СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЛКОВОГО КОНЦЕНТРАТА ИЗ МОЛОЧНОГО СЫРЬЯ
METHOD FOR PRODUCTION OF PROTEIN CONCENTRATE OF DAIRY RAW MATERIAL

Изобретение относится к технологии переработки молока, конкретно к способам получения белкового концентрата из молочного сырья.
В пищевой промышленности при переработке молока образуются побочные продукты, в частности сыворотка, которая содержит ценные, полезные вещества - молочный белок, жир, молочный сахар, витамины и т.п. Однако из-за большого содержания воды (до 89%) сыворотка является скоропортящимся продуктом, поэтому переработка ее связана со значительными затратами рабочего времени и энергоресурсов. Значительная часть сыворотки сливается в канализацию, что создает экологические проблемы.
Описаны многочисленные способы разрушения дисперсной системы сыворотки, в том числе термообработкой, выпариванием, флокуляцией, использованием химреагентов.
Известен способ очистки молочной сыворотки, включающий раскисление ее гидроксидом натрия с последующим внесением раствора хлористого кальция и выдерживания при температуре денатурации [1]. Недостаток способа - значительные затраты энергоресурсов на нагрев, выдерживание при температуре выше 90°С (30-60 минут), низкая степень агрегации сывороточных белков.
Описан способ получения белковой композиции, основанный на внесении в молочное сырье раствора хитозана в количестве 0,1-0,3%, выдерживании 30 минут с последующим разделением на белокполисахаридный концентрат и безбелковую жидкость [2].
Известен способ получения белкового концентрата путем внесения в молочную сыворотку при 45-50°С водного 50%-ного реагента, основным компонентом которого является гидроксохлорид алюминия (оксихлорид алюминия) в количестве 0,5-1,0% от массы сыворотки. При этом получают белковый концентрат и осветленную надосадочную жидкость. Содержание белка в ней составляет 15% от первоначальной концентрации [3]. Недостаток способа - значительный расход гидроксохлорида алюминия (ГОХА), который адсорбируется как на растворенных, так и на недиспергированных веществах сыворотки и тем самым обогащает концентрат алюминием. При содержании алюминия выше допустимых норм белковый концентрат должен дополнительно подвергаться обработке.
Описан способ получения белкового концентрата путем введения в молочную сыворотку реагента на основе гидроксохлорида алюминия (ГОХА), перемешивания, выдерживания в течение 50-60 минут, отделения осадка [4]. Реагент готовят взаимодействием раствора ГОХА и хлорида кальция в массовом соотношении 1:(0,11-0,18) и используют в виде 10%-ного водного раствора в количестве 2,5-3,6% от массы сыворотки. Утверждается, что по сравнению с использованием 50%-ного раствора ГОХА сокращается его расход, уменьшается доля адсорбированного алюминия, хотя не приводятся цифровые данные, подтверждающие это. Предлагается использовать концентрат в качестве кормовой добавки.
В примерах способа указывается, что общее содержание белка в сыворотке составляет 1,1%, при подогреве сыворотки до 45°С и внесении реагента на 1 л сыворотки 25-35 мл 10%-ной концентрации продукт отделяют после отстоя в течение 1 часа. Получают осадок, содержащий 3,8-4% белка. В фильтрате - 0,14-0,3% белка. По расчету получается - степень извлечения белка от исходного 80,9%, доля алюминия в реагенте 0,416.
Недостатки способа: относительно низкая степень извлечения белка, относительно высокая доля алюминия в химреагенте, ограничены сведения по показателям качества белкового концентрата, отсутствуют сведения по срокам хранения.
Технический результат - повышение степени извлечения белка, расширение диапазона показателей качества белкового концентрата, снижение доли алюминия, хранимость концентрата.
Это достигается тем, что в молочное сырье вносят химреагент на основе ГОХА в виде 10%-ного раствора в количестве 3,3-3,6%, нагревают до температуры 60-72°С, выдерживают 20-30 минут, охлаждают до температуры 35-40°С и отделяют осадок фильтрованием или другими известными методами. В качестве молочного сырья используют побочные продукты переработки молока (вторичные сырьевые ресурсы) - молочную сыворотку с ополосками цельного молока или кисломолочных продуктов в массовом соотношении 1:(0,71-0,92). Для приготовления химреагента используют: водный раствор ГОХА, содержащий 7,5-10% алюминия - основного вещества (продукт заводского изготовления по ТУ 2152-164-05763458-93), хлористый кальций плавленый, хлористый магний безводный или порошкообразный бишофит с содержанием хлористого магния 56% (ТУ 2152-070-10514645-01).
