Теоретические предпосылки и практическая возможность криоконцентрирования вторичных сырьевых ресурсов молочной промышленности

сырной массы Кавказ до 87%, а при производстве сгущенной сыворотки — до 86%.

Внедрение предлагаемой технологии раскисления творожной сыворотки дает возможность, с одной стороны, уменьшить потери молочной сыворотки на 70%, с другой — использовать ее в полезных для человека целях. Кроме того, это существенно улучшит экологическую обстановку на предприятиях молочной промышленности и в окружающей среде.

На втором этапе работы изучена возможность применения катодной фракции ЭЛА-воды в технологии лактулозы.

В результате исследований предложен способ получения сиропа лактулозы, подтвержденный патентом РФ [Ц, который заключается в следующем. Готовят водный щелочной раствор лактозы с концентрацией 1-5%. При этом в качестве щелочного реагента используют католит ЭЛА-вош с pH 10,5— 12,5.

При растворении лактозы в католите и нагревании полученного раствора протекает реакция изомеризации лактозы в лактулозу. Установлено, что наибольшая степень и'омеризации достигается при невысоких концентрациях лактозы 1-5%.

Процесс изомеризации проводят при температуре 70-100°С. Его контролируют по изменению показателя удельного вращения плоскости поляризации, так как вначале удельное вращение раствора снижается, что свидетельствует о накоплении лактулозы, а затем этот показатель стабилизируется, что указывает на прекращение процесса изомеризации. Установлено, что при повышении концентрации лактозы в щелочных растворах выше 5% степень изомеризации снижается. Это явление объясняется слабыми щелочными свойствами ка-толита ЗЛЛ-воды и недостатком щелочных ионов для изомеризации больших количеств лактозы.

Нижний предел температуры обусловлен возможностью использовать католит сразу после получения в процессе электролиза без дополнительного подогрева, так как в этом случае вода нагревается до 70-75°С. В то же время эта температура является достаточной для образования лактулозы.

Изомеризация протекает эффективней при нагревании раствора до более высоких температур — выше 100°С. Но для этого требуется специальное оборудование, обеспечивающее проведение реакции под давлением, поэтому более высокие температуры использовать нецелесообразно.

Изомеризованный раствор сгущают, проводят отделение лактозы кристаллизацией. В результате получают сироп, содержащий в основном лактулозу, а также лактозу, галактозу и незначительное количество моносахаров. Выделенная кристаллическая лактоза может быть использована в повторном цикле, что обеспечивает безотходность технологии.

Предложенный способ позволяет исключить расход химических реагентов, операцию деминерализации раствора, что упрощает и ускоряет процесс и позволяет обеспечить достаточную чистоту готового продукта.

Таким образом, технологии с применением электрофизических методов обработки молочного сырья делают возможным развитие нового для пищевых производств направления — проектирования состава и качественных показателей продукции согласно ее целевому назначению. Это ставит во взаимное соответствие цели и задачи создания пищевых продуктов и позволяет по-новому подойти к непосредственному процессу их производства. Появляется возможность получить продукцию более высокого качества, сократить потери массы сырья, повысить сохранность его биологической и пищевой ценности, увеличить срок хранения и, в конечном счете, повысить эффективность производства, обеспечить экологическую безопасность всех его звеньев.

ЛИТЕРАТУРА

1. Пат. 2092563 РФ, МКИ6 13/00 5/00. Способ получения

сиропа лактулозы / А.Г. Храмцов, С.А. Рябцева, И.А.

Евдокимов и др. — Опубл. в Б.И. — 1997. — № 28.

