Необходимой чертой современных технологий получения продуктов является стремление уменьшить риски и увеличить эффективность производства путём разработки средств и методов повышения стойкости сырья, комплексности переработки и вовлечение в структуру производства продовольствия нетрадиционных видов сырья, применения новых физических и биохимических методов его обработки, вовлечение новых материалов для обеспечения наилучших условий хранения продукции.
Появление качественно новых технологий, как правило, достаточно редкий, требующий длительной теоретической и экспериментальной проработки процесс. Несмотря на высокий динамизм развития науки и техники, скорость внедрения и эффективность использования подобных технологий мало предсказуемы [11].
Ярким примером является ситуация, сложившаяся с переработкой молочной сыворотки. За рубежом широкое развитие и использование мембранных методов обработки не только способствовало увеличению промышленных объемов переработки сыворотки, но и появлению востребованных рынком новых видов концентратов белков и целого ряда других продуктов. В нашей стране недооценка роли данной техники и недостаточные объемы финансирования, в значительной степени тормозят проблему промышленной переработки сыворотки.
Научные исследования в области применения мембранной техники в отечественной молочной промышленности были начаты во второй половине 1970;х годов, и уже в 1977 были выданы исходные требования на проектирование УФ-установок на мембранах первого поколения. С 1983 года Минхимпрому СССР было дано задание по освоению серийного производства мембран второго поколения. Тогда как, внедрение процессов УФ и ООС в мире началось в 1950;1960;е годы после создания полимерных мембран первого поколения (на основе ацететцеллюлозы) — в 1970;е годы появились мембраны второго поколения (на основе полисульфона), а затем и мембраны третьего поколения (метоллокерамические). Наиболее широкое применение для переработки молочного сырья мембранные процессы нашли в США, Франции, Дании, Нидерландах, Новой Зеландии, Австралии и Японии.
Внедрение мембранных технологий в молочной промышленности в то время задерживалось по таким причинам как небольшой выпуск мембранной техники (лишь 40 установок, вместо 130), неработоспособность большинства установок, не организовано производство технических моющих средств для мембранной техники.
На сегодняшний день в отрасли не меньше проблем, чем 20−30 лет назад, хотя сущность и приоритетность их изменилась, в частности, появился свободный доступ к технологиям и технике любых мировых компаний, накопивших огромный опыт за последние десятилетия. Ни в коем случае не следует пытаться самим пройти этот путь снова — это невозможно: нет материально-технической базы, кадров, средств и т. д.
Наиболее очевидна целесообразность использование мембранных процессов для переработки сыворотки с целью извлечения из нее отдельных компонентов, в первую очередь белковых. Реализуя штучные проекты различных мембранных процессов и доказывая их успешность для России, можно будет добиться того, чтобы эти технические решения стали широким достоянием отрасли. И тогда, возможно, «второе пришествие» в нее нанотехнологий будет вполне успешным [30].
Перспективным направлением промышленной переработки молочной сыворотки является получение сгущенных и сухих концентратов с регулируемым углеводным и аминокислотным составом. Производство подобных концентратов позволит решить две проблемы: рациональное использование. вторичных ресурсов молокоперерабатывающей промышленности на пищевые цели;
— создание добавок для различных отраслей пищевой промышленности с заданными физиологическими и функциональными свойствами.
В целом, развитие новых технологий ограничено так же требованиями к безопасности продовольственных товаров, различными отраслевыми и законодательными мерами и потребительскими предпочтениями конечного потребителя [19]. На современном этапе наличие эффективных технологий переработки молочной сыворотки является важным инструментом экономического развития предприятий.
Проблемой является необходимость организации централизованного сбора сыворотки на предприятиях с целью обеспечения ее рентабельной и крупномасштабной переработки. При этом следует использовать положительный опыт передовых стран, в которых на перерабатывающие предприятия достаточно значительная часть сыворотки доставляется в подсгущенном виде. Следует так же учитывать, что в ближайшее время производство сухой сыворотки останется основным сегментом ее промышленной переработки. В то же время совершенно ясно, что без возрождения производства молочного сахара и более широкого использования современных технологий вопросы эффективной переработки сыворотки решить не удастся [19].
