Переработка подсырной сыворотки давно превратилась из «экологической повинности» в высокодоходный бизнес. Предприятиями Республики Беларусь успешно освоены современные технологии ее сбора и первичной переработки, а также нанофильтрации для предварительного концентрирования и частичной деминерализации. Сейчас на заводах удивляет скорее отсутствие кристаллизаторов, чем их наличие, а споры технологов вызывает не необходимость собственно процесса кристаллизации, а, пожалуй, оптимальное количество (3 или 4) кристаллизаторов и особенности режимов охлаждения. Однако все это так гладко, пока мы не касаемся переработки сложных видов сыворотки: творожной, казеиновой, подсырной соленой.
В рамках реализации «Программы переработки молочной сыворотки и производства сухих молочных продуктов в Республике Беларусь на 2008–2010 гг.» совместные усилия ученых РУП «Институт мясо-молочной промышленности» и специалистов предприятий позволили системно подойти к проблеме и достигнуть значительных результатов (табл. 1) в обосновании и внедрении технологий переработки
любых видов сыворотки (рис. 1). При этом мы опирались на фундаментальные результаты трудов А.Г.Храмцова, Е.И.Мельниковой, И.А.Евдокимова, Г.Б.Гаврилова и других ученых, работавших в направлении развития технологий комплексной переработки молочного сырья [1–5].
В связи с переходом на высокопроизводительные линии производства сыра практически повсеместно произошел отказ от его посолки в зерне, вследствие чего вопрос переработки соленой сыворотки потерял свою остроту, а общее снижение производства казеина в пользу более высокомаржинальных продуктов соответственно сократило количество казеиновой сыворотки в разы по сравнению с 2008–2009 гг. Таким образом, на настоящий момент в Республике Беларусь сложилась ситуация, когда
основным незадействованным резервом увеличения количества поступающей на переработку сыворотки являются растущие объемы сыворотки творожной, производство которой в нашей стране растет темпами более 20 % в год. С позиции дальнейшей переработки технологическими характеристиками, схожими с творожной сывороткой, обладает сыворотка казеиновая молочно-кислотная и в какой-то мере не совсем характерная для нашего региона сыворотка после получения сыра «Чеддер».
Наш опыт показал, что принципиально существует три подхода к переработке кислой сыворотки.
Для упрощения расчета содержание титруемых компонентов (за исключением молочной кислоты и углекислого газа) считаем пропорционально коэффициенту концентрирования в ходе соответствующей технологической операции. Углекислый газ практически не концентрируется при нанофильтрации и почти полностью удаляется при вакуум-сгущении.
При сушке молочная кислота придает продукту термопластичность, т.е. при достижении определенной температуры продукт становится липким из-за подплавления и частичной карамелизации. Требуется четкое выдерживание температуры отходящего воздуха в пределах 94–96 °С, что соответствует остаточной влажности сухого продукта 1,0–1,5 %. Это значительно снижает КПД и скорость сушки. Зачастую температуру на входе в сушилку снижают до 155–165 °С, что еще сильнее уменьшает производительность сушильной установки. Теоретический диапазон температур, ограниченный требованием к предельному содержанию влаги снизу и проявлением термопластичности продукта сверху, в этом случае очень узкий, а зачастую его вообще нет. При этом возрастают потери, связанные с налипанием (вплоть до неприемлемых), в том числе в циклоне, требуется частая мойка оборудования. Существует реальный риск полного забивания воздушных каналов сушилки.
Особое внимание при переработке творожной и казеиновой молочно-кислотной сыворотки необходимо уделить охлаждению сухого продукта кондиционированным воздухом и герметичности упаковки. Получаемый продукт гигроскопичный, низкого качества, легко и быстро слеживается, может быть использован на кормовые цели в составе различных кормосмесей без длительного хранения перед использованием.
Ситуация с казеиновой солянокислотной сывороткой несколько лучше. Соляная кислота более чем наполовину удаляется при нанофильтрации, а оставшаяся ее часть лучше связывается сухими веществами сыворотки и практически не вызывает проблем при сушке при условии обеспечения контроля температуры отходящего воздуха. В республике есть положительный опыт переработки и использования такой сыворотки на кормовые цели.
