования лактозы и сывороточных белков она превышает показатель 98 %.
Биологическая ценность вторичного молочного сырья, по меткому выражению
проф. К. С. Петровского, может быть охарактеризована формулой: «минимум калорий при максимуме биологической ценности». Это позволяет рассматривать
обезжиренное молоко, пахту, молочную сыворотку и продукты, полученные из
них, как биологически полноценные с диетическими и даже лечебными свойствами, обеспечивающими охрану внутренней среды организма. Именно поэтому
в ГОСТ Р 51917—2002 эти продукты отнесены к категории молочных и молокосодержащих.
Значительные объемы молочного белково-углеводного сырья и его достаточно высокая питательная ценность обусловливают необходимость полного его сбора и рационального использования. Отечественный и зарубежный
опыт показывает, что решение этой проблемы возможно только на основе организации промышленной переработки этого вида молочного сырья в пищевые продукты, кормовые полуфабрикаты, технические и медицинские препараты. На специализированных молочных предприятиях за рубежом, начиная
с 60-х годов XX столетия, стали появляться так называемые «цеха утилизации»,
где перерабатывались в сухие концентраты все вторичные ресурсы и даже отходы молочного дела. Следует отметить, что на малых предприятиях и в фермерских хозяйствах вторичное молочное сырье также должно быть полностью
и рационально использовано, в том числе для переработки, а не только для кормления животных.
Технология продуктов из вторичного молочного сырья
10
Известны три основных направления промышленной переработки обезжиренного молока, пахты и молочной сыворотки:
• полное использование всех компонентов сырья (напитки, сгущенные и сухие
продукты, ЗЦМ);
• раздельное использование компонентов сырья (извлечение молочного жира,
белков, лактозы);
• получение производных компонентов молочного сырья (гидролизаты казеина и сывороточных белков, глюкозо-галактозные сиропы, этиловый спирт,
лактулоза, лактитол и др.).
Промышленная переработка обезжиренного молока, пахты и молочной сыворотки позволяет реализовать принципы безотходной технологии, увеличить
ресурсы полноценных продуктов питания, повышать экономическую эффективность производства и исключить загрязнение окружающей среды. Маркетинг
готовой продукции дает заметную экономическую выгоду, примерно равную половине стоимости сырья. Безусловной составляющей организации промышленной переработки вторичного молочного сырья являются его состав, свойства и
ценность по каждому виду.
1.2. Обезжиренное молоко
Обезжиренное молоко получают при сепарировании цельного молока с целью извлечения молочного жира. Сливки, содержащие молочный жир, целенаправленно регулируют по количеству жира от 15 до 45 %. Массовая доля жира
в обезжиренном молоке не должна превышать 0,05 %. (Таким образом в действительности речь идет о мало- (низко-) жирном молоке. Однако в связи с общепринятыми в технической литературе и ГОСТах тут используется тривиальный
термин — обезжиренное молоко.) Этот показатель является важнейшей качественной характеристикой процесса сепарирования и эффективности производства. Масса обезжиренного молока, получаемая при сепарировании, зависит от
массовой доли жира в сливках. При выработке 1 кг сливок с различной массовой
долей жира из молока с массовой долей жира 3,6 % выход обезжиренного молока
составит:
Массовая доля жира в сливках, %
10
20
30
40
50
60
Расход молока с массовой долей жира
3,6 % на 1 кг сливок, кг
2,8
5,6
8,5
11,3
14,1
17,0
Выход обезжиренного молока, кг
1,8
4,6
7,5
10,3
13,1
16,0
Теоретический выход обезжиренного молока при сепарировании можно рассчитать по формуле (1.1):
М ом =
М цм ⋅ (Ж сл – Ж цм )
(Ж сл – Ж ом )
,
(1.1)
где Мом — масса получаемого обезжиренного молока, кг; Мцм — масса сепарируемого молока, кг; Жсл — массовая доля жира в сливках, %; Жцм — массовая доля
жира в сепарируемом молоке, %; Жом — массовая доля жира в обезжиренном молоке, %.