Кафедра технологии молока и молочных продуктов

Поступила 20.02.98

637.13.004.8:66.069.94

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ И ПРАКТИЧЕСКАЯ ВОЗМОЖНОСТЬ КРИОКОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ВТОРИЧНЫХ СЫРЬЕВЫХ РЕСУРСОВ МОЛОЧНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

А.Г. ХРАМЦОВ, А.И. КАЗНАЧЕЕВ, Н.М. ПАНОВА

Ставропольский государственный технический университет

Основным промышленным способом концентрации пищевого сырья является выпаривание. Из-за термолабильности белковых и ряда других веществ сгущение осуществляют под вакуумом, при пониженной температуре кипения. Однако полностью исключить отрицательное влияние теплового воздействия на молочное белково-углеводное сырье не удается. Так, вакуум-выпаривание молочной сыворотки сопровождается необратимой денатурацией всех фракций сывороточных белков. В результате длительной обработки молочной сыворотки в ваку-ум-аппарате частичная коагуляция сывороточных

белков сопровождается образованием сложных белково-минеральных комплексов. В сыворотке появляется хлопьевидный осадок, процесс накопления которого зависит от степени сгущения и имеет экспоненциальный характер. Длительное тепловое воздействие и увеличение кислотности в процессе сгущения может сопровождаться частичным гидролизом лактозы. При гидролизе лактозы в этом случае образуется ряд органических кислот: молочная, муравьиная, пропионовая, пировиноградная и другие, что снижает качество готового продукта. Кроме того, при выпаривании 30% воды уходят почти все ароматические вещества [1-3].

В связи с изложенным особого внимания заслуживает сгущение методом криоконцентрирования. Метод основан на явлении, что температура замер-

зания і зания ' При образу] ции), Ї (этап с На п пе кри pacтвof трации Про] процесс СВ в 2-ке, где II — ле и раств ра; Я0 -раствор эвтекти

/

іі~

ч-

к

При р охлажде небреж? ция расі отвод те

НИЖЄНИІ

ем раств нии (об жидкого температ изотерм] тическоі разделен Проце ся увели но, непрі зания ра При с молочної

ЛОЧНЫХ I КОМПОНЄ]

жением' значител с возраст трацией, го вещее этой при щихся В й степенью

КОВО ВЛИ!

Присутст:

шгре-

№ -пьное реак-емпе-

водят

ыате

:туло-

пьное

алли-

1ВТ0р-

ехно-

ьрас-

рали-

оцесс

гото-

нием зного для тиро-одук-гавит [алия одой-ртва. ю бо-

13ССЫ

сой и I и, в роиз-ность

•чения

И.А.

59.94

кных :е по-эпле-меет ювое 1ессе гид-этом моч-дная у'кта. ;одят

)слу-

ния.

мер-

I

зания водного раствора ниже температуры замерзания чистой воды.

При криоконцентрировании в первую очередь образуются кристаллы воды (этап кристаллизации), которые затем отделяются от концентрата (этап сепарирования).

На первом этапе криоконцентрирования — этапе кристаллизации — понижение температуры раствора сопровождается изменением его концентрации в результате образования кристаллов льда.

Происходящий в результате замораживания процесс повышения концентрации сухих веществ СВ в 2-компонентном растворе показан на рисунке, где область I — однородный жидкий раствор; IIлед и раствор; III — растворенное вещество и раствор; X5, Х/ — концентрации водного раствора; Х0 — концентрация льда; t^ — температура раствора с концентрациями эвтектики.

5 *’е» */ 1

I £, !Хл Е

точка

При рассмотрении процесса полагаем, что переохлаждение, предшествующее замерзанию, пренебрежительно мало. Если начальная концентрация раствора менее эвтектической, то дальнейший отвод тепла повлечет за собой соответственно понижение температуры, сопровождаемое выделением растворителя в твердокристаллическом состоянии (область III), и увеличение концентрации жидкого раствора. При достижении эвтектической температуры дальнейший отвод тепла приведет к изотермическому замерзанию раствора при эвтектической концентрации как единого целого без разделения его компонентов.

Процесс криоконцентрирования сопровождается увеличением концентрации СВ и, следовательно, непрерывным понижением температуры замерзания раствора.

При сгущении вторичных сырьевых ресурсов молочной промышленности, молока и жидких молочных продуктов, представляющих собой многокомпонентные системы, зависимость между понижением температуры замерзания и концентрацией значительно сложнее. Эта зависимость связана не с возрастанием общего количества СВ, а с концентрацией, выраженной числом частиц растворенного вещества в единице объема растворителя. По этой причине присутствие веществ, распределяющихся в многокомпонентном растворе с различной степенью дисперсности, соответственно неодинаково влияет на температуру замерзания раствора. Присутствие коллоидной степени дисперсности и

высокомолекулярных соединении практически не сказывается на температуре замерзания. Молекулярные вещества заметно снижают температуру замерзания. В молочном сырье веществами последнего типа являются главным образом лактоза и минеральные соли, хотя их массовая концентрация не велика по отношению к количеству влаги.

