Применение мембранных технологий при производстве молочных продуктов

Мембранные методы в молочной промышленности можно использовать для нормализации исходного сырья по жиру и белку, выделения и концентрирования жировой и белковой фаз, разделения и очистки от низкомолекулярных веществ. Это позволяет создавать принципиально новые технологии продуктов с минимальными энергетическими и материальными затратами, совершенствовать существующие технологии с целью повышения качества готовых продуктов и снижения расхода сырья на единицу продукции.

Питьевое молоко и сливки

  Белковое молоко. Его технология предусматривает УФ концентрирование обезжиренного молока до массовой доли сухих веществ 11 % и 10,5 % или внесение концентрата сывороточных белков в количестве, обеспечивающем достижение указанного содержания сухих веществ для молока с массовой долей жира 1,0 % и 2,5 % соответственно. Далее концентрат нормализуют по жиру, очищают, пастеризуют при температуре 74±2 °С с выдержкой 15-20 секунд, охлаждают до температуры 4-6 °С и фасуют. Кислотность белкового молока не должна превышать 25 °Т.

  Молоко «Волжское». Технология производства предусматривает обогащение цельного молока белково-углеводной основой (БУО), полученной из сыворотки методом ультрафильтрации в количестве 20 % (массовая доля сухих веществ 10,5%). Смесь молока, БУО, обезжиренного молока пастеризуется при температуре 12±2°С с выдержкой 20 секунд и гомогенизируют при давлении 12±2,5 МПа, охлаждают до 12±5 °С и фасуют. Массовая доля жира составляет 2,0%, кислотность не более 25°Т, плотность не менее 1,030 кг/м³.

  Молоко повышенной стойкости (так называемое молоко ESL - с увеличенным сроком хранения). С недавнего времени мембранные методы стали использовать при получении стойкого в хранении молока, не подвергаемого жесткой термической обработке. Технология основана на микрофильтрации обезжиренного молока. Бактерии, споры, грибки и тому подобное концентрируются в ретентате, а очищенный фильтрат, составляющий 85-90% от первоначального объема молока, нормализуется сливками. Фасовку и упаковку такого молока предпочтительнее осуществлять в асептических условиях. Сроки его годности, по сравнению с обычным пастеризованным молоком, увеличиваются в 3-4 раза. Сегодня уже известны примеры использования в Европе нескольких установок для производства стойкого «свежего» молока на основе микрофильтрации (хотя оно, по-видимому, немного дороже, чем стерилизованное, но улучшение вкуса привлекает потенциальных потребителей).

За рубежом вырабатывается питьевое молоко 3,5; 1,5; 1,8 %, обезжиренное молоко с повышенным содержанием белка за счет использования ультрафильтрации. С помощью ультрафильтрации можно вырабатывать молоко для людей, страдающих непереносимостью лактозы.

Проведены исследования по возможности использования мембранного сепарирования (разделения) сливок с целью получения высокожирных сливок, что позволяет значительно повысить степень использования молочного жира и сухих веществ.

Кисломолочные напитки

Использование мембранных технологий, в частности ультрафильтрации исходного сырья, в производстве кисломолочных напитков способствует получению более прочных кислотных сгустков. Мембранные процессы используются для производства кефира «Таллиннского», «Особого», йогурта и др.

Кефир «Особый» вырабатывают из молочного сырья концентрацией ультрафильтрацией или нормализованного КСБ. За рубежом ультрафильтрация и обратный осмос применяют для концентрирования белка в сырье для производства йогурта.

  Напиток «Волжский» (2% жира) производят из цельного нормализованного молока, обезжиренного молока или пахты и БУО, полученной ультрафильтрацией. Нормализованную смесь гомогенизируют при температуре 62±2 °С и давлении 12±2,5 МПа, пастеризуют при температуре 92±2 °С с выдержкой 5 минут, охлаждают до температуры заквашивания 32±2 °С. БУО пастеризуют при температуре 76±2 °С с выдержкой 15-20 секунд, охлаждают до 32±2 °С и вносят в основную смесь. В смесь вносят 1-5% закваски, время сквашивания 6-8 часов до кислотности 80±5 °Т.

Сметана

В нашей стране имеется нормативная документация на производство сметаны с добавлением жидких УФ концентратов обезжиренного молока, пахты, сыворотки, а так же сухого порошка концентрата сывороточных белков (КСБ-УФ). К таким видам сметаны относят «Студенческую» (10 % жира), «Столовую» 15 %, «Домашнюю» 20 %.

Сыры

Производство сыров является одной из важных областей применения мембранных технологий. Применение ультрафильтрации в производстве сыра позволяет сократить потери белка, в два раза увеличивается производительность емкостей для производства сыра, на 50% сокращается расход сычужного фермента, хлористого кальция, улучшается качество конечного продукта. Мембранные технологии применяют при производстве мягких сыров, сыров без созревания, сливочного сыра, ряда плавленых сыров и белковой массы для их производства, регенерации сырного рассола и т.д.

Ультрафильтрация применяется в сыроделии в трех случаях:

• Предварительная концентрация сухих веществ молока с использованием коэффициента концентрации (КК) 1,5-2,0 для нормализации соотношения белка и жира, после чего следует стандартное изготовление сыра на традиционном оборудовании;

• Умеренная концентрация (КК = 3-5) и последующее производство сыра по модифицированному способу, включающему слив сыворотки. Оборудование значительно отличается от традиционно используемого;

• Концентрация до конечного содержания сухих веществ, во время которой молоко вначале обрабатывают УФ (КК = 6-8) для получения содержания сухих веществ до 35%, а затем проводится обработка для достижения типового содержания сухих веществ в сыре.

