Разработка альтернативных технологий производства деминерализованной творожной сыворотки

На правах рукописи

Донских Александр Николаевич РАЗРАБОТКА АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВА ДЕМИНЕРАЛИЗОВАННОЙ ТВОРОЖНОЙ СЫВОРОТКИ Специальность: 05.18.04 – Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ставрополь – 2013 2

Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образова тельном учреждении высшего профессионального образования «Северо Кавказский федеральный университет» (ФГАОУ ВПО СКФУ) Евдокимов Иван Алексеевич, Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Официальные оппоненты – Харитонов Дмитрий Владимирович, доктор технических наук, ГНУ «Всероссийский НИИ молочной промышленности Российской ака демии сельскохозяйственных наук», заместитель директора Бархатова Татьяна Викторовна, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический уни верситет», проректор Ведущая организация – ГНУ «Поволжский научно-исследовательский ин ститут производства и переработки мясомолочной продукции Российской академии сельскохозяй ственных наук».

Защита состоится «09» июля 2013 г. в 1600 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.245.05 на базе ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный уни верситет» по адресу: 355009, г. Ставрополь, ул. Пушкина, 1, корпус 3, ауд. 506.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет» по адресу: 355009, г. Ставрополь, ул. Дзержинского, д. 120.

Автореферат разослан «_» 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор Шипулин В.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Расширение сырьевой базы за счет комплексной переработки вторичного сырья, в том числе молочного, является одной из важ нейших народно-хозяйственных задач АПК России.

Одним из ценнейших продуктов, получаемых при переработке молока, яв ляется молочная сыворотка. Состав и свойства сыворотки обусловлены видом ос новного продукта и особенностями технологии его получения, а также аппара турным оформлением процесса.

Анализируя технологии переработки сыворотки можно сказать, что сегодня дорогостоящие и высокорентабельные продукты вырабатываются главным обра зом из сладкой подсырной сыворотки. Творожная сыворотка имеет повышенную кислотность, высокое содержание солей и молочной кислоты и идет в основном на производство сывороточных напитков.

При выработке сухих и сгущенных продуктов из творожной сыворотки про водят операцию реагентной нейтрализации (гидроксид кальция или натрия). При этом готовый продукт чаще используется на кормовые цели из-за высокого оста точного содержания раскисляющего реагента и неудовлетворительных органо лептических показателей. Таким образом, творожная сыворотка требует предва рительной подготовки для переработки на пищевые продукты.

Перспективным направлением подготовки к промышленной переработке творожной сыворотки является применение баро- и электромембранных техноло гий: нанофильтрации, обратного осмоса, ультрафильтрации и электродиализа.

Наиболее предпочтительными методами регулирования кислотности являются электромембранные процессы.

Использованию сыворотки для производства белковых концентратов, мо лочного сахара и др. продуктов посвящены труды российских ученых П.Г. Нестеренко, С.В. Василисина, В.Е. Жидкова, С.А. Рябцевой, П.Ф. Крашени нина, Э.Ф. Кравченко, В.Д. Суркова, М.С. Коваленко, М.В. Залашко, В.А. Павло _ * Научный консультант экспериментальной части работы к.т.н., доцент И.К. Куликова ва, Г.Б. Гаврилова, А.Г. Храмцова, И.А. Евдокимова, Н.Я. Дыкало, Д.Н. Володи на, Т.П. Бачуриной и зарубежных: T. Paterson, T. Senkevich, K.H. Ridel, W. Zadow, B. Horton и др.

Особенно актуальна проблема производства и применения деминерализо ванной творожной сыворотки, являющейся источником важных пищевых компо нентов и обладающей высокими органолептическими и физико-химическими ха рактеристиками. Поэтому поиск новых технологий, позволяющих решить про блему переработки творожной сыворотки и охраны окружающей среды, является актуальным.

Целью диссертационной работы является разработка альтернативных технологий производства и использования деминерализованной творожной сыворотки.

задачи Для достижения поставленной цели сформулированы исследований:

проанализировать априорную информацию по методам и технологиям переработки молочной сыворотки;

исследовать основные закономерности процесса деминерализации творожной сыворотки методом электродиализа;

изучить влияние ионоселективных мембран различного типа на про цесс деминерализации творожной сыворотки;

исследовать влияния температуры на процесс деминерализации тво рожной сыворотки методом электродиализа;

определить параметры регулирования кислотности творожной сыво ротки в процессе электродиализа;

разработать технологию производства деминерализованной творож ной сыворотки с различным содержанием сухих веществ;

предложить альтернативные технологии использования деминерали зованной творожной сыворотки с различным содержанием сухих веществ;

провести оценку экономической и социальной значимости разрабо танных технологий с учетом требований НАССР.

