Способ получения сухой молочной сыворотки Российский патент 2025 года по МПК A23C21/00 A23C9/144 A23J1/20 A23J3/08 

Изобретение относится к молочной промышленности и может быть использовано для получения сухой молочной сыворотки, обладающей бифидогенными свойствами.

Бифидобактерии составляют основу нормальной кишечной микрофлоры здорового человека и защищают его от неблагоприятных воздействий окружающей среды. Для поддержания и восстановления нормального уровня бифидофлоры используют бактериальные препараты или кисломолочные продукты, содержащие живые клетки бифидобактерий.

Полезные бифидогенные свойства сухой молочной сыворотки возникают в результате перегруппировки лактозы в лактулозу в щелочной среде, и получения продуктов гидролиза сывороточных белков при проведении процесса электроактивирования (щелочной гидролиз). Известные способы проведения процессов гидролиза не предполагают разделения молочной сыворотки на фракции и основаны на использовании веществ-катализаторов щелочной природы, что является весьма дорогостоящим, так как требуется дополнительная очистка молочной сыворотки, либо на применении дорогих ферментных препаратов.

В связи с этим перспективным направлением для повышения бифидогенных свойств молочной сыворотки является процесс электроактивации с применением электрофлотационной установки, которая позволяет разделять молочную сыворотку на фракции. В результате появляется возможность получить в качестве конечных продуктов бифидогенную молочную сыворотку и белковую пену, со сбалансированным аминокислотным составом. Такую пену можно рекомендовать в качестве натурального белкового обогатителя и заменителя мяса в технологии мясопродуктов при производстве колбас, а также в кондитерском и хлебопекарном производстве.

Известен способ получения сухой молочной сыворотки (RU 2299570, А 23 С 21/00, 24.10.2005), который пpeдycмaтpивaет cбop, peзepвиpoвaниe, нaгpeв, ceпapиpoвaниe, пacтepизaцию молочной сыворотки и oxлaждeниe, а после изомеризацию, сгущение и сушку сгущенной молочной сыворотки. Далее ее пoдвepгaют элeктpoaктивaции в кaтoднoм и aнoднoм пpocтpaнcтве ycтaнoвки. B кaтoднoй кaмepe пpoиcxoдит изoмepизaция лaктoзы в лaктyлoзy и щeлoчнoй гидpoлиз cывopoтoчныx бeлкoв. Oднoвpeмeннo c этими пpoцeccaми в aнoднoй кaмepe пpoиcxoдит киcлoтный гидpoлиз лaктoзы и cывopoтoчныx бeлкoв. Конечные продукты анодной и катодной камер cмeшивaют, cгyщaют и cyшaт.

Недостатком данного способа является отсутствие возможности проведения электрофлотации для разделения сыворотки на фракции в катодном пространстве установки. В результате невозможно получить одновременно бифидогенную молочную сыворотку и белковую пену, обладающей полноценным аминокислотным составом.

Ближайшим техническим решением к заявленному, является способ производства сухой молочной сыворотки (RU 2098977, А 23 С 21/00, 20.12.1997), предусматривающий ее сбор, нагревание, сепарирование, пacтepизaцию молочной сыворотки и oxлaждeниe, после - изомеризацию, сгущение и сушку сгущенной молочной сыворотки. Перед сгущением в молочной сыворотке проводят изомеризацию и мутаротацию лактозы путем введения в нее химического реагента-щелочи (гидроксид кальция) до достижения рН (11±0,5) ед. с последующим термостатированием при температуре t=(70±0,5)°С в течение 15-25 мин с последующей нейтрализацией кислой сывороткой.

Недостатком прототипа является увеличение стоимости сухой молочной сыворотки за счет внесения химического реагента и необходимости дополнительной деминерализации, что требует сложного оборудования и временных затрат. Необходимость проведения деминерализации объясняется, тем, что насыщение минералами кальция ухудшает органолептические показатели и растворимость сухой молочной сыворотки, что негативно отражается на ее дальнейшем использовании в других отраслях промышленности (производство молочных продуктов и колбасных изделий).

Технической задачей, на решение которой направлен заявленный способ, является создание возможности разделения молочной сыворотки на фракции, снижение энергетических, материальных затрат и интенсификация процесса электрохимической активации молочной сыворотки.

