Способ получения сывороточного полуфабриката для производства молочных безалкогольных продуктов питания
METHOD FOR OBTAINING A SEMI-FINISHED WHEY PRODUCT FOR PRODUCTION OF DAIRY NON-ALCOHOLIC FOOD PRODUCTS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к способу получения сублимированных сывороточных полуфабрикатов 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.
Известен 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.
Известен способ получения сывороточного концентрата (патент РФ на изобретение № 2187939, кл. МПК A23C 21/00, A23C 9/20, опубл. 27.08.2002), который включает сбор подсырной сыворотки, ее осветление, пастеризацию, предварительное сгущение, очистку предварительно сгущенной сыворотки, электродиализ, ультрафильтрацию до массовой доли сухих веществ в концентрате 13,5-14,0%, сгущение полученного концентрата, его пастеризацию, кристаллизацию лактозы при охлаждении концентрата до температуры (10-12)° С в течение 5-6 ч и сушку. Недостатком известного способа является низкое качество полученного продукта из-за использования выпарной установки для получения готового концентрата.
Наиболее близким по технической сущности является способ получения сухого сывороточного продукта, включающий сбор творожной сыворотки, сепарирование при температуре (30÷35)ºС в течение 15-20 мин, ее микрофильтрационную очистку при температуре (25÷30)ºС продолжительностью до 2 часов, фракционирование ультрафильтрацией при температуре (25÷30)ºС продолжительностью 6,5 часов с получением пермеата, концентрирование полученного после ультрафильтрации сыворотки пермеата методом нанофильтрации при температуре (20÷25)ºС продолжительностью 6,5 часов до содержания сухих веществ 20-22%, замораживание до температуры (-18÷-20) °С, сублимационную сушку  с давлением  0.0075 мм рт. ст., тепловую досушку при температуре (30÷35)°С, при этом время сублимационной сушки 23-24 часа (патент РФ на изобретение № 2717971, кл. МПК A23C 21/00, A23C 9/142, A23C 1/08, опубл. 27.03.2020).
Недостатком известного способа является недостаточная степень чистоты готового продукта, не позволяющая обеспечить необходимые органолептические свойства продукта: внешний вид, консистенция, цвет и малая эффективность технологических процессов баромембранного фракционирования (микрофильтрация, ультрафильтрация и нанофильтрация) и сублимационной сушки, приводящая к увеличению времени на получение готового продукта и росту эксплуатационных затрат.
Раскрытие изобретения
Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения сывороточного полуфабриката на основе фильтрата творожной сыворотки, полученного ультрафильтрацией после ее осветления комплексообразованием, что приводит к наибольшей степени однородного цвета по всей массе высушенного продукта и снижению времени на получение готового продукта.
Технический результат, который может быть получен с помощью предлагаемого изобретения, сводится повышению пищевой и биологической ценности за счет обогащения сывороточного полуфабриката витаминным комплексом, улучшению органолептических свойств в части внешнего вида, повышению эффективности технологических процессов и снижению общего времени на получение готового полуфабриката.
Указанный технический результат достигается с помощью способа получения сывороточного полуфабриката, включающего следующие этапы: сбор творожной сыворотки, ее сепарирование на центробежных сепараторах при температуре 30-35ºС в течение 15-20 мин; пастеризацию нагреванием до 60-65°С с выдержкой 0,2-0,3 мин; осветление творожной сыворотки в течение 8-10 мин при температуре 20-24°С комплексообразованием до выпадения белкового осадка путем добавления в нее жидкого экстракта полисахаридов в количестве 20-30 г на 100 г исходной сыворотки; получение пермеата на ультрафильтрационной установке на мембранах с размерами пор 0,014 мкм продолжительностью 2,0-2,5 часа; его концентрирование нанофильтрацией с применением нанофильтрационных мембран с размером пор 0,005 мкм до получения массовой доли сухих веществ 24-26 мас.% продолжительностью 3,0-3,5 часа; замораживание до -18÷-20°С; сублимационную сушку при давлении 5 Па и тепловую досушку при 25÷30°С.
В качестве жидкого экстракта полисахаридов может быть использован сок корней солодки, очищенный путем фильтрации или его концентрат.