Научная новизна работы состоит в следующем: научно обоснована и подтверждена целесообразность и эффективность применения электродиализа для деминерализации творожной сыворотки;

проведен сравнительный анализ гетеро генных ионоселективных мембран, произведенных методом прессования и лами нирования;

изучено влияние температурных режимов на процесс деминерализа ции творожной сыворотки методом электродиализа и определен оптимум (15 – 20) C;

изучены различные способы регулирования кислотности творожной сыво ротки в процессе деминерализации;

проведен подбор корректирующих кислот ность творожной сыворотки реагентов;

установлены оптимальные технологиче ские параметры регулирования кислотности творожной сыворотки в процессе де минерализации;

изучены состав и свойства деминерализованной творожной сы воротки с различным содержанием сухих веществ и степенью деминерализации как сырья для производства пищевых продуктов.

Практическая значимость работы. Разработана технология деминерали зованной творожной сыворотки с различным содержанием сухих веществ (СТО 9229-00087656-003-2012 «Деминерализованная творожная сыворотка с раз личным содержанием сухих веществ»). Результаты исследований использованы в ТУ 9229-002-82062396-2007 «Сыворотка молочная деминерализованная». Пред ложены альтернативные технологии пищевых продуктов с использованием деми нерализованной сыворотки (питьевого молока, йогурта, творожной массы, кара мели). Проведена апробация технологии деминерализованной сыворотки на мо лочных предприятиях РФ: ОАО «Молоко» (г. Архангельск), ОАО «Кубарус - Мо локо» (г. Армавир), Молочный комбинат «Лабинский» (г. Лабинск), ОАО «Че баркульский молочный завод» (г. Чебаркуль), ОАО «Молочный комбинат «Став ропольский» (г. Ставрополь).

Апробация работы. Основные положения, изложенные в работе, доклады вались и обсуждались на XIII региональной научно-техническая конференции «Вузовская наука - Северо- Кавказскому региону» (г. Ставрополь, 2009), Между народной научно-практической конференция «Молочная индустрия - 2009» (г. Москва, 2009), Международной научно-практической конференции «PERMEA - 2009» (Прага, 2009), XV региональной научно-технической конференции «Ву зовская наука - Северо-Кавказскому региону» (г. Ставрополь, 2011), научно практической конференцой «Инновационные разработки молодых ученых Юга России» (г. Ставрополь, 2011), V Международной научно-практической конфе ренции «Современное состояние и перспективы развития пищевой промышлен ности и общественного питания» (г. Челябинск, 2011), Северо-Кавказском моло дежном форуме «Машук 2011» (г. Пятигорск, 2011), Всероссийском молодежном форуме «Селигер 2011» (г. Осташков, 2011), Международной научно практической конференции «Ion transport in organic and inorganic membranes» (г. Краснодар. 2012), региональной научно-практической конференции «Иннова ционные идеи молодежи Северного Кавказа – развитию экономики России» (г. Ставрополь, 2012).

Выигран конкурс «У.М.Н.И.К» (г. Ставрополь, 2011), получен диплом за второе место в конкурсе «Зворыкинский проект» (г. Ставрополь, 2010).

На «Способ регулирования кислотности сыворотки в процессе электродиа лиза» в ФИПС подана заявка на изобретение № 2012145182 от 24.10.2012 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной и технологической части, выводов, списка литературы и приложений. Содержание работы изложено на страницах, включая приложения, 20 таблиц и 59 рисунков. Список литературы включает 270 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранного направления исследова ний, указаны научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе представлен анализ современного состояния переработки молочной сыворотки, рассмотрены состав и свойства творожной сыворотки. Про веден сравнительный анализ мембранных методов применяемых в молочной про мышленности, а также способов регулирования кислотности творожной сыворот ки. Особое внимание уделено безреагентным способам нейтрализации творожной сыворотки, в частности, электроактивации и электродиализу. Показана целесооб разность применения электродиализа творожной сыворотки. На основании анали за литературных данных сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе рассмотрены организация и методы исследований.

Экспериментальные исследования проводились в лабораториях кафедры прикладной биотехнологии Северо-Кавказского государственного технического университета, в международной научно-исследовательской лаборатории «Электро- и баромембранных технологий» (г. Ставрополь), в ООО «МЕГА Про фиЛайн» (г. Ставрополь) и ОАО «Молочный комбинат «Ставропольский».

При проведении исследований были смоделированы условия и режимы экс плуатации промышленной электродиализной установки периодического дей ствия, которые используются при деминерализации молочной сыворотки.

