СПОСОБ ОБРАБОТКИ МОЛОЧНОЙ СЫВОРОТКИ Российский патент 1999 года по МПК A23J1/20 A23C21/00 

Изобретение относится к молочной промышленности, в частности к переработке молочной сыворотки, а конкретно к способу выделения белковых веществ за счет чего происходит осветление молочной сыворотки.

Существует термический способ выделения сывороточных белков [Храмцов А. Г. Молочная сыворотка. М.: Пищевая промышленность, 1979, С. 38], при котором сыворотку нагревают при pH 4.2-4.7 до температуры 90-95 С, выдерживают 10 мин. При этом белок денатурирует и выделяется в виде осадка. Степень извлечения сывороточного белка этим способом составляет 27%. Чтобы повысить степень извлечения белка сыворотку дополнительно обрабатывают каким-либо реагентом, смещающим pH до 6.0 и выдерживают 10 мин, осадок отделяют фильтрованием или центрифугированием. Кроме того, для повышения полноты выделения сывороточных белков из сыворотки могут быть применены коагулянты. Так, например, в термокальциевом способе в сыворотку перед нагреванием вводят CaCl₂ до концентрации 0.12%. Нагревают до 90-95^oС, осадок отделяют. Степень извлечения белка составляет 54.3%, что также не может считаться достаточным.

Известны также способы выделения белков из молочной сыворотки с помощью тепловой денатурации в сочетании с кислотно-щелочной коагуляцией, в которых молочную сыворотку нагревают до 95^oС при необходимости доводят pH до 6.0-6.5 и выдерживают не менее 30 минут [Храмцов А. Г. Молочная сыворотка. - М.: Агропромиздат, 1990, С. 240] . Однако данный способ отличается большими энергетическими затратами и недостаточно высоким процентом выделения белковых веществ.

Известен способ очистки молочной сыворотки от белковых веществ, предусматривающий добавление к сыворотке осадителя белков - танина [Авторское свидетельство СССР N 908305, кл. А 23 J 1/20, 1982]. Натуральную обезжиренную молочную сыворотку с титруемой кислотностью 55-75^oТ нагревают до 90-95^oC, выдерживают при этой температуре 20-30 мин, термолабильные фракции белков денатурируют и коагулируют. Осажденные белки отделяют от сыворотки, например, путем центрифугирования, далее сыворотку охлаждают до 10-30^oC и вносят 0.1-0.3% танина, перемешивают и выдерживают 1.0-1.5 ч. Образующийся комплекс танина с пептидными группами белковых фракций коагулируют, сыворотку декантируют и фильтруют. Получают очищенную сыворотку с содержанием общего азота 0.027-0.038% (0.17-0.24% белка). Однако, очищенная таким образом сыворотка недостаточно прозрачна.

Этот способ требует значительных затрат тепловой энергии на нагревание сыворотки, наличия энергетических систем, что усложняет и удорожает производство.

Известен способ осветления молочной сыворотки, сущность которого заключается в том, что в молочную сыворотку вводят бентонитовую глину и выдерживают при 5-50^oC. Перед введением в сыворотку бентонитовую глину подвергают набуханию в воде при соотношении глина: вода 1:5 - 1:9, причем бентонитовую глину используют в количестве 0.5-0.3% в пересчете на сухое вещество глины от массы сыворотки, после перемешивания в полученную смесь вводят кислую сыворотку, доводя титруемую кислотность смеси до 30- 35^oТ, выдерживают в течение 1-120 мин и образовавшийся комплекс белок - бентонит отделяют от сыворотки [Авторское свидетельство СССР N 1762862, кл. А 23 С 21/00, А 23 J 1/20, 1989] . Массовая доля остаточного белка в очищенной сыворотке 0.21-0.22%, что не вполне удовлетворяет использование ее при производстве молочного сахара и напитков.

Известны способы выделения белков молочной сыворотки с использованием комплексообразователей, в частности поликарбоксилкислотных препаратов [Сенкевич Г., Ридель К. - Молочная сыворотка: переработка и использование в агропромышленном комплексе. - М. : Агропромиздат, 1989, С. 269], которые содержат полиакриловую кислоту. В качестве активных осадителей может быть использована обладающая слабыми анионными свойствами карбоксиметилцеллюлоза. При этом наиболее прочные комплексы карбоксиметилцеллюлоза-белок образуются при pH 4.0 и ионной силе менее 0.1. Однако остаток карбоксиметилцеллюлозы в белковом концентрате обуславливает высокую вязкость конечного продукта, что ограничивает широкое применение таких концентратов. Они могут быть использованы в производстве сбивных кондитерских изделий, кремов, где повышенная вязкость считается ценным качеством.