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, для снижения бактериальной обсеменённости и увеличения срока хранения, ее пастеризуют нагреванием при невысоких температурных режимах, свойственных пастеризации, до 60-65 ºC с кратковременной выдержкой с целью сохранения ценных компонентов 0,2-0,3 мин, и охлаждают до 6-8 ºC. Далее творожную сыворотку осветляют в течение 8-10 мин при температуре 20-24°С комплексообразованием до выпадения белкового осадка путем добавления в нее жидкого экстракта полисахаридов в количестве 20-30 г на 100 г исходной сыворотки, что позволяет интенсифицировать процесс получения пермеата на ультрафильтрационной установке, использовать мембраны с большими размерами пор и обогатить состав пермеата витаминным комплексом. В качестве жидкого экстракта полисахаридов может быть использован сок корней солодки, очищенный путем фильтрации или его концентрат. В таблице 1 дан физико-химический и витаминный состав сока корней солодки в мг % к массе сухого вещества, полученный методом мембранной фильтрации.
Таблица 1. Витаминный состав сока корней солодки в мг % к массе сухого вещества.
Массовая доля сухих веществ, %
10,2-10,7
Полисахариды (Пектины), %
9,3-9,6
Минеральные вещества
0,8-0,9
Органические кислоты, %
0,1-0,2
Кислотность (титруемая), ºТ
5-6
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
1045-1047
Витамины, мг %
В1, В2, В5, В6
6,6-10,6
С
100,2-110,2
Далее осветленную сыворотку охлаждают до температуры около (5±2)ºС и при необходимости резервируют на хранение до 3 суток.
На следующем этапе осветленную после комплексообразования творожную сыворотку с целью получения пермеата фракционируют ультрафильтрацией при температуре (15÷20)ºС на баромембранной установке с применением полимерных мембран с размером пор 0,014 мкм продолжительностью до 2,0-2,5 часов. Полученные пермеат и концентрат охлаждают до температуры около (5±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 (15÷20)ºС до получения сиропа с массовой долей сухих веществ 24-26 мас.% продолжительностью до 3,0-3,5 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  5 Па. После сублимации полученный сухой сироп пермеата подвергают тепловой досушке при температуре (25÷30)°С. Время процесса сублимационной сушки 18-18,5 часов. Готовый сухой сывороточный продукт собирают в вакуумную упаковку и отправляют на реализацию или хранение.
В таблице 2 даны органолептические показатели сывороточного продукта, которые были получены в сравнении с прототипом.
В таблице 3 даны основные физико-химические свойства сухого сывороточного продукта.
Определение органолептических показателей проводили визуально и органолептически при температуре полуфабриката (22±2) °С; метод определения группы чистоты сывороточного полуфабриката (содержание механических примесей) основан на фильтровании 250 (см. ГОСТ 29245-91 Консервы молочные. Методы определения физических и органолептических показателей восстановленного полуфабриката 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 полуфабрикате была определена методом высушивания до постоянной массы; массовая долю белка определяли - методом Къельдаля.
Таблица 2. Органолептические показатели сывороточного полуфабриката в сравнении с прототипом
Сывороточный полуфабрикат
Прототип
Внешний вид
Чистый, без посторонних примесей, сухой, не липкий
Свободно-пересыпающийся кристаллический порошок
Цвет
Белый, с блеском
Светло-желтый, однородный по всей массе
Вкус и запах
Сладкий, без посторонних привкусов
Слегка сладковатый, без запаха
Общая оценка
4,8
4,5
Таблица 3. Основные физико-химические свойства сухого сывороточного полуфабриката в сравнении с прототипом
Параметры
Сывороточный полуфабрикат
Прототип
Массовая доля влаги, %, не более
1,0
4,0
Массовая доля белка, %, не более
0,5
0,5
Витамины, мг на 100 г продукта
250
-
Индекс растворимости, см<sup>3</sup>,сырого осадка, не более
Отсутствие осадка
Отсутствие осадка
Группа чистоты, не ниже
I
I
Таблица 4. Параметры процесса сублимационной сушки получения готового продукта в сравнении с прототипом
Параметры
Сывороточный полуфабрикат
Прототип
Давление, мм. рт. ст.