Технологический цикл работы установки предусматривает: продолжитель ность работы до мойки - 20 часов;

продолжительность обработки одной загрузки творожной сыворотки - 4 часа;

количество загрузок – 5.

При проведении исследований применялись стандартные и общепринятые методы исследований: физико-химические, реологические, микробиологические, электрофизические и органолептические. Эксперименты проводили в 3 – 5 - крат ной повторности.

В качестве объектов исследований были использованы пастеризованная и сгущенная творожная сыворотки соответствующие ГОСТ Р 53438-2009 «Сыво ротка молочная. Технические условия», деминерализованная творожная сы воротка с различным содержанием сухих веществ и уровнем деминерализа ции, концентрат солей, полученные путем электродиализной обработки.

Деминерализации творожной сыворотки проводилась на электродиализных установках ED – mini (лабораторная) и EDU-Y/50 (пилотная), производства АО “Мега” Чешская республика.

Исследования реализованы по схеме (рисунок 1).

р X3 титруемая кислотность;

исследований X4 - активная кислотность;

X5 - содержание сухих веществ;

Изучение технологических параметров процесса X6 - удельная электропроводность;

X7 - напряжение тока;

деминерализации творожной сыворотки методом X8 - сила тока;

электродиализа X9 - объем корректирующего реагента;

X10 - производительность;

X11 - pNa и pK Исследование Изучение влияния Исследование Исследование Исследование влияния на процесс различных типов основных влияния регулирования процесса ионоселективных закономерностей температуры на кислотности вида регулирования процесса мембран на процесс реагента и кислотности деминерализации процесс эффективности его деминерализации творожной деминерализации творожной удаления в творожной сыворотки творожной сыворотки процессе сыворотки электродиализом сыворотки электродиализа При При Натуральная Сыворотка Прессованные NaOH 10 °С 25 °С сыворотка При При Концентрат Ламинированные 30 °С 15 °С Сгущенная Электродный KOH При сыворотка Натуральная Сгущенная раствор 20 °С сыворотка сыворотка X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X10 X1 X2 X3 X4 X5 X Выбор оптимальных параметров производства деминерализованной творожной сыворотки c различным содержанием сухих веществ Рисунок 1 - Схема проведения исследований В третьей главе представлены результаты исследований, целью которых было установление оптимальных параметров деминерализации творожной сыво ротки методом электродиализа.

Результат предварительных исследований позволил выбрать ионоселектив ные гетерогенные мембраны, которые по сравнению с гомогенными мембранами характеризуются повышенной механической прочностью, высокой селективной проницаемостью и способностью работать в широком диапазоне pH.

В ходе реализации поставленных задач было проведено сравнение двух ти пов ионоселективных гетерогенных мембран: AMH-PES/K, CM-PES/K (вырабо танных непрерывной ламинацией) и AMH-PES/L, CM-PES/L (выработанных ме тодом прессования).

Анализ экспериментальных данных показывает, что изменение титруемой кислотности сыворотки характеризуется линейной зависимостью. Интенсивность понижения титруемой кислотности в процессе электродиализа одинакова для ла минированных и прессованных мембран и составляет 30 Т/ч. Кислотность кон центрата солей на протяжении всего процесса электродиализа возрастает на (80 100) Т.

Активная кислотность пастеризованной (СВ (5,5-6,5) %) и подсгущенной (СВ (18-20) %) сыворотки (рисунок 2, а и б) при использовании ламинированных мембран убывает интенсивнее на (8 – 12) % и в конце процесса уменьшается на (0,3 – 0,4) единицы рН. Это связано с тем, что переход катионов в концентрат со лей проходит гораздо быстрее, чем переход молочной кислоты.

Интенсивность уменьшения удельной электропроводности сыворотки в процессе электродиализа для ламинированных мембран выше на 0,5 мСм/см.

Таким образом, полученные результаты позволяют сделать вывод, что ос новные рабочие характеристики электродиализа для обоих типов мембран отли чаются незначительно. Тем не менее, ионоселективные мембраны, произведенные методом ламинирования, позволяют интенсифицировать процесс, имеют боль шую механическую прочность, низкое электрическое сопротивление, высокую теплоустойчивость и более равномерное распределение ионообменной смолы.

Поэтому в дальнейших исследованиях нами использовались гетерогенные ионо селективные мембраны произведенные методом ламинирования.

