Способ получения концентрата молочной сыворотки

Способ предусматривает проведение процессов сгущения творожной сыворотки до содержания массовой доли сухих веществ 48-52%, структурообразования путем нагрева сгущенной сыворотки до 64-68°С с выдержкой 1,5-2 часа с последующим перемешиванием и охлаждением в течение 3,5-4 часов со скоростью 14-16 град./ч и расфасовки. При структурообразовании после перемешивания и охлаждения определяют реологические характеристики продукта: напряжение сдвига должно быть не менее 200 Па, а эффективная вязкость не менее 125·10³ Па·с. Расфасовку продукта осуществляют в потребительскую тару по достижении заданных величин. Получают быстрорастворимый незатвердевающий продукт, обладающий высокими структурообразующими свойствами. Способ позволяет улучшить качество продукта, снизить энергетические затраты и сократить время процесса. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к молочной промышленности и может быть использовано в молочной промышленности для получения концентрата молочной сыворотки пищевого назначения.

Известен способ получения концентрата молочной сыворотки, включающий сгущение молочной сыворотки до массовой доли сухих веществ 58-62%, проведение процесса структурообразования в два этапа. На первом этапе в молочную сыворотку вносят сухую мелкокристаллическую метилцеллюлозу с размером частиц 2-10 мкм при 55-60°С в количестве 1,0-3,0% от массы сгущенной сыворотки с последующим перемешиванием и выдержкой в течение 10-15 мин. На втором этапе проводят охлаждение до 22-25°С, при этом активность воды в продукте составляет 0,72-0,78 [1. А.с. №1542519, МПК А23С 21/00].

Основной недостаток указанного способа состоит в сложности получения сгущенной сыворотки с массовой долей сухих веществ 58-62% на серийном оборудовании предприятий молочной промышленности. Использование метилцеллюлозы - структурообразователя немолочного происхождения ограничивает область применения концентрата.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ получения концентрата молочной сыворотки, предусматривающий сгущение молочной сыворотки до содержания массовой доли сухих веществ 48-52%, структурообразование в два этапа, расфасовку. На первом этапе сгущенную сыворотку нагревают до 64-68°С и выдерживают в течение 1,5-2 часов с последующим перемешиванием и охлаждением в течение 3,5-4 часов со скоростью 14-16 град./ч, на втором этапе структурообразование ведут до получения массовой доли сухих веществ 52-56% [2. Патент РФ №2144773, МПК А23С 21/00].

Основными недостатками данного способа являются отсутствие показателей, определяющих готовность продукта, что сказывается на качестве готового концентрата, высокие энергетические затраты за счет повторного нагревания продукта по завершении процесса структурообразования, длительность процесса получения продукта за счет проведения структурообразования в резервуаре.

Задачей предлагаемого технического решения является улучшение качества продукта, определение готовности продукта, снижение энергетических затрат и сокращение времени технологического процесса.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения концентрата молочной сыворотки, включающем проведение процессов сгущения молочной сыворотки до содержания массовой доли сухих веществ 48-52%, структурообразования путем нагревания сгущенной молочной сыворотки до 64-68°С с выдержкой 1,5-2 ч с последующим перемешиванием и охлаждением в течение 3,5-4 ч со скоростью 14-16 град./ч, расфасовку, после перемешивания и охлаждения определяют реологические характеристики продукта, а именно напряжение сдвига, величина которого должна быть не менее 200 Па, и эффективную вязкость, величина которой должна быть не менее 125·10³ Па·с, расфасовку продукта осуществляют в потребительскую тару по достижении заданных величин, а затем продукт выдерживают. Причем реологические характеристики определяют инструментальным способом.

Способ осуществляется следующим образом: исходную натуральную молочную сыворотку, полученную после выработки творога, направляют на сгущение и сгущают до содержания массовой доли сухих веществ 48-52%. Сгущение ниже 48% не обеспечивает необходимые для образования продукта концентрации сывороточных белков и лактозы, выше 52% приводит к излишним затратам энергии на сгущение и нарастанию вязкости, что затрудняет работу вакуум-аппарата.

Затем проводят процесс структурообразования сгущенной молочной сыворотки. Его проведение обеспечивает химическое связывание влаги, что повышает массовую долю сухих веществ в готовом продукте, а также изменяет структуру продукта. Сгущенная сыворотка, не прошедшая структурообразования, имеет текучую консистенцию, не обладает структурирующими свойствами и не может являться структурообразователем при использовании в качестве компонента других пищевых продуктов, в то время как готовый концентрат молочной сыворотки используют в качестве структурообразующего вещества.