Для решения поставленной технической задачи предложен способ получения сухой молочной сыворотки, характеризующийся тем, что творожная сыворотка с титруемой кислотностью K=65 °T и содержанием лактозы 4,3 % из резервуара для промежуточного хранения подается в секцию регенерации пастеризационно-охладительной установки для нагревания, затем она направляется в саморазгружающийся сепаратор для очистки от жира и казеиновой пыли, далее молочную сыворотку пастеризуют в пастеризационно-охладительной установке при температуре t=75 °C, затем для проведения процесса электроактивации сыворотку помещают в катодное пространство электрофлотационной установки, в анодное пространство в качестве электролита помещают раствор электролита NaCl при этом на установку подается напряжение U=20 B и потребляемый ток составляет I=150 мА, продолжительность процесса электроактивирования составляет 15 мин, полученную методом электрофлотации пену на поверхности молочной сыворотки отделяют, собирают и концентрируют под воздействием ультрофиолетовых лучей до содержания сухих веществ 27-30 %, активная кислотность отделенной сыворотки по окончании процесса электрофлотации составляет рН 11±5 ед, далее оставшийся раствор молочной сыворотки перемещают в промежуточную емкость, где выдерживают при 70±5°C в течение 15-25 мин, затем изомеризованный раствор молочной сыворотки подкисляют сывороткой с титруемой кислотностью К=200±15°Т до значения рН 7,5±0,5 ед., после сгущают при t= 60±2°C до содержания сухих веществ 45±5 % и направляют на распылительную сушилку, при этом массовая доля лактулозы в сухой молочной сыворотке составляет 20-25 %, продуктов гидролиза сывороточных белков - 30-40 %.

Технический результат изобретения заключается в получении в процессе электроактивации не только бифидогенной молочной сыворотки с лактулозой, но и белковой пены со сбалансированным аминокислотным составом с помощью электрофлотационной установки, а также снижение энергетических, материальных затрат и ускорение процесса производства за счет отказа от использования химических реагентов-катализаторов и исключения этапа деминерализации сыворотки.

Изомеризацию проводят методом электрохимической активации молочной сыворотки на установке для электрофлотационного разделения компонентов. Установка устроена следующим образом. Двухкамерная емкость заполнена раствором электролита в воде. В нижнюю часть одной из камер помещен графитовый анод. Выше анода расположен катод, который изготовлен из тонкой (размер ячейки 0,2 мм) сетки (нержавеющая сталь). Между анодом и катодом располагается ацетатцеллюлозная мембрана с порами диаметром около 10 нм. На установку подается постоянное напряжение, подаваемое между катодом и анодом - 20 В и сила тока 150 мА. На катод наливают сыворотку. В процессе электрофлотации через сыворотку проходит поток пузырьков воздуха, на которых адсорбируются полноценные по аминокислотному составу белки молочной сыворотки и переходят в пену. Полученную пену отделяют, собирают и концентрируют под воздействием ультрофиолетовых лучей до содержания сухих веществ 27-30 %. Выделяющиеся на аноде пузырьки кислорода не пропускает мембрана, и они всплывают в левой камере. Пузырьки кислорода необходимо удалять, чтобы в области над катодом образовалась однородная газовая эмульсия. Кроме того, предотвращается окисление компонентов сыворотки в ходе флотации. На краях катода имеются отверстия, которые служат для предотвращения образования газовой подушки под катодом, через них газы покидают подкатодное пространство.

Способ производства сухой молочной сыворотки заключается
в следующем.

Осуществляют сбор, резервирование, нагревание, сепарирование, пастеризацию молочной сыворотки, а после - ее охлаждение, изомеризацию, сгущение и сушку сгущенной молочной сыворотки. В молочной сыворотке проводят изомеризацию лактозы в лактулозу, а также разделение на молочную сыворотку и белковую пену с помощью электрофлотационной установки. На установку подается постоянное напряжение, подаваемое между катодом и анодом - 20 В и сила тока 150 мА.

В результате электроактивирования рН сыворотки, помещенной в катодное пространство установки, изменяется и достигает значения рН (11±0,5) ед., в анодном пространстве происходит снижение кислотности электролита раствора NaCl до значения рН (2,5±0,5) ед. При этом в результате проведения электрофлотации получают белковую пену на поверхности молочной сыворотки, которую отделяют, собирают и концентрируют под воздействием ультрофиолетовых лучей до содержания сухих веществ 27-30 %. После осуществляют процесс термостатирования отделенной молочной сыворотки при температуре t=(70±5)°С в течение 15-25 мин.