4, y = 4E-05x2 - 0,0075x + 4, R2 = 0, 4, y = -4E-05x2 + 0,0057x + 3, 3, R2 = 0, рН 3, 3, y = -4E-07x3 + 9E-05x2 - 0,006x + 4, 3, R2 = 0, y = 3E-07x3 - 8E-05x2 + 0,0062x + 3, 3, R2 = 0, 3, 0 20 40 60 80 100 Продолжительность, мин AMH-PES/К, CM-PES/К AMH-PES/L, CM-PES/L Сыворотка Концентрат солей Сыворотка Концентрат солей а) пастеризованная 4, y = -5E-05x2 + 0,0082x + 4, R2 = 0, 4, y = -2E-05x2 - 5E-05x + 4, R2 = 0, 4, y = 7E-07x3 - 0,0002x2 + 0,0138x + 4, 4, R2 = 0, рН 4, 4, y = 7E-06x2 - 0,0019x + 4, R2 = 0, 4, 0 20 40 60 80 100 Продолжительность, мин AMH-PES/К, CM-PES/К AMH-PES/L, CM-PES/L Сыворотка Концентрат солей Сыворотка Концентрат солей б) подсгущенная Рисунок 2 – Кинетика изменения активной кислотности творожной сыво ротки Эффективность процесса электродиализа, определяющаяся интенсивностью удаления солей из объекта за определенный промежуток времени, зависит от мно гих параметров, в том числе и температуры. Учитывая, что по литературным дан ным характер этой зависимости не однозначен, нами были проведены исследова ния по влиянию различных температурных режимов на электродиализ творожной сыворотки Были выбраны два уровня два уровня деминерализации, характерные для электродиализной обработки: до 50 % уровня, как наиболее часто используемый на молочных предприятиях (рисунок 3). и до 90 %, как наиболее энергозатратный и длительный процесс.

Производительность, кг/ч 1 2 3 4 № загрузки при 10 С при 15 С при 20 С при 25 С при 30 С Рисунок 3 – Влияние температуры на производительность электродиализ ной установки В пределах одной загрузки (стр. 7 автореферата) повышении температуры с 10 С до 15 С значительно интенсифицирует процесс деминерализации. Вероят но, это связано с изменением вязкости продукта и степенью диссоциации мине ральных веществ, а так же со свойствами гетерогенных ионоселективных мем бран. С каждой последующей загрузкой происходит снижение производительно сти при постоянной температуре, причем при повышении температуры до 25 С и 30 С разница между производительностью каждой загрузки становится более вы раженной. Можно предположить, что повышение температуры совместно с меха ническим воздействием вызывает седиментацию термолабильных сывороточных белков на поверхности мембран и постепенное нарастание концентрационной по ляризации. При температурах выше 20 С увеличивается время обработки сырья до достижения нужной степени деминерализации, и сокращается период работы мембран до мойки.

Оптимальной температурой электродиализного обессоливания творожной сыворотки, которая обеспечивает высокую эффективность процесса и максималь ную производительность ЭД – установок является (15 – 20) С.

В четвертой главе представлены результаты исследований по разработке способа регулирования кислотности творожной сыворотки в процессе деминера лизации.

Основная задача деминерализации творожной сыворотки – получение сырья с заданными свойствами, которое может быть использовано в производстве про дуктов питания. Для этого необходимо добиться максимального удаления молоч ной кислоты и солей, и придать сыворотке нейтральный вкус. Однако, даже при глубокой деминерализации рН сыворотки остается ниже 5, что затрудняет ее тер мооработку и снижает органолептические характеристики.

Как показали исследования (рисунок 4), снижение уровня деминерализации творожной сыворотки и способствует снижению буферной емкости. Вероятно, это связано с тем, что в процессе электродиализа из творожной сыворотки удаля ется молочная кислота, которая понижает рН. Соли молочной кислоты в основ ном определяют буферность системы при значениях начиная с рН 6,1. Сравнение кривых титрования позволяет сделать вывод, что при 50 % уровне деминерализа ции (рисунок 4, кривая 3) участки буферной зоны слабо выражены, при 90 % уровне деминерализации (рисунок 4, кривая 5) – отсутствуют.

7, 6, рН 5, 4, 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4, V (1Н NaOH), мл Сыворотка УД 0 % Сыворотка УД 25 % Сыворотка УД 50 % Сыворотка УД 70 % Сыворотка УД 90 % Рисунок 4 - Кривые титрования творожной сыворотки в процессе электродиализа Это дало основание предположить, что расход нейтрализующего реагента обратно пропорционален уровню деминерализации сырья, что и было подтвер ждено дальнейшими исследованиями (рисунок 5).

