Способ получения сухого сывороточного продукта
METHOD FOR PRODUCING DRY WHEY PRODUCT

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к способу получения сублимированных сывороточных продуктов и может быть использовано в производстве молочных безалкогольных продуктов питания на основе восстановленного после  сублимации пермеата (раствора лактозы) творожной сыворотки.
Уровень техники
Известен способ получения молочного десерта, включающий пастеризацию молочной смеси, содержащей стабилизатор, охлаждение до температуры заквашивания, внесение закваски, содержащей культуру ацидофильной палочки, сквашивание, взбивание во фризере в течение одного часа и дальнейшую сублимационную сушку с закаливанием продукта при температуре -27°С и сушке при начальной температуре вакуумирования -25°С, давлении 0,5 мм рт. ст. и окончании сушки при достижении температуры 40°С (патент РФ на изобретение № 2356232, кл. МПК A23C 23/00, опубл. 27.05.2009).
Недостатком известного способа является внесение стабилизатора, что уменьшает безопасность и биологическую ценность продукта.
0
Известен способ получения сухих молочных продуктов, включающий сгущение, сушку и охлаждение. При этом на стадии охлаждения при температуре 18-25С в сухие продукты добавляют глицин в количестве 0,04% мас. Изобретение позволяет увеличить срок хранения сухого молочного продукта до 27 месяцев в условиях неохлаждаемого помещения (патент РФ на изобретение № 2 266 659, кл. МПК A23C 9/16, A23C 9/18, опубл. 27.12.2005).
Недостатком известного способа является высокая цена и малая доступность готового продукта.
Наиболее близким по технической сущности является молочный продукт и способ его получения (патент РФ на изобретение № 2109456, кл. МПК A23C 23/00, опубл. 20.08.2013), который содержит сепарированное молоко, концентрированное ультрафильтрацией или микрофильтрацией до содержания 20 - 30 мас.% нежировых сухих веществ и до 15 мас.% жиров из расчета от массы продукта и лактозу. Лактозу вносят в количестве, соответствующем количеству сухого вещества в концентрате с последующим перемешиванием полученной смеси. Полученную смесь подвергают сушке распылением или методом сублимации.
Недостатком известного способа является недостаточная степень чистоты готового продукта, не позволяющая обеспечить необходимые органолептические свойства продукта: внешний вид, консистенция, цвет, и малая эффективность процесса сублимационной сушки.
Раскрытие изобретения
Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения сухого сывороточного продукта на основе фильтрата творожной сыворотки, полученного после ее фракционирования микрофильтрацией, ультрафильтрацией и концентрирования нанофильтрацией,  а также последующей его сублимационной сушкой, что приводит к наибольшей степени однородного цвета по всей массе высушенного продукта.
Технический результат, который может быть получен с помощью предлагаемого изобретения, сводится улучшению органолептических свойств в части внешнего вида и к повышению эффективности процесса сублимационной сушки готового продукта.
Указанный технический результат достигается с помощью способа получения сухого сывороточного продукта, включающего сбор творожной сыворотки, ее сепарирование, микрофильтрационную очистку, ультрафильтрацию с получением пермеата, его концентрирование нанофильтрацией до получения  массовой доли сухих веществ 20-22 мас.%, замораживание до -18÷-20°С, сублимационную сушку при давлении 0.0075 мм рт. ст., тепловую досушку при 30÷35°С, сбор в вакуумную упаковку, реализацию или хранение.
Осуществление изобретения
Сущность предложенного способа заключается в следующем.
Осуществляют сбор сыворотки, полученной при производстве нежирного творога. Далее ее сепарируют на центробежных сепараторах при температуре (30÷35)ºС в течение 15-20 мин для выделения молочного жира и казеиновой пыли. После этого, с целью снижения бактериальной обсеменённости и увеличения срока хранения, ее очищают методом микрофильтрации при температуре (25÷30)ºС  на баромембранной установке с применением полимерных мембран с размером пор 0,1 мкм продолжительностью 1,5- 2 часа. Очищенную сыворотку охлаждают до температуры около (4±2)ºС и при необходимости резервируют на хранение до 3 суток.
На следующем этапе очищенную после микрофильтрации сыворотку с целью получения пермеата фракционируют ультрафильтрацией при температуре (25÷30)ºС на баромембранной установке с применением полимерных мембран с размером пор 0,01 мкм продолжительностью 6,5 часов. Полученные пермеат и концентрат охлаждают до температуры около (4±2)ºС и при необходимости резервируют на хранение до 3 суток.