При этом происходит изомеризация 20-25 % лактозы в лактулозу, а также гидролиз сывороточных белков порядка 30-40 %, продукты распада которых также обладают бифидогенными свойствами. Выбор заданного диапазона значений рН раствора объясняется тем, что при более низких значениях рН количество акцепторов протонов (ОН-группа) недостаточно для проведения реакции изомеризации лактозы, с другой стороны, при увеличении значения рН количество лактулозы практически не изменяется при этом резко увеличиваются энергетические и материальные затраты. Данный диапазон температур изомеризации лактозы выбран на основании того, что при ее понижении образование лактулозы затормаживается или прекращается, а при повышении температуры увеличиваются энергозатраты при незначительном увеличении интенсивности технологического процесса.

Затем осуществляют нейтрализацию изомеризованной сыворотки кислой сывороткой с титруемой кислотностью К=(200±15)°Т, до достижения рН (7,5±0,5) ед. Далее проводят сгущение полученного раствора при t= (60±2)°C до содержания сухих веществ СВ (45±5) % и сушку на распылительной сушилке. В результате получают бифидогенный продукт - молочную сыворотку с лактулозой и продуктами гидролиза молочного белка (расщепленные пептиды и аминокислоты), а также белковую пену со сбалансированным аминокислотным составом.

Пример 1 (прототип). Творожная сыворотка с титруемой кислотностью K=65°T и содержанием лактозы 4,0 % из резервуара для промежуточного хранения подается в секцию регенерации пастеризационно-охладительной установки для нагревания и затем направляется в саморазгружающийся сепаратор для очистки от жира и казеиновой пыли. Далее молочную сыворотку пастеризуют в пастеризационно-охладительной установке. Температура пастеризации t=(73-75)°C и выдержка 15 с. Допускается хранение пастеризованной сыворотки при температуре t=(6-10)°C не более 24 ч. Изомеризацию лактозы в лактулозу и мутаротацию лактозы проводят в емкости из нержавеющей стали, оснащенной рубашкой и мешалкой. Для этого вносят гидроксид кальция в количестве 0,7 % к массе сыворотки (при этом рН сыворотки достигает 10,93 ед.). Сыворотку предварительно греют до 65°C и фильтруют через 3 слоя марли. Сыворотку вместе с гидроксидом кальция выдерживают в течение 15 мин., перемешивая при постоянной температуре 65°C. Полученный раствор молочной сыворотки подкисляют сывороткой с титруемой кислотностью К=185°Т до значения рН 7,5 ед., сгущают при t= 60°C до содержания сухих веществ 50 % и направляют на распылительную сушилку. При этом массовая доля лактулозы в сухой молочной сыворотке - 6,2 %, продуктов гидролиза сывороточных белков - 30 %.

Пример 2. Творожная сыворотка с титруемой кислотностью K=65°T и содержанием лактозы 4,3 % из резервуара для промежуточного хранения подается в секцию регенерации пастеризационно-охладительной установки для нагревания. Затем она направляется в саморазгружающийся сепаратор для очистки от жира и казеиновой пыли. Далее молочную сыворотку пастеризуют в пастеризационно-охладительной установке. Температура пастеризации t=75°C. Допускается хранение пастеризованной сыворотки при температуре t=(6-10)°C не более 24 ч. Для проведения процесса электроактивации сыворотку помещают в катодное пространство электрофлотационной установки, в анодное пространство в качестве электролита помещают раствор NaCl. При этом на установку подается напряжение U=20 B и потребляемый ток составляет I=150 мА, продолжительность процесса электроактивирования - 15 мин. Полученную методом электрофлотации пену на поверхности молочной сыворотки отделяют, собирают и концентрируют под воздействием ультрофиолетовых лучей до содержания сухих веществ 30 %. Активная кислотность отделенной сыворотки по окончании процесса - рН 11,5 ед. Далее оставшийся раствор молочной сыворотки перемещают в промежуточную емкость, где выдерживают при 75°C в течение 25 мин. Затем изомеризованный раствор молочной сыворотки подкисляют сывороткой с титруемой кислотностью К=215°Т до значения рН 7,5 ед., после сгущают при t= 62°C до содержания сухих веществ 45 % и направляют на распылительную сушилку. При этом массовая доля лактулозы в сухой молочной сыворотке составляет 20 %, продуктов гидролиза сывороточных белков - 35 %.