V (1 Н NaOH), мл 0 20 50 70 Уровень деминерализации сыворотки, % Рисунок 5 - Зависимость количества нейтрализующего реагента от уровня деминерализации сыворотки Остаточное количество реагента необходимо удалить, для того чтобы обес печить требуемые степень деминерализации и органолептические свойства.

Нами были исследованы два способа внесения нейтрализующего реагента:

на протяжении всего процесса деминерализации, и на конечной стадии.

При исследовании первого способа (рисунок 6) нейтрализующий реагент дозировался синхронно с началом работы установки.

6, 6, 6, 5, 5, рН 5, 5, 5, 4, Внесение нейтрализующего реагента 4, 4, 0 20 40 60 80 100 120 140 Продолжительность, мин Сыворотка Концентрат солей Рисунок 6 - Кинетика изменения активной кислотности в процессе электро диализа творожной сыворотки (СВ 6,5 %), уровень деминерализации 50 % По достижении рН 6,5, которое является буферной точкой, дозирование ще лочи прекращалось. После чего pH сыворотки начинает уменьшаться, как прави ло, на (0,5 – 0,7) единицы, за счет удаления остаточного количества реагента.

Титруемая кислотность сыворотки при значении рН 6,5 составляла 11 Т.

Результаты органолептической оценки образцов показали, что деминерали зованная сыворотка (СВ (5,5 - 6,5) %) обладает чистым сывороточным вкусом и запахом, без привкуса щелочи. При деминерализации подсгущенной сыворотки (СВ (18 – 20) %) были получены образцы с выраженным вкусом и запахом реа гента.

При внесении реагента на заключительном этапе процесса деминерализации пастеризованной и подсгущенной творожной сыворотки дозирование реагента в начиналось при удельной электропроводности, соответствующей уровню демине рализации 40 % и прекращалось при достижении pH = 6,5 (рисунок 7).

7, 6, 6, рН 5, 5, Внесение 4,5 нейтрализующего реагента 4, 0 10 20 30 40 50 60 70 Продолжительность, мин Сыворотка Концентрат солей Рисунок 7 - Кинетика изменения активной кислотности в процессе электро диализа творожной сыворотки (СВ 6,5 %), уровень деминерализации 50 % Как видно, количество щелочи, пошедшее на нейтрализацию, уменьшилось в два раза по сравнению с первым методом. Пастеризованная и подсгущенная де минерализованные сыворотки обладали чистым сывороточным вкусом, без по сторонних привкусов.

Предварительные исследования показали, что вид нейтрализующего реаген та так же оказывает существенное влияние на органолептические характеристики продукта. На следующем этапе исследования была изучена эффективность удале ния различных видов раскисляющих реагентов, и их влияние на органолептиче ские показатели деминерализованной сыворотки. В качестве щелочных агентов были использованы 40 % раствор NaOH и 40 % раствор KOH.

Анализ графических зависимостей (рисунок 8) показывает, что гидроксид натрия удаляется эффективнее, чем гидроксид калия, о чем свидетельствует кон центрация активных ионов. По окончании процесса электродиализа содержание активных ионов натрия меньше чем в начальный момент дозирования.

2,5 2, 2, 2,1 1, 1,7 1, pNa+ pK+ 1, 1,3 1, 0,9 0, 0, 0,5 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 Продолжительность, мин pК+ pNa+ Рисунок 8 - Кинетика изменения содержания ионов Na+ и ионов K+ Органолептическая оценка показала, что полуфабрикат при регулировании кислотности раствором KOH обладал выраженным щелочным привкусом и запа хом. Тогда как у полуфабриката полученного с использованием NaOH вкус был чистым, сывороточным. Уменьшение значения зольного остатка показывает, что удаление ионов натрия и калия не прекращается даже в процессе внесения реа гента.

В пятой главе обоснованы параметры основных технологических операций процесса получения деминерализованной творожной сыворотки с различным со держанием сухих веществ, приведены альтернативные технологии ее использова ния.

Основные этапы технологического процесса представлены на рисунке 9.

Приемка и оценка качества сырья Подсырные сливки и казеиновая пыль S = 1 - конечный продукт деминерализованная сыворотка с СВ (5,5 - 6,5) %;

S ? 1 - сгущение 1-й ступени до 20±2 % СВ, при t = 65±5 °C;

Сгущение 1-й ступени до 20±2 % СВ, С = 1 - конечный продукт деминерализованная сыворотка с СВ (18 - 20) %;

Выделение жира и казеиновой пыли при t = 65±5 °C.

С ? 1 - Сгущение 2-й ступени до 53±2 % СВ, при t = 55±5 °C;

В = 1 - конечный продукт деминерализованная сыворотка с СВ (53 ± 2) %;

В ? 1 - сушка, конечный продукт деминерализованная сыворотка с СВ (93 ± 2) %.