Далее, с целью интенсификации процесса сублимации и улучшения органолептических показателей готового сухого продукта, пермеат сыворотки концентрируют с применением нанофильтрационных полимерных мембран с размером пор 0,005 мкм при температуре (20÷25)ºС до получения сиропа с  массовой доли сухих веществ 20-22 мас.% продолжительностью до 6,5 часов. Дальнейшее увеличение массовой доли сухих веществ при её нанофильтрации ведет к повышению селективности и падению проницаемости мембран, что снижает эффективность технологического процесса.
Полученный сироп замораживают до температуры (-18÷-20)°С и направляют в шкаф сублимации с давлением  0.0075 мм рт. ст. После сублимации полученный сухой сироп пермеата подвергают тепловой досушке при температуре (30÷35)°С. Время процесса сублимационной сушки 23-24 часа. Готовый сухой сывороточный продукт собирают в вакуумную упаковку  и отправляют на реализацию или хранение.
В таблице 1 даны органолептические показатели сухого сывороточного продукта, которые были получены в сравнении с прототипом.
В таблице 2 даны основные физико-химические свойства сухого сывороточного продукта.
Определение органолептических показателей проводили визуально и органолептически при температуре сухого продукта  (22±2) °С; метод определения группы чистоты сухого сывороточного  продукта (содержание механических примесей) основан на фильтровании 250 (см. ГОСТ 29245-91 Консервы молочные. Методы определения физических и органолептических показателей восстановленного продукта через фильтр диаметром 30 мм и сравнении фильтра с эталоном); индекс растворимости определяли в соответствии ГОСТ Р ИСО 8156-2010 Молоко сухое и сухие молочные продукты. Определение индекса растворимости массовая доля влаги в исследуемом продукте была определена методом высушивания до постоянной массы; массовая долю белка определяли - методом Къельдаля.
Таблица 1. Органолептические показатели сухого сывороточного продукта в сравнении с прототипом
Таблица 2. Основные физико-химические свойства сухого сывороточного продукта
Примеры реализации
Пример 1
Осуществляют сбор сыворотки, полученной при производстве нежирного творога. Далее ее сепарируют на центробежных сепараторах при температуре 25 ºС в течение 10 мин для выделения молочного жира и казеиновой пыли. После этого ее очищают методом микрофильтрации на при температуре 20 ºС на баромембранной установке с применением полимерных мембран с размером пор 0,1 мкм продолжительностью до 2 часов. Далее очищенную после микрофильтрации сыворотку с целью получения пермеата фракционируют ультрафильтрацией при температуре 20ºС на баромембранной установке с применением полимерных мембран с размером пор 0,01 мкм продолжительностью 6,5 часов. Далее пермеат сыворотки концентрируют с применением нанофильтрационных полимерных мембран с размером пор 0,005 мкм при температуре 15ºС до получения сиропа с  массовой доли сухих веществ 16 мас.% продолжительностью 5,5 часов. Для получения сухого сывороточного продукта полученный сироп замораживают до -16°С и направляют в шкаф сублимации с давлением 0.0075 мм рт. ст. После сублимации полученный порошок подвергают тепловой досушке при температуре 25°С. Время процесса сублимационной сушки  27 часов.
Полученный сухой сывороточный продукт представляет свободно-пересыпающийся неоднородный кристаллический порошок кремового цвета. При определении индекса растворимости наблюдается выпадение осадка, что связано с недостаточной степенью концентрации  сухих веществ (16 мас.%) пермеата сыворотки, подаваемой в установку сублимационной сушки.
Пример 2
Осуществляют сбор сыворотки, полученной при производстве нежирного творога. Далее ее сепарируют на центробежных сепараторах при температуре 30ºС в течение 15 мин для выделения молочного жира и казеиновой пыли. После этого ее очищают методом микрофильтрации на при температуре 25ºС  на баромембранной установке с применением полимерных мембран с размером пор 0,1 мкм продолжительностью до 2 часов. Далее очищенную после микрофильтрации сыворотку с целью получения пермеата фракционируют ультрафильтрацией при температуре 25ºС на баромембранной установке с применением полимерных мембран с размером пор 0,01 мкм продолжительностью 6,5 часов. Далее пермеат сыворотки концентрируют с применением нанофильтрационных полимерных мембран с размером пор 0,005 мкм при температуре 20ºС до получения сиропа с  массовой доли сухих веществ 20 мас.% продолжительностью 6,5 часов. Для получения сухого сывороточного продукта полученный сироп замораживают до -18°С и направляют в шкаф сублимации с давлением  0.0075 мм рт. ст. После сублимации полученный порошок подвергают тепловой досушке при температуре 30°С. Время процесса сублимационной сушки  24 часа.
Полученный сухой сывороточный продукт представляет свободно-пересыпающийся однородный кристаллический порошок  светло-желтого цвета. При определении индекса растворимости выпадение осадка не наблюдается, что связано с большей концентрацией  сухих веществ (20 мас.%) пермеата сыворотки, подаваемой в установку сублимационной сушки.