Максимальная теоретическая концентрация, которую можно получать путем сгущения вымораживанием, определяется координатами точки эвтектики. Удалением льда, образующегося при понижении температуры жидкости с концентрацией С2, можно получить любую концентрацию, вплоть до эвтектической. Если принять за начальную концентрацию раствора величину Ср то отношение С; к С2 характеризует относительное изменение концентрации в процессе сгущения вымораживанием. При данной температуре оно зависит исключительно от начальной концентрации.

На практике трудность разделения полученного концентрата и большого количества мелких кристаллов льда при допустимых потерях СВ обусловила ступенчатое криоконцентрирование путем постепенного отделения льда. Количество ступеней определяется потерями СВ,

При криоконцентрировании на этапе кристаллизации важно не только количество вымороженной влаги, но и форма, размеры образующихся при этом кристаллов льда. Получение крупных, одинаковых по размеру кристаллов льда с малой удельной поверхностью повышает эффективность этапа сепарирования. Понижение температуры жидкости сопровождается увеличением упорядоченности молекул, жидкость по структурным признакам приближается к кристаллам.

Некоторое количество ориентированных одна относительно другой частиц служит центром кристаллизации, вокруг которого происходит дальнейшая ориентация (рост кристаллов). Процесс кристаллизации ускоряется при внесении в жидкость кристалла-затравки. Скорость образования зародышей кристаллов льда определяется степенью переохлаждения жидкой фазы, гидродинамической обстановкой и количеством кристаллов, приходящихся на единицу объема суспензии. Если скорость образования зародышей мала, кристаллы льда вырастают до больших размеров. Увеличение скорости образования зародышей ведет к возникновению большого количества кристаллов очень малых размеров. Скорость образования зародышей падает при уменьшении переохлаждения жидкой фазы и связана с ним соотношением

/=С-ЛГ’- * где J — число зародышей, образовавшихся

в единичном объеме на единицу времени;

Сехр — константа, зависящая от концентрации и состава сухого вещества;

АТ — температура.

На практике сильное переохлаждение жидкости предотвращают интенсивным перемешиванием. В начальный период скорость роста кристаллов воз-, растает пропорционально увеличению переохлаж- . дения. В последующий период начинает быстро увеличиваться скорость образования центров кристаллизации, что снижает среднюю величину кристаллов льда. Перемешивание ускоряет рост кристаллов, облегчая подвод к ним менее концентрированной жидкости за счет уменьшения толщины

пограничного слоя. Однако в перемешиваемом растворе средний размер кристаллов льда, как правило, несколько уменьшается из-за увеличения скорости образования центров кристаллизации. Уменьшение размеров кристаллов льда происходит и из-за трения.

Процесс сепарирования является существенно более сложным по сравнению с кристаллизаций. Теоретически сепарирование необходимо проводить без разбавления концентрата тающим льдом и без потерь СВ. В этом случае, когда кристаллы льда имеют высокую степень чистоты и не содержат растворенных СВ, эффективность всего процесса концентрирования определяется качеством этапа разделения.

Эффективность сепарирования по определению Гендриксона (1956):

где У — весовая доля льда в суспензии пе-

ред разделением, %;

Хс, Х1 — содержание СВ в концентрате суспензии и кристаллов льда после разделения, %;

Х0 — начальное содержание СВ в продукте, %.

Производительность установки для сепарирования прямо пропорциональна размерам кристаллов льда и обратно пропорциональна вязкости концентрата.