Охлаждение до температуры электродиализной Нет S=1 обработкиt = (15-20) °C.

Да Деминерализация и регулирование Сгущение 2-й ступени до53±2 % СВ, Охлаждение до температуры электродиализной кислотности при t = (15 - 20) °C при t = 55±5 °C.

обработкиt = (15-20) °C.

Концентрат солей:

- минеральные 40 - 50 % NaOH Деминерализация и регулирование Охлаждение и кристаллизация напитки;

кислотности при t = (15 - 20) °C - удобрения;

- корм и др.

Концентрат солей:

Нет С= - минеральные 40 - 50 % NaOH Нет Сушка напитки;

В= - удобрения;

Да - корм и др.

Да - сырные массы;

- кондитерские изделия;

- цельномолочные продукты;

- цельномолочные продукты;

- смеси для мороженого;

- цельномолочные продукты;

- сывороточные напитки;

- колбасные изделия;

- колбасные изделия;

- колбасные изделия;

- хлебо-булочные изделия и др. - хлебо-булочные изделия и др.

- хлебо-булочные изделия и др. - хлебо-булочные изделия и др.

Хранение, упаковка и реализация Хранение, упаковка и реализация Хранение, упаковка и реализация Хранение, упаковка и реализация Рисунок 9 - Технологическая схема получения и использования деминерализованной творожной сыворотки с раз личным содержанием сухих веществ Отобранную по качеству сыворотку подогревают до температуры (38 ± 2) °С, проводят двухстадийную очистку от жира и казеиновой пыли, чтобы не произошло отложение белка и жира на мембранах модуля.

Очищенная от жира и казеиновой пыли сыворотка поступает на пастериза ционно - охладительную установку, где пастеризуется при температуре (74 ± 2) °С с выдержкой 15 с.

1. При производстве продуктов с использованием пастеризованной творож ной сыворотки с содержанием (5,5-6,5) % СВ, сыворотка охлаждается до темпера туры (15 – 20) °С и направляется на деминерализацию.

В процессе деминерализации осуществляется регулированием кислотности (40 – 50) % раствором NaOH.

В дальнейшем деминерализованная творожная сыворотки с содержанием (5,5 – 6) % СВ направляется на производство цельномолочных продуктов.

2. При производстве продуктов с использованием творожной сыворотки с содержанием (18 - 20) % СВ очищенная сыворотка после пастеризации сгущается на вакуум – выпарном аппарате, и охлаждается до температуры (15 – 20) °С и направляется на деминерализацию.

Деминерализованная сыворотка с содержанием (18 - 20) % СВ направляется на на линии производства цельномолочных продуктов.

В процессе деминерализации осуществляется регулированием кислотности (40 – 50) % раствором NaOH.

В дальнейшем деминерализованная творожная сыворотки с содержанием (18 - 20) % СВ направляется на производство цельномолочных продуктов.

3. При производстве продуктов с использованием сгущенной деминерали зованной сыворотки охлажденная до (15 – 20) °С сыворотка деминерализуется и направляется на сгущение до массовой доли сухих веществ (53 ± 2) % в вакуум выпарном аппарате.

Полученная сгущенная деминерализованная сыворотка направляется на производство сырной массы.

В случае применения в производстве сухой деминерализованной сыворотки деминерализованную сгущенную до (53 ± 2) % СВ и кристаллизованную сыво ротку направляют на сушилку.

Сухая деминерализованная сыворотка использована в производстве молока, йогурта, продуктов детского питания, кондитерских изделиях и др.

Органолептические, физико-химические и микробиологические показатели деминерализованной творожной сыворотки представлены в таблицах 1 – 2.

Таблица 1 – Органолептические показатели деминерализованной творожной сы воротки с различным содержанием сухих веществ Деминерализованная творожная сыворотка с различным содержанием сухих веществ, % Показатель 5,5 – 6,5 18 – 20 53 - 55 95 - Однородная, Однородная, Внешний вид и Однородная Мелкодисперс слабовязкая вязкая консистенция жидкость ный порошок жидкость жидкость Белый с желтова Цвет Желтый Светло-желтый тым оттенком Вкус чистый, сладкий, сыворо Вкус чистый, сладковатый, сывороточный. точный. Запах Вкус и запах Запах сывороточный. Без посторонних сывороточный.