Первые два метода могут применяться для производства нескольких типов сыра, в то время как третий позволяет производить совершенно новые типы сыра.

При коэффициенте концентрации (КК) 3-5 увеличение твердости сгустка приводит к необходимости укрепить или даже специально разработать режущие и перемешивающие инструменты.

Традиционные режущие инструменты способны обрабатывать сгусток с содержанием белка приблизительно до 7%, что ограничивает коэффициент концентрации до 2.

Для обработки сгустка, вырабатываемого с помощью ультрафильтрации и коэффициентом концентрации 3-5, были разработаны машины нового типа, одна из которых показана на рис. 2.

Устройство для производства сгустка состоит из дозирующих насосов (1), клапанного блока (3), статических смесителей (2), комплекта коагуляционных труб и режущего устройства (5).

 

 

Рис.2 Принцип работы установки для производства сгустка.

 

 

1. Дозирующий насос для: а – ретентата; b – закваски; с – раствора сычужного фермента

2. Статические смесители

3. Клапаны

4. Коагулятор

5. Режущее устройство

 

Из дозирующих насосов смесь ретентата, сычужного фермента и закваски распределяется по коагуляционным трубам. Стандартная машина этого типа имеет четыре спирально закрученные коагуляционные трубы, которые защищены изоляцией и стенкой из нержавеющей стали. Изоляция нужна для поддержания необходимой температуры сычужного свертывания.

Ретентат, сычужный фермент и закваска дозируются насосами и тщательно перемешиваются в установке до попадания в трубу 1. В то время как смесь постепенно коагулирует, происходит заполнение трубы 2, а затем последовательно труб 3 и 4. Когда заполняется труба 4, содержимое трубы 1 скоагулировало и готово к опорожнению. Время, необходимое для коагуляции в трубах, регулируется скоростью дозирующего насоса. Коагуляционные трубы подводятся к режущему устройству, которое состоит из комплекта стационарных ножей и одного вращающегося ножа (рис. 4.2). Сырная масса продавливается через стационарные ножи, разрезающие ее на куски. На следующем этапе ленты сгустка разрезаются ротационным ножом, в результате чего образуются кубики, которые отправляются на последующее оборудование. Затем они обрабатываются согласно схеме производства данного сыра.                                                                                                                                   

 

Рис. 3. Режущее устройство машины для производства сгустка

1. Концы труб со стационарными горизонтальными и вертикальными ножами

2. Вращающийся нож

3. Рама

 

 

В качестве примера можно рассмотреть линию производства сыра Тильзитер используя установки для УФ в сочетании с машиной для производства сгустка описанного типа (рис. 4.).

Рис.3. Технологическая схема производства сыра Тильзитер с использованием ультрафильтрации и машины по производству сгустка.

1. Танк для хранения молока 2. Предварительная обработка, включая термизацию 3. Модуль ультрафильтрации 4. Последующая обработка ретентата, включая пастеризацию 5. Танк для смешивания 6. Дозирующий насос 7. Статические мешалки

8. Машина по производству сгустка 9. Режущее устройство 10. Наполнение форм 11. Слив сыворотки и переворачивание 12. Опорожнение форм 13. Посолка 14. Сырохранилище

 

Предварительная обработка молока такая же, как при традиционном способе производства, например, пастеризация при 72°С в течение 15 секунд. Для некоторых типов сыра молоко сквашивают до рН 6,0-6,3. Молоко концентрируется до КК = 3-5 в установке для ультрафильтрации, т. е. до общего содержания сухих веществ 25- 40%. Во время ультрафильтрации лактоза может вымываться вместе с водой, таким образом, содержание лактозы в сгустке можно регулировать, а рН - контролировать. Это необходимо для сыра, где показатель рН не должен опускаться ниже 5,1. Пермеат содержит только лактозу, некоторые минералы и небелковые компоненты.

Ретентат охлаждается до температуры сычужного свертывания (20-38°С) в зависимости от типа сыра. Ретентат проходит через установку для производства сгустка (8), из нее выходят сырные кубики (9), которые подаются в систему для формования (10).

  Сыр Домашний. Во ВНИМИ разработана технология Домашнего сыра из концентрированного обезжиренного молока, полученного ультрафильтрацией. Обезжиренное пастеризованное молоко концентрируется до содержания белка 6±0,1 %; охлаждают до 30±2 °С, вносят закваску, сычужный фермент. Хлорид кальция, сквашивают. По достижении рН 4,7-4,8 сгусток разрезают, выдерживают 30 минут, добавляют 25-30 % воды с температурой 36-38 °С. Дальнейшую обработку ведут при 45°С в соответствии с традиционной технологией.

  Сыр Фета. Представляет несомненный промышленный интерес так называемая «наливная» технология производства сыра Фета, при которой выполняется концентрация молока до м.д. СВ (36-39%). После проведения тепловой и механической обработки и ферментации молока осуществляется розлив жидкой фазы в картонную упаковку. При данной технологии образование структуры продукта происходит в самой упаковке.

Концентрация молока, предназначенного для производства сыра, в установке ультрафильтрации, рассчитанной на коэффициент концентрации КК 6-8, при последующем концентрировании ретентата при вакуумной обработке до того же самого содержания сухих веществ, как и у готового продукта (сыра), предоставляет новые возможности рационализации производства. Такие методы, кроме того, значительно уменьшают потери жира и белка.

 

Мороженое

Белковые сывороточные концентраты хорошо растворимы, имеют высокую водосвязывающую, эмульгирующую и пенообразующую способности. Их применяют в рецептурах мороженого, например, «Снегурочка». При этом улучшается консистенция мороженого, повышается его питательная ценность. Кроме того, как следствие, снижается концентрация вносимых стабилизаторов для мороженого.

 

Задания