Пример 3
Осуществляют сбор сыворотки, полученной при производстве нежирного творога. Далее ее сепарируют на центробежных сепараторах при температуре 35ºС в течение 20 мин для выделения молочного жира и казеиновой пыли. После этого ее очищают методом микрофильтрации на при температуре 30ºС  на баромембранной установке с применением полимерных мембран с размером пор 0,1 мкм продолжительностью до 2 часов. Далее очищенную после микрофильтрации сыворотку с целью получения пермеата фракционируют ультрафильтрацией при температуре 30ºС на баромембранной установке с применением полимерных мембран с размером пор 0,01 мкм продолжительностью 6,5 часов. Далее пермеат сыворотки концентрируют с применением нанофильтрационных полимерных мембран с размером пор 0,005 мкм при температуре 25ºС до получения сиропа с  массовой доли сухих веществ 22 мас.% продолжительностью 8 часов. Для получения сухого сывороточного продукта полученный сироп замораживают до -20°С и направляют в шкаф сублимации с давлением  0.0075 мм рт. ст. После сублимации полученный порошок подвергают тепловой досушке при температуре 35°С. Время процесса сублимационной сушки  23 часа.
Полученный сухой сывороточный продукт представляет свободно-пересыпающийся неоднородный кристаллический порошок  кремового цвета. При определении индекса растворимости выпадение осадка не наблюдается, что связано с большей концентрацией  сухих веществ (22 мас.%) пермеата сыворотки, подаваемой в установку сублимационной сушки.
Пример 4
Осуществляют сбор сыворотки, полученной при производстве нежирного творога. Далее ее сепарируют на центробежных сепараторах при температуре 40ºС в течение 25 мин для выделения молочного жира и казеиновой пыли. После этого ее очищают методом микрофильтрации на при температуре 35ºС  на баромембранной установке с применением полимерных мембран с размером пор 0,1 мкм продолжительностью до 2 часов. Далее очищенную после микрофильтрации сыворотку с целью получения пермеата фракционируют ультрафильтрацией при температуре 35ºС на баромембранной установке с применением полимерных мембран с размером пор 0,01 мкм продолжительностью 6,5 часов. Далее пермеат сыворотки концентрируют с применением нанофильтрационных полимерных мембран с размером пор 0,005 мкм при температуре 30ºС до получения сиропа с  массовой доли сухих веществ 24 мас.% продолжительностью 10 часов. Для получения сухого сывороточного продукта полученный сироп замораживают до -22°С и направляют в шкаф сублимации с давлением  0.0075 мм рт. ст. После сублимации полученный порошок подвергают тепловой досушке при температуре 40°С. Время процесса сублимационной сушки  22 часа.
Полученный сухой сывороточный продукт представляет свободно-пересыпающийся неоднородный кристаллический порошок  кремового цвета. При определении индекса растворимости выпадение осадка не наблюдается, что связано с большей концентрацией  сухих веществ (24 мас.%) пермеата сыворотки, подаваемой в установку сублимационной сушки.
Результаты влияния длительности концентрирования сыворотки нанофильтрацией, массовой доли сухих веществ на ускорение процесса сублимационной сушки приведены в таблице 4.
Наиболее оптимальным из рассмотренных примеров является 2й и 3й, так как в первом примере сухой сывороточный продукт не соответствует заданным требованиям по органолептическим показателям, и на процесс сублимации  затрачивается большее количество времени. В четвёртом примере процесс сублимации на час меньше чем во 2м и 3м примере, но продолжительность процесса нанофильтрации увеличивается на 2,5-3,5 часа, что приводит к повышению себестоимости готового сухого сывороточного продукта. Поэтому самым оптимальным является пермеат сыворотки, который концентрируют с применением нанофильтрационных полимерных мембран с размером пор 0,005 мкм при температуре (20÷25)ºС до получения сиропа с  массовой доли сухих веществ 20-22 мас.% продолжительностью 6,5 часов. Для получения сухого сывороточного продукта полученный сироп замораживают до -18÷-20°С и направляют в шкаф сублимации с давлением  0.0075 мм рт. ст. После сублимации полученный порошок подвергают тепловой досушке при температуре 30÷35°С. Время процесса сублимационной сушки  23-24 часа.
Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными технологическими решениями имеет следующие преимущества:
- улучшение органолептических свойств в части внешнего вида (таблица 1);
- повышение эффективности процесса сублимационной сушки готового продукта за счет уменьшения общего времени сушки (таблица 3-4);
- снижение уровня энергетических и экономических затрат.
Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения условию патентоспособности «новизна».
Сравнительный анализ показал, что в уровне техники не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного изобретения, а также не подтверждена известность влияния этих признаков на технический результат. Таким образом, заявленное техническое решение удовлетворяет условию патентоспособности «изобретательский уровень».