Научными исследованиями установлено, что снижение устойчивости мицелл белков молока наблюдается лишь при понижении рН молока, повышении концентрации ионов кальция, внесении сычужных ферментов и т.д. С позиции теории, развитой Б.В.Дерягиным и др., устойчивость и коагуляция коллоидных растворов (в данном случае молочного сырья) зависит от соотношения молекулярных сил притяжения и электростатических сил отталкивания между коллоидными частицами.
2
2
2
2
2
+++
++
++
В целом между мицеллами при достаточном сближении происходит перекрывание их ионных атмосфер, а также за счет молекулярного притяжения силами Ван-дер-Ваальса и Лондона. Если величина энергетического барьера значительно уменьшается, например при введении электролита, то наступает быстрая коагуляция и слипание мицелл. Добавление химреагента из смеси, содержащей водный раствор ГОХА, CaCl и MgCl, способствует ускорению коагуляции и агрегации частиц по сравнению со смесью раствора ГОХА и CaCl Это происходит, в том числе, за счет снижения рН среды (за счет кислотности растворов ГОХА, CaCl и MgCl вследствие их гидролиза) и влияния ионов Al, Ca, Mg.
Изменение условий обработки молочного сырья и соотношений компонентов приводит к снижению эффективности процесса.
Приготовление химреагента:
2
2
2
12,7 г раствора ГОХА с содержанием 9,2% алюминия при атомном соотношении Al/Cl 0,94 (близком к формуле Al(ОН)Cl) смешивают с 6 г хлорида кальция и 2 г хлорида магния. Получают смесь, содержащую 56% сухих солей. Затем смесь разбавляют до содержания солей 10%, для этого к 20,7 г смеси добавляют 95,2 г воды. Массовое соотношение компонентов в реагенте: раствор ГОХА: соль CaCl: соль MgCl 1:0,47:0,16.
Белковый концентрат может быть использован в качестве кормовой добавки животным. Рекомендуемое для введения в рационы животных массовое соотношение Ca:Mg 3:1 [5].
При этом в химреагентах доля алюминия составляет 0,128, а в прототипе - 0,416. Изменение соотношений компонентов приводит к снижению эффективности способа.
Пример 1.
748 г молочной творожной пастеризованной сыворотки заводского изготовления (ТУ 9229-110-04610209) с содержанием жира 0,1%, белка 0,8%, углеводов 4,5% смешивали с 534 г ополосков кефира и бифидока, содержащих жира 0,25%, белка 0,3%, углеводов 0,36%. Добавляли 46,1 г 10%-ного раствора химреагента, нагревали до 60°С, выдерживали 20 минут, охлаждали до 35°С и фильтровали. Получили 120 г белкового концентрата. Массовое соотношение сыворотка: ополоски 1:0,71, расход химреагента 3,6% к сырью.
Состав исходного сырья, мас.%: белок 0,60; углеводы (лактоза) 4,2; жир 0,16; зола 0,60.
Состав белкового концентрата, мас.%: белок 5,25; углеводы (лактоза и продукты ее гидролиза) 4,5; жир 0,13; зола 0,72.
Степень извлечения белка (по материальному балансу) 81,8%, степень концентрирования белка 8,7.
Белковый концентрат хранился при комнатной температуре 10 суток (до появления признаков плесневения).
Пример 2.
204 г творожной молочной пастеризованной сыворотки по пр.1 смешивали с 187 г ополосков цельного молока, содержащих жира 1,49%, белка 1,31%, углеводов 2,19%, золы 0,33%, добавляли 13,0 г химреагента, перемешивали, нагревали до 65-72°С, выдерживали 30 минут, охлаждали до 40°С. Осадок (концентрат) отделили фильтрованием, получили 100 г белого влажного продукта. Массовое соотношение сыворотка: ополоски 1:0,92, расход химреагента 3,3%.
Состав исходного сырья, мас.%: белок 1,0; жир 0,74; углеводы (лактоза) 3,28; зола 0,37.
Состав концентрата, мас.%: белок 4,3; жир 0,2; углеводы (лактоза и продукты ее гидролиза) 1,6; зола 1,0.
Степень извлечения белка 96%, степень концентрирования белка 4,3.
Таким образом, предложенный способ позволяет увеличить степень извлечения белка, снизить долю алюминия в реагенте, расширить диапазон показателей качества концентрата, обеспечить срок хранения его 8-10 суток.
Источники информации
1. RU 2025076, 1994, А23С 21/00.
2. RU 2189759, 2002, A23C 21/00.
3. RU 2199874, 2003, A23C 21/00.
4. RU 2270572, 2004, A23C 21/00.
5. Нормы и рационы кормления сельскохозяйственных животных. Справочное пособие, под ред. А.П.Калашникова. М., АПИ, 1985 г.