Для их освоения необходима разработка методов и технических средств для переработки различных видов молочной сыворотки, направленных на регулирование ее белкового, углеводного, минерального и кислотного состава, а также физико-химических свойств с получением сухих и сгущенных концентратов. Особое значение при этом имеет создание системы унификации свойств поступающей на переработку сыворотки, разнообразие которой связано не только с различиями ее видов, но и со спецификой и различиями в технических и технологических условиях ее получения на различных предприятиях.
В последние годы уделяется усиленное внимание глубокой переработке молочной сыворотки — получению производных из отдельных компонентов (гидролизаты белков и производные лактозы). Следует отметить, что продукты гидролиза (аминокислоты, глюкоза и галактоза) это превосходные компоненты при составлении рецептур здоровой пищи, так называемых продуктов функционального питания.
В работе рассмотрена проблема переработки технологических фракций (пермеат и ретентант) молочной сыворотки, с применением современных биотехнологий для получения продуктов и пищевых добавок с регулируемым углеводным и аминокислотным составом.
Целью диссертационной работы является разработка технологии пищевых концентратов на основе ферментативного гидролиза лактозы и протеолиза сывороточных белков с применением современных мембранных и электрофизических методов обработки технологических фракций молочной сыворотки.
На защиту выносятся следующие основные положения и результаты работы:
• научно-техническое обоснование выбора направления исследований и целесообразности разработки биотехнологии концентратов с регулируемым углеводным и аминокислотным составом на основе технологических фракций молочной сыворотки;
• результаты экспериментальных исследований с анализом закономерностей процессов ферментативного гидролиза лактозы из пермеата творожной сыворотки и оптимизированные технологические параметры производства гидролизата лактозы;
• результаты экспериментальных исследований с анализом закономерностей процессов ферментативного гидролиза ультраконцентрата творожной сыворотки ферментом панкреатин и оптимизированные технологические параметры производства гидролизата сывороточных белков;
• технология и аппаратурное оформление процесса производства концентрата сывороточных белков гидролизованных и концентрата с гидролизованной молочной сывороткой;
• анализ экономической эффективности и экологической безопасности разработанной технологии.
выводы.
1. На основании анализа современных тенденций развития молочной N промышленности и пищевой биотехнологии обосновано применение молочной сыворотки в качестве сырья для получения концентратов с гидролизованными компонентами, на принципах логистики ресурсосбережения.
2. Экспериментально доказана целесообразность использования методов ферментативного гидролиза лактозы и сывороточных белков с предварительным применением электрохимической активации технологических фракций молочной сыворотки.
3. Использование процесса лазерной активации («ноу-хау») позволяет сократить дозу внесения препарата «Лактоканесцин» на 30 — 50% при сохранении стабильно высоких значений степени гидролиза лактозы (не менее 50% от исходной концентрации лактозы в пермеате).
4. Установлены оптимальные условия протекания процесса биотрансформации лактозы в пермеате творожной сыворотке, позволяющие достичь степени гидролиза на уровне 80% от исходной концентрации лактозы: электрохимическая активация фильтрата до достижения рН (4,5±0,25), термостатирование в течение 2,5−3 часов при температуре (53,75+2,25) °С. Приоритет подтвержден патентом РФ.
5. Изучены особенности ферментативного гидролиза сывороточных белков в ультраконцентрате (ретентате) творожной сыворотки с использованием процесса электроактивации, в качестве регулятора активной кислотности среды.
6. Установлены условия протекания гидролиза сывороточных белков с максимальным выходом целевых продуктов гидролиза: термостатирование в течение 13−15 часов при температуре (48−53) °С, электрохимическая активация концентрата до значений рН (8,8−9,3), при этом концентрация аминного азота составляет 40−45 мг%.
7. Результаты экспериментальных исследований легли в основу разработки ресурсосберегающей биотехнологии концентратов с гидролизо ванными компонентами молочной сыворотки нормируемого состава. По результатам исследований и опытно-промышленных выработок разработан стандарт организации на концентрат сывороточных белков гидролизованный и концентрат гидролизованный из молочной сыворотки.
8. Маркетинговая и технико-экономическая оценка разработанной биотехнологии концентрата с гидролизованными сывороточными белками, подтвердила ее безотходность и конкурентоспособность.
9. Экологический мониторинг, определение рисков и критических контрольных точек, с использованием принципов НАССР для разработанной биотехнологии, подтвердили ее полную безопасность.