В качестве структурообразователя используют собственные сывороточные белки и лактозу, поэтому операции процесса структурообразования направлены на изменение этих компонентов. Для структурирования сывороточных белков сгущенную сыворотку нагревают в резервуаре до 64-68°С и выдерживают при этой температуре в течение 1,5-2 часов. В результате длительного воздействия высокой температуры происходят конформационные изменения макромолекул белка, приводящие к образованию агрегатов макромолекул, которые являются частицами дисперсной фазы. Высокая концентрация таких частиц приводит к возникновению контактов между ними и появлению объемной структуры геля, характеризующейся определенными твердообразными механическими свойствами. Температура нагревания ниже 64°С недостаточна для изменения пространственной структуры молекул сывороточных белков, и гелеобразования не происходит. Температура нагревания выше 68°С приводит к значительному нарастанию вязкости продукта, что замедляет процесс диффузии молекул лактозы и увеличивает продолжительность технологического процесса, а также к необратимым нежелательным изменениям молекул сывороточного белка, в частности к их коагуляции и седиментации.

Далее проводят структурирование лактозы в течение 3,5-4 ч путем перемешивания и охлаждения со скоростью 14-16 град./ч, что приводит к образованию мелких кристаллов и равномерному распределению их по объему продукта. Пространственная сетка геля удерживает кристаллы лактозы во взвешенном состоянии, препятствуя их осаждению на дно резервуара.

Перемешивание и охлаждение со скоростью менее 14 град./ч вызывает нежелательное укрупнение и осаждение кристаллов на дно резервуара. Перемешивание и охлаждение со скоростью более 16 град./ч приводит к необратимому механическому разрушению геля и также осаждению кристаллов лактозы на дно резервуара.

После перемешивания и охлаждения определяют реологические характеристики продукта, а именно напряжение сдвига, величина которого должна быть не менее 200 Па, и эффективную вязкость, величина которой должна быть не менее 125·10³ Па·с. Определение реологических характеристик осуществляют инструментальным способом, например с помощью ротационного вискозиметра «Реотест 2», а расфасовку продукта проводят в потребительскую тару по достижении заданных величин. В потребительской таре процесс структурообразования продолжается за счет связывания влаги структурированными сывороточными белками кристаллогидратами лактозы. Вследствие увеличения содержания массовой доли сухих веществ реологические характеристики продукта нарастают. Для напряжения сдвига средняя скорость нарастания составляет 23 Па/ч в течение 10 часов.

Готовность концентрата целесообразно определять с помощью параметров, характеризующих его структуру по окончании охлаждения продукта. При этом величина напряжения сдвига определяет консистенцию продукта, а величина эффективной вязкости - структурированность, или прочность структуры геля. Выбранные же в условиях производства основные параметры контроля, а именно величины скорости охлаждения и его конечная температура не позволяют определите степень готовности продукта и оценить его структурные характеристики. Практика показала, что при поддержании рекомендуемых параметров ведения производственного процесса качество продукта не всегда соответствовало нормам, регламентируемым технологической инструкцией по производству концентрата молочной сыворотки, а именно продукт не обладал необходимыми прочностными характеристиками.

Концентрат молочной сыворотки используется в качестве структурообразователя в производстве различных пищевых продуктов, таких как хлеб, майонез и др. В лабораторных условиях была произведена выработка майонеза с использованием КМС, произведенным по предлагаемой нами технологии, которая подтвердила, что концентрат стабилизировал реологические свойства муки в составе майонеза. Присущие концентрату молочной сыворотки функциональные структурообразующие свойства возникают в процессе структурообразования в результате направленных физико-химических изменений компонентов концентрата, а именно сывороточного белка и лактозы.

Значения величин напряжения сдвига и эффективной вязкости являются показателями готовности продукта и позволяют определить, обладает ли концентрат необходимыми функциональными свойствами.

Значение эффективной вязкости концентрата молочной сыворотки менее 125·10³ Па·с при напряжении сдвига менее 200 Па указывает на то, что не достигнуты необходимые изменения сывороточного белка и лактозы, не сформировалась объемная структура геля, продукт не имеет требуемой консистенции и, следовательно, не обладает функциональными свойствами, присущими концентрату молочной сыворотки. В этом случае возможно использование продукта для иных, возможно кормовых, целей.