привкусов и запахов Без посторонних привкусов и за пахов Таблица 2 - Основные физико-химические и микробиологические показатели де минерализованной творожной сыворотки с различным содержанием сухих ве ществ (n = 3, Р 0,96) Деминерализованная творожная сыворотка с различным содержанием сухих веществ, % Показатель 5,5 – 6,5 18 – 20 53 – 55 95 – 1 2 3 4 Сухие веще 5,7 18,8 53 ства, % Продолжение таблицы 1 2 3 4 рН 6,45 6,5 6,3 6, 16,0 16, Титруемая кис (восстановленная (восстановленная 10,0 12, лотность, Т до 6,5 % СВ) до 6,5 % СВ) Плотность, кг/м3 1018 1055 Массовая доля 0,3 1,0 2,5 4, золы, % Массовая доля 2,3 6,3 12, 0, белка, % Массовая доля 0,05 0,1 0,6 жира, % Массовая доля 4,9 16,4 30 77, лактозы, % БГКП (колифор Отсутствуют мы) в 1,0г Количество ме зофильных аэробных и фа культативных 1105 1105 анаэробных мик роорганизмов, КОЕ/г Таким образом, по физико-химическим и органолептическим показателям образцы деминерализованной творожной сыворотки с различным содержанием сухих веществ соответствуют требованиям разработанной технической докумен тации. Микробиологические показатели не превышают норм, установленных Фе деральным законом ФЗ № 88 «Технический регламент на молоко и молочную продукцию» и ГОСТ Р 53438-2009 «Сыворотка молочная. Технические условия».

Проведена адаптация системы ХАССП для контроля технологического про цесса производства деминерализованной творожной сыворотки с различным со держанием сухих веществ, в которой предусмотрена операция регулирования кислотности (ККТ) в процессе деминерализации (40 – 50) % раствором гидрокси да натрия, при температуре (15 – 20) °С.

Проработаны альтернативные технологии производства молочных продук тов с использованием творожной сыворотки с различным содержанием сухих ве ществ и проведены опытные выработки: молока питьевого, йогурта, сырной мас сы.

Технико-экономические расчеты, на примере сухой деминерализованной сыворотки, показали экономическую эффективность разработанной технологии.

Затраты на производство деминерализованной сыворотки сократились в 3 раза, рентабельность составила 18,2 %, что подтвердило конкурентоспособность разра ботанной технологии.

ВЫВОДЫ:

1. Обоснована и практически подтверждена целесообразность использова ния метода электродиализной обработки творожной сыворотки для получения продуктов с высокими качественными показателями.

2. Исследованы основные закономерности процесса деминерализации тво рожной сыворотки, изучена кинетика изменения удельной электропроводности, напряжения, силы тока, активной и титруемой кислотности.

3. Экспериментально подтверждена эффективность применения гетероген ных ионоселективных мембран, произведенных методом непрерывной ламина ции, в процессе деминерализации творожной сыворотки.

4. Исследовано влияние температуры на процесс деминерализации творож ной сыворотки. Установлено, что оптимальной температурой электродиализной обработки творожной сыворотки является (15 – 20) С.

5. Изучена взаимосвязь между буферной емкостью творожной сыворотки и уровнем деминерализации. Определены оптимальные параметры регулирования кислотности сыворотки в процессе электродиализа и выявлена корреляция между уровнем деминерализации, буферной емкостью и количеством корректирующего реагента (40% раствор гидроксида натрия).

6. Научно обоснованы технологические параметры и разработана схема производства деминерализованной творожной сыворотки с различным содержа нием сухих веществ (СТО 9229-00087656-003-2012 «Деминерализованная тво рожная сыворотка с различным содержанием сухих веществ»).

7. Предложены альтернативные технологии использования деминерализо ванной творожной сыворотки с различным содержанием сухих веществ - молоко питьевое, йогурт, сырная масса, которые апробированы на молочных предприяти ях РФ.

8. Проведена экологическая и технико-экономическая оценка технологии производства творожной сыворотки с различным содержанием сухих веществ и ее адаптация в соответствии с системой НАССР.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

Донских, А.Н. Исследование закономерностей процесса электродиа 1.

лиза творожной сыворотки [Текст] / А.Н. Донских, И.А. Евдокимов, Д.Н. Воло дин, И.К. Куликова // Вестник СевКавГТУ. 2009. № 2 (19).-С.60-62.

Донских, А.Н. Исследование закономерностей процесса электродиа 2.

лиза творожной сыворотки [Текст] / А.Н. Донских, И.А. Евдокимов, И.К. Кулико ва, Д.Н. Володин, А.С. Бессонов // Материалы XIII региональной научно технической конференции «Вузовская наука – Северо-Кавказскому региону». Том первый. Ставрополь: СевКавГТУ, 2008.-С.174-176.