5
10
Температура тепловой досушки, ̊ С
25-30
30-35
Общее время сублимационной сушки, час
18,0-18,5
23-24
Общее время на получение готового продукта, час
23,8-24,3
38,2-39,2
Примеры реализации
Пример 1
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 ее пастеризуют нагреванием до 60-65 ºC с выдержкой 0,2-0,3 мин и охлаждают до 6-8 ºC. Далее творожную сыворотку осветляют в течение 8-10 мин при температуре 20-24°С комплексообразованием до выпадения белкового осадка путем добавления в нее сока корней солодки в количестве 10 г на 100 г исходной сыворотки. На следующем этапе осветленную творожную сыворотку с целью получения пермеата фракционируют ультрафильтрацией при температуре (15÷20)ºС на баромембранной установке с применением полимерных мембран с размером пор 0,014 мкм продолжительностью 1,8-2,3 часа. Далее пермеат сыворотки концентрируют с применением нанофильтрационных полимерных мембран с размером пор 0,005 мкм при температуре (15÷20)ºС до получения сиропа с массовой долей сухих веществ 20 мас.% продолжительностью 3,0-3,5 часа. Для получения готового сывороточного полуфабриката полученный сироп замораживают до температуры (-18÷-20)°С и направляют в шкаф сублимации с давлением 5 Па. После сублимации полученный сублимированный полуфабрикат подвергают тепловой досушке при температуре (25÷30)°С. Время процесса сублимационной сушки 20,0 часов.
Готовый сывороточный полуфабрикат представляет пересыпающийся неоднородный кристаллический порошок кремового цвета с небольшой липкостью. При определении индекса растворимости наблюдается выпадение осадка, что связано с недостаточной степенью концентрации сухих веществ (20 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 (30÷35)ºС в течение 15-20 мин для выделения молочного жира и казеиновой пыли. После этого ее пастеризуют нагреванием до 60-65 ºC с выдержкой 0,2-0,3 мин и охлаждают до 6-8 ºC. Далее творожную сыворотку осветляют в течение 8-10 мин при температуре 20-24°С комплексообразованием до выпадения белкового осадка путем добавления в нее сока корней солодки в количестве 20 г на 100 г исходной сыворотки.  На следующем этапе осветленную творожную сыворотку с целью получения пермеата фракционируют ультрафильтрацией при температуре (15÷20)ºС на баромембранной установке с применением полимерных мембран с размером пор 0,014 мкм продолжительностью 2,0-2,5 часа. Далее пермеат сыворотки концентрируют с применением нанофильтрационных полимерных мембран с размером пор 0,005 мкм при температуре (15÷20)ºС до получения сиропа с массовой долей сухих веществ 24 мас.% продолжительностью до 3,0-3,5 часа. Для получения готового сывороточного полуфабриката полученный сироп замораживают до температуры (-18÷-20)°С и направляют в шкаф сублимации с давлением 5 Па. После сублимации полученный сублимированный полуфабрикат подвергают тепловой досушке при температуре (25÷30)°С. Время процесса сублимационной сушки 18,5 часов.
Готовый сывороточный полуфабрикат представляет свободно-пересыпающийся неоднородный кристаллический порошок кремового цвета. При определении индекса растворимости выпадение осадка не наблюдается.
Пример 3
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 ее пастеризуют нагреванием до 60-65 ºC с выдержкой 0,2-0,3 мин и охлаждают до 6-8 ºC. Далее творожную сыворотку осветляют в течение 8-10 мин при температуре 20-24°С комплексообразованием до выпадения белкового осадка путем добавления в нее сока корней солодки в количестве 30 г на 100 г исходной сыворотки. На следующем этапе осветленную творожную сыворотку с целью получения пермеата фракционируют ультрафильтрацией при температуре (15÷20)ºС на баромембранной установке с применением полимерных мембран с размером пор 0,014 мкм продолжительностью 2,0-2,5 часа. Далее пермеат сыворотки концентрируют с применением нанофильтрационных полимерных мембран с размером пор 0,005 мкм при температуре (15÷20)ºС до получения сиропа с массовой долей сухих веществ 26 мас.% продолжительностью 3,0-3,5 часа. Для получения готового сывороточного полуфабриката полученный сироп замораживают до температуры (-18÷-20)°С и направляют в шкаф сублимации с давлением 5 Па. После сублимации полученный сублимированный полуфабрикат подвергают тепловой досушке при температуре (25÷30)°С. Время процесса сублимационной сушки 18,0 часов.
Готовый сывороточный полуфабрикат представляет свободно-пересыпающийся неоднородный кристаллический порошок кремового цвета. При определении индекса растворимости выпадение осадка не наблюдается.