Известен способ выделения белковых веществ из молочной сыворотки путем введения в нее железосодержащей полиакриловой кислоты в качестве водорастворимого полимера в количестве 0.3-1.0% от массы смеси с последующим выдерживанием смеси и отделением образовавшегося осадка [Авторское свидетельство СССР N 1011101, кл. А 23 J 1/206 1981]. Смесь сыворотки с железосодержащей полиакриловой кислотой выдерживают при комнатной температуре 40-45 мин. Значение pH исходной сыворотки достигается подкислением соляной кислотой. Полнота извлечения белка из сыворотки 85%.

Однако недостатком данного способа является достаточно низкое количество выделенного белка, длительный процесс осаждения белковых веществ, получение резиноподобного белкового продукта, последующая переработка которого затруднена из-за природы используемого комплексообразователя, в частности, синтетической полиакриловой кислоты.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ выделения белковых веществ из молочной сыворотки путем введения в нее в качестве комплексообразователя хитозана [Патент РФ N 2031598, кл. А 23 J 1/20, 1985]. Молочную сыворотку после сепарирования подают в резервуар и при необходимости подкисляют до значения pH 4-5 заранее подготовленной кислой сывороткой. В сыворотку вносят приготовленный раствор гель-хитозана в количестве 0.25-1.0% от массы сыворотки. Температуру осаждения белков поддерживают в интервале 15-20^oC. Смесь тщательно перемешивают и выдерживают в течение 25-30 мин. Образовавшиеся хлопья белка, представляющие собой комплекс белок- хитозан, отделяют одним из известных способов, а осветленную сыворотку направляют на дальнейшую переработку (на молочный сахар, на выработку напитков и т.д.). Полнота извлечения белка составляет 95%, показатель прозрачности 0.3 усл. ед., массовая доля белковых веществ в осветленной сыворотке составляет 0.03%.

Приготавливают гель-хитозан следующим образом. В эмалированный резервуар на 1000 кг заливают 500 л 2%-ного раствора уксусной кислоты и вносят в нее 10 кг сухого хитозана (по ТУ 1501482-88), тщательно перемешивают и оставляют для набухания на 24 часа. Затем раствор нейтрализуют насыщенным раствором двууглекислого натрия до нейтральной реакции. Полученный гель-хитозан хранят при 10^oC до 10 суток.

Однако недостаток данного способа - использование хитозана, который не является распространенной пищевой добавкой и имеет высокую стоимость, обусловленную трудоемкой технологией его получения, а также дополнительная стадия приготовления гель-хитозана.

Цель изобретения - новый способ обработки молочной сыворотки, позволяющий упростить процесс и повысить биологическую ценность выделенных продуктов.

Поставленная цель достигается использованием в качестве комплексообразователя пектина.

Сущность нового технического решения заключается в том, что творожную молочную сыворотку после сепарирования подают в резервуар и по необходимости подкисляют до pH 4.0-5.0 заранее подготовленной кислой сывороткой или молочной кислотой. В сыворотку вносят сухой пектин в количестве 0.25-2.0% от массы сыворотки. Температуру осаждения белков поддерживают 15-30^oC. Смесь тщательно перемешивают и выдерживают 30-35 мин. Образовавшуюся взвесь белка, представляющую собой комплекс белок-пектин, отделяют центрифугированием.

Оптимальное количество вносимого сухого пектина составляет 0.5% от массы сыворотки. Повышение дозы вносимого пектина (более 2% масс) к эффективности осаждения не ведет. Более того остаток пектина в молочной сыворотке и белково-углеводном комплексе обуславливает высокую вязкость конечного продукта, что ограничивает его широкое применение. Увеличение времени выдержки свыше 35 мин также не оказывает влияния на эффективность осаждения белков молочной сыворотки, оптимальной температурой процесса осаждения является 25^oC. Причем увеличение температуры свыше 30^oC к улучшению показателей эффективности осаждения не приводит. Установлено также, что при pH среды выше 5.0 и ниже 4.0 количество осаждаемых белков не увеличивается.

Очищенная от белков сыворотка на вид прозрачна, имеет специфический сывороточный вкус и запах, содержит от 0.02 до 0.05% пектина, 0.01-0.03% сывороточных белков, 4.4-4.8% лактозы, 0.57-0.66% минеральных веществ. При этом осадок в виде смеси сывороточных белков и пектина (белково-полисахаридный комплекс, содержащий 0.2-1.45% пектина, 1.27-1.29% сывороточных белков) можно сушить или использовать в виде концентрата для расширения ассортимента продуктов питания лечебно-профилактического действия.

Способ поясняется следующими примерами его выполнения.

Пример 1. В опыте используют творожную сыворотку с титруемой кислотностью 82^oТ, активной кислотностью 5.0 ед., массовой долей белка 1.3%.

В колбу вместимостью 200 мл вносят 100 мл сыворотки с температурой 15^oC и 0.25 г (0.25% масс) сухого пектина, перемешивают и выдерживают 30 мин. Выделившийся осадок центрифугируют. Полнота извлечения белка 95%, массовая доля белковых веществ в осветленной сыворотке составляет 0.03%.