Донских, А.Н. Исследование основных закономерностей регулирова 3.

ния кислотности творожной сыворотки [Текст] / А.Н. Донских, И.А. Евдокимов, И.К. Куликова, Д.Н. Володин, А.С. Бессонов // Материалы XXXVIII научно технической конференции по итогам работы профессорско-преподавательского состава СевКавГТУ за 2008 год. Том первый. Ставрополь, 2009.-С.99-100.

Донских, А.Н. Закономерности регулирования кислотности творож 4.

ной сыворотки в процессе электродиализной обработки [Текст] / А.Н. Донских, И.А. Евдокимов, И.К. Куликова, Д.Н. Володин, А.С. Бессонов // Материалы Меж дународной НПК «Молочная индустрия - 2009». -Москва 2009.-С.83.

Донских, А. Н. Технология творожной сыворотки предпосылки к раз 5.

работке [Текст] / А.Н. Донских, И.А. Евдокимов, И.К. Куликова, Д.Н. Володин, А.С. Бессонов // Вестник СевКавГТУ. 2010. № 2 (23).-С.60-62.

6. Evdokimov, I.A. Demineralization of different milk whey kids / I.A.Evdokimov, D.N.Volodin, A.S.Bessonov, A.N.Donskih // PERMEA 2009. –Prague, 2009.- p.110.

7. Donskih A.N. Comparative studies of deacidification agents used for acid whey demineralization / A.N.Donskih, I.A.Evdokimov, D.N.Volodin, A.S.Bessonov // International Conference «Ion transport in organic and inorganic membranes». Krasnodar, 2010.- P.46.

Куликова, И.К. Влияние процесса деминерализации на микрофлору 8.

подсырной и творожной сыворотки [Текст] / И.К. Куликова, А.С. Бессонов, А.Н.

Донских, А.Р. Агирбова // Материалы XL научно-технической конференции по итогам работы профессорско-преподавательского состава СевКавГТУ за 2010 год.

Том первый. Ставрополь: СевКавГТУ, 2011.-С.184.

Евдокимов, И.А. Влияние процессов нанофильтрации и деминерали 9.

зации на устойчивость белков молочной сыворотки при тепловой обработке [Текст] / И.А. Евдокимов, Д.Н. Володин, И.К. Куликова, А.С. Бессонов, А.Н. Дон ских, В.С. Губин // Материалы XL научно-технической конференции по итогам работы профессорско-преподавательского состава СевКавГТУ за 2010 год. Том первый. Ставрополь: СевКавГТУ, 2011.-С.186.

Головкина М.В. Изучение процесса ультрафильтрации подсырной сы 10.

воротки [Текст] / М.В. Головкина, А.А. Платонов, А.Н. Донских, // Материалы XL научно-технической конференции по итогам работы профессорско преподавательского состава СевКавГТУ за 2010 год. Том первый. Ставрополь:

СевКавГТУ, 2011.-С.189.

Евдокимов, И.А. Влияние процесса деминерализации на микрофлору 11.

подсырной и творожной сыворотки [Текст] / И.А. Евдокимов, И.К. Куликова, А.Н. Донских, В.С. Губин, Г.С. Анисимов // Материалы V Международной науч но-практической конференции «Современное состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания». – Челябинск: Издатель ский центр ЮУрГУ. 2011 – Т.I.-С.171-173.

Донских, А. Н. Разработка технологии раскисления творожной сыво 12.

ротки в процессе ее деминерализации [Текст] / А.Н. Донских, И.А. Евдокимов // Материалы региональной научно-практической конференции «Инновационные идеи молодежи Северного Кавказа – развитию экономики России» - Ставрополь. С.57-58.

12. Evdokimov I.A. Comparative studies of deacidification agents used for acid whey demineralization / I.A. Evdokimov, D.N. Volodin, I.K. Kulikova, A.N.

Donskih, M. Greshnyakova // International conference “Ion transport in organic and inorganic membranes”. Membrane Institute KubSU, Krasnodar, 2012, р. 57.

Донских, А. Н. Рациональная переработка вторичного молочного сы 14.

рья [Текст] / А.Н. Донских, И.А. Евдокимов, И.К. Куликова // Материалы научно практической конференции «Инновационные разработки молодых ученых Юга России» » - Ставрополь, 2012-С.68-70.

Донских, А. Н. Влияние температурных режимов на эффективность 15.

деминерализации молочной сыворотки при электродиализе [Текст] / А.Н. Дон ских, И.А. Евдокимов, И.К. Куликова, Д.Н. Володин, А.П. Поверин // Сыроделие и маслоделие № 3, 2013.-С.44-45.