Пример 4
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 ее пастеризуют нагреванием до 60-65 ºC с выдержкой 0,2-0,3 мин и охлаждают до 6-8 ºC. Далее творожную сыворотку осветляют в течение 8-10 мин при температуре 20-24°С комплексообразованием до выпадения белкового осадка путем добавления в нее сока корней солодки в количестве 40 г на 100 г исходной сыворотки. На следующем этапе творожную сыворотку с целью получения пермеата фракционируют ультрафильтрацией при температуре (15÷20)ºС на баромембранной установке с применением полимерных мембран с размером пор 0,014 мкм продолжительностью 3,0-3,5 часа. Далее пермеат сыворотки концентрируют с применением нанофильтрационных полимерных мембран с размером пор 0,005 мкм при температуре (15÷20)ºС до получения сиропа с  массовой долей сухих веществ 27 мас.% продолжительностью 3,0 часа. Для получения готового сывороточного полуфабриката полученный сироп замораживают до температуры (-18÷-20)°С и направляют в шкаф сублимации с давлением 5 Па. После сублимации полученный сублимированный полуфабрикат подвергают тепловой досушке при температуре (25÷30)°С. Время процесса сублимационной сушки 18,0 часов.
Готовый сывороточный полуфабрикат представляет свободно-пересыпающийся неоднородный кристаллический порошок кремового цвета. При определении индекса растворимости выпадение осадка не наблюдается.
Таблица 5 – Результаты влияния технологических процессов (осветление комплексообразованием, продолжительность процессов получения пермеата творожной сыворотки ультрафильтрацией и концентрирования сыворотки нанофильтрацией, массовой доли сухих веществ) на время сублимационной сушки концентрированного пермеата и общее время получения готового сывороточного полуфабриката.
Осветление комплексообразованием, отношение сока корней солодки к творожной сыворотке
Продолжительность процесса получения пермеата творожной сыворотки ультрафильтрацией, час
Продолжительность концентрирования сыворотки нанофильтрацией, час
Массовая доля сухих веществ, %
Продолжительность сублимационной сушки, час
Общая продолжительность получения сывороточного концентрата, час*
10/100
1,8-2,3
3,0-3,5
18,0
20,0
25,8
20/100
2,0-2,5
3,0-3,5
23,0
18,5
24,3
30/100
2,0-2,5
3,0-3,5
25,0
18,0
23,8
40/100
3,0-3,5
3,0-3,5
25,0
18,0
23,8
* С учетом продолжительности технологических операций: сепарация – 0,2 часа, пастеризация – 0,03 часа, комплексообразование – 0,1 часа.
Наиболее оптимальным из рассмотренных примеров является 2-й и 3-й, так как в первом примере сывороточный полуфабрикат не соответствует заданным требованиям по органолептическим показателям, и на процесс сублимации затрачивается большее количество времени. В четвёртом примере процесс сублимации на 0,5 часа меньше чем во 2-м и равен по времени с 3-м примером, но продолжительность процесса получения пермеата творожной сыворотки ультрафильтрацией увеличивается на 1,0-1,5 часа, что приводит к повышению себестоимости готового сывороточного полуфабриката. Поэтому самым оптимальным является сывороточный полуфабрикат из пермеата творожной сыворотки, которую осветляют в течение 8-10 мин при температуре 20-24°С комплексообразованием до выпадения белкового осадка путем добавления в нее жидкого экстракта полисахаридов в количестве 20-30 г на 100 г исходной сыворотки, получением ее пермеата ультрафильтрацией (15÷20)ºС продолжительностью 2,0-2,5 часа, концентрированием пермеата нанофильтрацией при температуре (15÷20)ºС до получения сиропа с массовой долей сухих веществ 24-26 мас.% продолжительностью 3,0-3,5 часа. Для получения готового сывороточного полуфабриката полученный сироп замораживают до температуры (-18÷-20)°С и направляют в шкаф сублимации с давлением 5 Па. После сублимации полученный сублимированный полуфабрикат подвергают тепловой досушке при температуре (25÷30)°С. Время процесса сублимационной сушки 18,0-18,5 часов.
Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными технологическими решениями имеет следующие преимущества:
- повышение пищевой и биологической ценности полуфабриката, за счет обогащения сывороточного полуфабриката жидким экстрактом полисахаридов (например, витаминным комплексом экстракта солодки) (таблица 2);
- улучшение органолептических свойств в части внешнего вида (таблица 3);
- повышение эффективности технологических процессов, снижение общего времени на получение готового полуфабриката и обогащение витаминным комплексом экстракта солодки (таблица 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».