Пример 3. Творожная сыворотка с титруемой кислотностью K=65°T и содержанием лактозы 4,3 % из резервуара для промежуточного хранения подается в секцию регенерации пастеризационно-охладительной установки для нагревания. Затем она направляется в саморазгружающийся сепаратор для очистки от жира и казеиновой пыли. Далее молочную сыворотку пастеризуют в пастеризационно-охладительной установке. Температура пастеризации t=75°C. Допускается хранение пастеризованной сыворотки при температуре t=(6-10)°C не более 24 ч. Для проведения процесса электроактивации сыворотку помещают в катодное пространство электрофлотационной установки, в анодное пространство в качестве электролита помещают раствор NaCl. При этом на установку подается напряжение U=20 B и потребляемый ток составляет I=150 мА, продолжительность процесса электроактивирования - 15 мин. Полученную методом электрофлотации пену на поверхности молочной сыворотки отделяют, собирают и концентрируют под воздействием ультрофиолетовых лучей до содержания сухих веществ 29 %. Активная кислотность отделенной сыворотки по окончании процесса - рН 11,31 ед. Далее оставшийся раствор молочной сыворотки перемещают в промежуточную емкость, где выдерживают при 70°C в течение 17 мин. Затем изомеризованный раствор молочной сыворотки подкисляют сывороткой с титруемой кислотностью К=200°Т до значения рН 7,1 ед., после сгущают при t= 60°C до содержания сухих веществ 43 % и направляют на распылительную сушилку. При этом массовая доля лактулозы в сухой молочной сыворотке составляет 22,3 %, продуктов гидролиза сывороточных белков - 37 %.

Предложенный способ производства молочной сыворотки позволяет:

- снизить энергетические и материальные затраты процесса электрохимической активации при проведении электрофлотации молочной сыворотки за счет исключения дорогостоящих химических реагентов-катализаторов и сложного оборудования;

- получить белковую пену со сбалансированным аминокислотным составом в результате использования электрофлотационной установки для разделения компонентов, что, безусловно, позволяет использовать ее в качестве натурального белкового обогатителя, позволяющего заменить дорогостоящее сырье в мясоперерабатывающей отрасли при производстве колбасных изделий.

- интенсифицировать процесс изомеризации молочной сыворотки, исключив при этом дополнительный этап деминерализации молочной сыворотки и внесения химических реагентов-катализаторов.

Изобретение относится к молочной промышленности. Раскрыт способ получения сухой молочной сыворотки, характеризующийся тем, что творожную сыворотку подают в секцию регенерации пастеризационно-охладительной установки для нагревания, затем ее направляют в сепаратор, далее сыворотку пастеризуют в пастеризационно-охладительной установке при температуре 75°С и помещают в катодное пространство электрофлотационной установки, в анодное пространство помещают раствор электролита NaCl, на установку подают напряжение U=20 B, а потребляемый ток составляет I=150 мА, продолжительность электроактивирования 15 мин, активная кислотность отделенной сыворотки по окончании электрофлотации составляет рН 11±5, далее раствор молочной сыворотки перемещают в промежуточную емкость, где выдерживают при 70±5°С в течение 15-25 мин, затем подкисляют сывороткой с титруемой кислотностью K=200±15°Т до рН 7,5±0,5, сгущают при 60±2°С до содержания сухих веществ 45±5% и направляют на распылительную сушилку, при этом массовая доля лактулозы в сухой молочной сыворотке 20-25%, продуктов гидролиза сывороточных белков - 30-40%. Изобретение позволяет получить в процессе электроактивации бифидогенную молочную сыворотку с лактулозой, а также ускорить процесс производства. 3 пр.

Способ получения сухой молочной сыворотки, характеризующийся тем, что творожная сыворотка с титруемой кислотностью K=65°T и содержанием лактозы 4,3 % из резервуара для промежуточного хранения подается в секцию регенерации пастеризационно-охладительной установки для нагревания, затем она направляется в саморазгружающийся сепаратор для очистки от жира и казеиновой пыли, далее молочную сыворотку пастеризуют в пастеризационно-охладительной установке при температуре t=75°С, затем для проведения процесса электроактивации сыворотку помещают в катодное пространство электрофлотационной установки, в анодное пространство в качестве электролита помещают раствор электролита NaCl, при этом на установку подается напряжение U=20 B и потребляемый ток составляет I=150 мА, продолжительность процесса электроактивирования составляет 15 мин, активная кислотность отделенной сыворотки по окончании процесса электрофлотации составляет рН 11±5, далее раствор молочной сыворотки перемещают в промежуточную емкость, где выдерживают при 70±5°С в течение 15-25 мин, затем изомеризованный раствор молочной сыворотки подкисляют сывороткой с титруемой кислотностью K=200±15°Т до значения рН 7,5±0,5, после сгущают при t=60±2°С до содержания сухих веществ 45±5% и направляют на распылительную сушилку, при этом массовая доля лактулозы в сухой молочной сыворотке составляет 20-25%, продуктов гидролиза сывороточных белков – 30-40%.