Достижение значений величины эффективной вязкости не менее 125·10³ Па·с при напряжении сдвига не менее 200 Па по завершении перемешивания охлаждения указывает на то, что в продукте сформировалась необходимая объемная структура геля. В этом случае в результате процессов структурообразования достигнуты необходимые конформационные изменения макромолекул белка, между макромолекулами образовано достаточное количество химических связей, получена достаточно прочная пространственная структура геля, удерживающая во взвешенном состоянии кристаллы лактозы и придающая концентрату молочной сыворотки необходимые функциональные свойства. Консистенция такого продукта соответствует требованиям, предъявляемым к качеству концентрата молочной сыворотки технологической инструкцией.

После расфасовки в потребительскую тару продукт выдерживают. При этом происходит дальнейшее структурообразование, что выражается в росте кристаллов лактозы и набухании белков. Кристаллы лактозы помимо связывания влаги несут функцию разрыхлителя концентрата, так как в молочной сыворотке количество лактозы в несколько раз превышает количество сывороточных белков.

Проведение окончательного структурообразования в резервуаре требует повторного нагревания концентрата, которое приводит к нарушению уже сформировавшейся структуры готового продукта, поэтому выдерживание проводят в потребительской таре после расфасовки.

Время технологического процесса и цикл работы емкостного оборудования сокращают за счет исключения повторного нагревания концентрата и выдерживания продукта в таре, что составляет в среднем около 13 часов. Энергетические затраты при этом уменьшают за счет того, что исключают повторное нагревание концентрата.

Пример 1. Натуральную творожную сыворотку с массовой долей сухих веществ 6% сгущают до содержания массовой доли сухих веществ 50%. Сгущенную сыворотку направляют в резервуар с рубашкой и мешалкой, где нагревают до 66°С и выдерживают при этой температуре в течение 2 ч. Затем продукт перемешивают и охлаждают в течение 4 ч со скоростью 15 град./ч. После перемешивания и охлаждения с помощью ротационного вискозиметра «Реотест 2» определяют реологические характеристики продукта, а именно величину напряжения сдвига и эффективной вязкости. В результате измерения получены значения величины напряжения сдвига 200 Па и эффективной вязкости 132·10³ Па·с. После измерения концентрат фасуют в потребительскую тару и хранят при температуре не выше 21°С. Цвет продукта зеленовато-кремовый. Консистенция во время розлива вязкая. В таре процесс структурообразования продолжается. Нарастание напряжения сдвига при температуре 21°С составляет 23 Па/ч, что повышает функциональные свойства концентрата. По завершении процесса структурирования в таре консистенция полутвердая крошливая.

В результате осуществления способа получают быстрорастворимый незатвердевающий продукт, обладающий высокими структурообразующими свойствами, что обуславливает целесообразность его использования в хлебобулочной, кондитерской, майонезной и других пищевых отраслях.

Своевременное определение готовности продукта с помощью реологических характеристик позволяет улучшить качество продукта, более того, снизить энергетические затраты и сократить время процесса производства за счет исключения операции выдерживания в резервуаре, что, соответственно, исключает повторное нагревание концентрата при расфасовке.

Предложенный способ производства концентрата молочной сыворотки опробован в производственных условиях на заводе ГУП ВНИМИ Сибирь г.Омска. Результаты производственной выработки подтвердили улучшение качества продукта, уменьшение энергетических затрат и сокращение времени на проведение процесса производства по сравнению с имеющимися аналогичными способами.

Источники информации

1. Авторское свидетельство SU 1542519, МПК А23С 21/00.

2. Патент RU 2144773, МПК А23С 21/00.

1. Способ получения концентрата молочной сыворотки с проведением процессов сгущения молочной сыворотки до содержания массовой доли сухих веществ 48-52%, структурообразования путем нагрева сгущенной сыворотки до 64-68°С с выдержкой 1,5-2 ч с последующим перемешиванием и охлаждением в течение 3,5-4 ч со скоростью 14-16 град./ч, расфасовки, отличающийся тем, что при структурообразовании после перемешивания и охлаждения определяют реологические характеристики продукта, а именно напряжение сдвига, величина которого должна быть не менее 200 Па и эффективную вязкость, величина которой должна быть не менее 125·10³ Па·с, а расфасовку продукта осуществляют в потребительскую тару по достижению заданных величин, затем продукт выдерживают.

2. Способ получения концентрата молочной сыворотки по п.1, отличающийся тем, что определение реологических характеристик продукта осуществляют инструментальным способом, например с помощью ротационного вискозиметра "Реотест 2".