Физическое удаление кислоты из сыворотки. Молочная кислота относительно низкомолекулярное соединение (C3H6O3 с молекулярной массой 90 г/моль), размер молекул находится на границе отсечки процесса нанофильтрации, что обеспечивает ее частичное, на 20–25 %, удаление при концентрировании на НФ-установках (табл. 3). Для большего снижения кислотности эффективно использование электродиализа, который удаляет наряду с остатками молочной кислоты диссоциированные анионы и катионы солей. Молочная кислота при этом активно удаляется и уже после первого этапа электродиализа (степень деминерализации 50 %) ее удельное содержание падает в 5 раз.
Эта эффективная технология снижения кислотности сыворотки и общей зольности продукта нашла свое применение на ОАО «Верхнедвинский маслосырзавод» для подсырной сыворотки и на Полесском производственном участке ОАО «Милкавита» для кислых видов сыворотки.
Раскисление сыворотки. Этот вариант переработки будем рассматривать только для молочно-кислотных видов сыворотки. Первым вопросом при отработке данной технологии является подбор раскисляющего агента. Для связывания кислоты логично использовать основания, оксиды или карбонаты щелочных и щелочноземельных металлов (табл. 4).
В принципе в ходе раскисления получаются лактаты щелочного или щелочноземельного металла. По классификатору пищевых добавок в системе Codex Аlimentarius они являются добавками функционального назначения, которые содержат в органической форме макроэлементы, обладающие антиоксидантными и эмульгирующими свойствами, хорошо растворимы в воде.
Лактаты калия и натрия (СН3СН(ОН)СООК (Е326) и СН3СН(ОН) СООNa (Е325)) являются регуляторами
кислотности, влагоудерживающими агентами, эмульгирующими солями, синергистами антиоксидантов, буферными агентами. Они усиливают вкусоароматические свойства пищевых продуктов, проявляют антимикробные свойства по отношению к патогенным и вредным микроорганизмам (сальмонеллы, листерии, кишечная палочка, палочка ботулизма, золотистый стафилококк) и регулируют рН.
Лактаты кальция и магния ((СН3СН(ОН)СОО) 2Са (Е-327) и (СН3СН(ОН)СОО)2Mg (Е-329)) – источники кальция и магния. Легко усваиваются организмом, хорошо растворимы в горячей воде, плохо – в холодной. Функциональные свойства лактата кальция включают регулирование кислотности, насыщение кальцием продуктов питания и пищевых добавок [7–10]. Лактат магния используют главным образом при консервировании пищевой продукции, когда необходимо придать тканям стойкость к различным технологическим режимам переработки (бланшировка, стерилизация, пастеризация, сушка, замораживание и др.). В этом случае уплотнители взаимодействуют с пектинами и образуют соответствующие пектаты, укрепляя структуру растительных продуктов и препятствуя их разрушению и размягчению при консервировании [10]. Лактаты магния и кальция являются источником биодоступных ионов в кормовых добавках и смесях.
В ходе исследований по подбору рационального агента для корректировки рН кислой сыворотки были опробованы различные раскислители и их сочетания (рис. 2).
Наиболее простой и доступный химический реагент – гидроксид натрия – практически использовать сложно, так как лактат натрия гигроскопичен, а его гидрат в обычных условиях – жидкость, и проблема налипания при сушке решается лишь частично. Кроме того, избыток натрия в кормах нежелателен, так
как это может привести к потемнению мяса сельскохозяйственных животных, а для свиней – к серьезным нарушениям обмена веществ. Использование соединений натрия (гидроксида или карбоната) целесообразно только для незначительной корректировки рН.
В ходе дальнейших работ установлено, что наиболее целесообразным с позиции цены и доступности для нейтрализации молочной кислоты является использование гидроксида кальция (что в целом подтвердило выводы [6]). Использование оксида опасно – происходит экзотермическая реакция с водой, карбонат кальция дороже и сложнее получить его раствор. Соединения магния оказались менее доступны и
существенно дороже, хотя именно их использование в меньшей степени повышает зольность конечного продукта.