В настоящее время способ криоконцентрирования все шире используется для обработки пищевых продуктов (жидких) растительного происхождения, фруктовых напитков, овощных соков и др. Развитие технологии этого способа и техники позволило начать его использование для обработки цельного молока и вторичных сырьевых ресурсов молочной промышленности. Этот метод концентрирования позволяет максимально сохранить свойства исходного продукта, поскольку процесс проводится при сравнительно низких температурах от О до -15°С, когда химические и биохимические изменения незначительны. Особый интерес представляет возможность применения криотехнологии при переработке молочной сыворотки на сы-

родельных заводах, расположенных в условиях отгонных горных пастбищ, где снабжение электроэнергией проще, чем доставка топлива для котельной. Целесообразно использовать криотехнологию при сгущении таких продуктов, как обогащенная молочная сыворотка, в которой важно сохранить культуру ацидофильной палочки или другого бактериального препарата в живом виде.

Помимо экономии средств на хранение и транспортировку за счет уменьшения веса и объема при применении метода сгущения вымораживанием в условиях молочной промышленности возможно решение и ряда дополнительных задач:

сохранение после длительного хранения всех ценных качеств исходного сырья в концентрате с восстановлением вкуса, аромата при разбавлении, сохранение витаминов в молочном сырье, что, в свою очередь, позволит сгладить сезонность работы молочных заводов, повысить их рентабельность и улучшить качество выпускаемой в межсезонный период продукции;

получение готовых продуктов с новыми свойствами, как, например, подсгущенное молоко, сгущенная пахта, что позволит, в частности, решить вопрос о сгущении молока непосредственно на фермах;

сгущение детских и диетических продуктов, которые не могут сгущаться иными методами;

получение концентрата творожной сыворотки, содержащего низин, с последующим его выделением и использованием для снижения температуры стерилизации молока, молочных консервов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бражников А.М., Шевельков В.В., Ломакин В.В., Репина Г.Т. Концентрирование жидких продуктов методом вымораживания: Обзоры, информ. Сер. Холодильная пром-сть и транспорт. — М.: ЦНИИТЭИмясомолпром, 1976. — 24 с.

2. Пап Л. Концентрирование вымораживанием / Пер. с венг. под ред. О.Г. Комякова. — М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1982. — 97 с.

3. Храмцов А.Г. Молочная сыворотка. — М.: Пищевая пром-сть, 1979. — 270 с.

Кафедра технологии молока и молочных продуктов

Поступша 20.02.98

637.146.2.004.4

ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ КУМЫСА ПРИ ХРАНЕНИИ

А.Д. МИНАКОВА,

НАРАНЦЭЦЭГ ДАМДИНСУРЭНГИЙН,

Т.В. ФРАМПОЛЬСКАЯ, Л.А. БАУР

Кубанский государственный технологический университет

Одной из наиболее трудных задач при хранении кумыса является сохранение его начального качества. Целью нашего исследования было определение физико-химических изменений кумыса при хранении при различных температурах. Учитывая характер потребления кумыса — возможность временной разгерметизации бутылки, сравнивали изменение качества по двум вариантам хранения: в бутылках, укупоренных перед выдержкой, — анаэробное хранение, и в бутылках, из которых была

отлита половина содержимого и которые затем были укупорены пробками, — аэробное хранение.

Кумыс изготовлен согласно [1] из кобыльего молока по ОСТ 46128-82. Продолжительность выдержки 3 дня.

Кумыс хранили при температурах 4, 20 и 35°С. Пробы для анализов отбирали через 0 (свежий кумыс), 3, 7, 14, 21 день. В них определяли титруемую и активную кислотность, плотность, вязкость, жирность, массовую долю аскорбиновой кислоты, а также органолептические показатели — внешний вид, вкус, запах, цвет кумыса [2].

Как следует из полученных данных (табл. 1, 2), во всех вариантах хранения наблюдаются повышение титруемой кислотности, рост вязкости, сни-

ЖЄНІ

мене боки уело: ческ: Хотя обра была хран ки) Е

Срок

пер:

храї

Исхо,

ку»

3 дня

4 (

20

35

7 дне

4 "(

20

35

14 дн

4 •(

20

35

21 де

4 "(

20

35

Бь

тогда

даже

хран

собн<

появ:

nf

был для ] хран' 35°С При анаэ[ Хара: ватьи при I Зн бино рах х так и Хотя