Пример 2. 200 мл творожной сыворотки подкисляют кислой сывороткой или молочной сывороткой до титруемой кислотности 102^oТ и pH 4.5. В сыворотке содержится 1.3% белковых веществ. В подготовленную сыворотку при температуре 20^oC вносят 0.3 г (0.3% масс) сухого пектина, тщательно перемешивают и выдерживают 35 мин. Выделившийся осадок центрифугируют. Полнота извлечения белков составляет 96%, массовая доля белковых веществ 0.023%.

Пример 3. 200 мл творожной сыворотки подкисляют молочной кислотой до титруемой кислотности 112^oТ и pH 4.0. В сыворотке содержится 1.3% белковых веществ. В подготовленную сыворотку при температуре 25^oC вносят 0.5 г (0.5% масс) сухого пектина, тщательно перемешивают и выдерживают 35 мин. Выделившийся осадок центрифугируют. Полнота извлечения белков составляет 98%, массовая доля белковых веществ 0.01%.

Пример 4. 200 мл творожной сыворотки подкисляют молочной кислотой до титруемой кислотности 112^oТ и pH 4.0. В сыворотке содержится 1.3% белковых веществ. В подготовленную сыворотку при температуре 28^oC вносят 1.0 г (1% масс) сухого пектина, тщательно перемешивают и выдерживают 60 мин. Выделившийся осадок центрифугируют. Полнота извлечения белков составляет 95%, массовая доля белковых веществ 0.028%.

Пример 5. 200 мл творожной сыворотки подкисляют молочной кислотой до титруемой кислотности 82^oТ и pH 5.0. В сыворотке содержится 1.3% белковых веществ. В подготовленную сыворотку при температуре 20^oC вносят 0.25 г (0.25% масс) сухого пектина, тщательно перемешивают и выдерживают 10 мин. Выделившийся осадок центрифугируют. Полнота извлечения белков составляет 65%, массовая доля белковых веществ 0.18%.

Пример 6. 200 мл творожной сыворотки подкисляют молочной кислотой до титруемой кислотности 112^oC и pH 4.0. В сыворотке содержится 1.3% белковых веществ. В подготовленную сыворотку при температуре 30^oC вносят 2 г (2% масс) сухого пектина, тщательно перемешивают и выдерживают 35 мин. Выделившийся осадок центрифугируют. Полнота извлечения белков составляет 95%, массовая доля белковых веществ 0.028%.

Очищенную от белков молочную сыворотку можно использовать для производства молочного сахара, напитков и т.д., а осадок - белково-полисахаридный комплекс - в качестве пищевой добавки для производства новых продуктов питания.

Предлагаемый способ позволяет достичь качественной очистки молочной сыворотки от белков. Остаточный белок в сыворотке, очищенной по предложенному способу, составляет 0.01-0.03 %. Затраты на процесс осветления (освобождения) от белков значительно ниже, чем в способе с использованием хитозана, так как исключается процесс приготовления геля, добавляется непосредственно сухой пектин или концентрат пектина - более дешевая и доступная пищевая добавка, чем хитозан, что способствует сокращению и упрощению процесса.

Таким образом, использование пектина позволяет достичь высокой степени извлечения белковых веществ молочной сыворотки при концентрации 0.25-2.0% от массы сыворотки. Осветленная молочная сыворотка может использоваться при производстве напитков и лактозы. Сухой белково-полисахаридный продукт, полученный при осветлении сыворотки, обладает улучшенными функциональными свойствами, благодаря содержанию сывороточных белков, пектинов и минеральных веществ.

Наличие белков и пектина в составе продукта обуславливает его качественно новые структурирующие свойства и биологическую ценность. Это позволяет с использованием белково-полисахаридного комплекса получать изделия с различной заданной структурой. При этом обеспечивается полная переработка всех компонентов молока с исключением загрязнения окружающей среды.

Способ может быть использован в молочной промышленности при переработке молочной сыворотки. В молочную сыворотку при 15-30^oC вводят сухой пектин в количестве 0,25-2,0% от массы сыворотки. Смесь перемешивают и выдерживают в течение 30-35 мин при рН 4,0-5,0. Затем разделяют полученную смесь на осветленную сыворотку и белково-полисахаридный комплекс. Изобретение позволяет упростить выделение белковых веществ молочной сыворотки, повысить качество и биологическую ценность продукта. 1 з.п.ф-лы.

1. Способ обработки молочной сыворотки путем введения в нее осадителя с последующим выдерживанием смеси и отделением образовавшегося осадка, отличающийся тем, что в качестве осадителя используется пектин в количестве 0,25 - 2,0% от массы сыворотки, смесь перемешивают и выдерживают при 15 - 30^oC в течение 30 - 35 мин, при рН 4,0 - 5,0 с последующим разделением полученной смеси на осветленную сыворотку и на белково-полисахаридный комплекс. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что белково-полисахаридный комплекс подвергают сушке.