Спирт из молочной сыворотки

Промышленное производство спирта из молочной сыворотки начато в различных странах более 20 лет назад. Первая промышленная установка для получения этилового спирта из молочной сыворотки создана на предприятии фирмы «Carbery Creamer Products» в 1978 г. в Ирландии. Производство осуществляли из подсырной сыворотки по методу «APV-Carbery process». Пермеат подсырной сыворотки после ультрафильтрации охлаждали до 30°С, подавали в ферментер и добавляли культуры

В Дании разработан процесс получения спирта из пермеата сыворотки. В процессе использованы дрожжи Kluyveromyces fragilis. Он включает ультрафильтрацию сыворотки, ферментацию пермеата, центрифугирование и дистиллирование. Выход спирта составляет 80 % от теоретического. Из 41 л. пермеата с 4,5 % лактозы получен 1 л. спирта.

В Италии пермеат сбраживали культурой дрожжей Kluyveromyces fragilis, выращенной на искусственных субстратах. Перед внесением дрожжей в пермеате регулировали величину рН дрожжей Kluyveromyces fragilis, Kluyveromyces lactis, Candida pseudotropicalis. В начале процесса доступ воздуха дозируют, чтобы рост дрожжей был минимальным во избежании потребления ими лактозы вместо перевода ее в спирт. После окончания процесса ферментации бражку перегоняют. При переработке 600 тыс.т сыворотки в день получали 25 тыс.л 95,5 % спирта.

Установка для выработки спирта из сывороточного пермеата работала также на заводе датской фирмы De - Danke Garyng. Производительность ее по переработке пермеата - 400 тыс.л в сутки или 10 тыс.л спирта-сырца.

Одними из первых начали производство спирта из сыворотки на установках собственной конструкции также фирмы Kraft (США) и Eupress Dairis (Великобритания). В дальнейшем это производство начали осваивать и другие фирмы.

Процесс брожения в сыворотке или ее пермеате с низкой концентрацией лактозы непродолжителен, однако эффективность переработки (количество спирта полученного из единицы сырья) невелика по сравнению с другими субстратами. Поэтому более целесообразно использовать концентрированную сыворотку. В связи с этим исследования последних лет ведутся в этом направлении.

Культивируя различные виды и штаммы дрожжей на средах с различной концентрацией глюкозы и лактозы выявлено, что некоторые штаммы могут сбраживать лактозу 20 % концентрации, в то время как другие способны сбраживать лактозу лишь при низкой концентрации ее в среде.

Zall R.R. внося дрожжи Kluyveromyces fragilis в сыворотку с постоянно повышающейся концентрацией лактозы получил штаммы хорошо адаптирующиеся в концентратах с высоким содержанием лактозы. Адаптированные дрожжи вносили в сывороточные концентраты с 27 % лактозы и получили высокий выход спирта.

Известен способ, по которому концентрат сыворотки для брожения получают восстановлением сухой сыворотки распылительной сушки до приготовления жидкого продукта с содержанием общих сухих веществ 36 %. Из полученного раствора отделяют белки методом ультрафильтрации. Пермеат деминерализуют. Полученный субстрат содержит 24 % лактозы и имеет рН 4,8. Заквашивают дрожжами Kluyveromyces fragilis NRRLY 2415. Этот штамм продуцирует 108,8 г этанола из 1 л., что составляет 84,3 % от теоретического выхода.

Концентрирование сыворотки можно проводить также методом обратного осмоса. Так, в Великобритании запатентован способ получения этилового спирта из сыворотки, включающий предварительное удаление белка, концентрирование полученной безбелковой массы до содержания лактозы около 7 г/л, сбраживание полученного концентрата до этилового спирта и перегонку. Выделение белка проводят с помощью ультрафильтрации, концентрирование полученного раствора с помощью обратного осмоса. Для сбраживания используют культуру Candida pseudotropicalis NSYC 744. До сбраживания предусматривается введение в концентрат питательных солей, доведение рН до 4 – 5 и поддержание температуры в процессе брожения в пределах 20-35 °С.

Обширные исследования в ряде стран с развитой молочной промышленностью проведены в направлении получения этанола из сыворотки с помощью иммобилизованных клеток, сбраживающих лактозу а также с помощью иммобилизации неусваивающих лактозу дрожжей вместе с β - галактозидазой.

В Финляндии проведены работы по получению этанола из сыворотки с помощью иммобилизированных клеток Kluyveromyces fragilis. По этому способу клетки дрожжей включали в кальций-альгинатный гель. Были проведены Периодический и непрерывный способы получения этанолу Выход спирта в периодических условиях брожения составлял 92,6 и 83,3 % от теоретического при массовой доле лактозы в сыворотке 5 и 10 % и времени брожения 16 и 31 ч. В непрерывных условиях выход спирта (80-90 %) при концентрации лактозы 5 /о и рН 3 0 оставался постоянным в течение трех недель, а затем падал.

В Германии проведены исследования по иммобилизации tplCTOK Saccharomyces cerevisiae и Zymomonas mobilise помощью β - галактозидазы из Aspergillus orysae. Коиммобилизацию осуществляли двумя различными методами. В первом случае дрожжевые клетки обрабатывали β - галактозидазой, затем глутаровым альдегидом в присутствии таннина. В результате образовывались небольшого размера частицы, состоящие из одних клеток с активным внешним ферментным покрытием. Во втором случае бактерии Zymomonas mobilis, обработанные β - галактозидазой, включали в алыинатные шарики диаметром 2-4 мм. В результате иммобилизации изменялись некоторые свойства фермента. Так, связанная лактаза имела гораздо большую активность, чем нативная, оптимум рН для свободной лактазы составлял 4,7-5,2, а для связанной - 4,0-4,5, скорость сбраживания иммобилизованного на микроорганизмах фермента снизилась по сравнению с нативиым на 30 %. Основным недостатком периодического сбраживания с иммобилизованной системой является потеря активности фермента от одной загрузки колонки к другой.

В Швеции также проводились исследования по совместной иммобилизации фермента β - галактозидаза и дрожжей Saccharomyces fragilis на носителе для последующей обработки пермеата сыворотки с целью получения этанола. В качестве носителя использованы гранулы альгината которым заполняли колонку и пропускали через нее сывороточный пермеат. Элюат, содержащий 1,3 и 1,5 % этанола получали из сладкой сыворотки или подкисленного концентрата сыворотки. Использовали колонки со слоем адсорбента 7,5 мм при 30 °С и скорости потока 2,3 мл/ч. При работе реактора в течение 2 месяцев не наблюдалось уменьшение выхода спирта.

В США разработан способ получения этанола из смеси сыворотки и отходов кондитерского производства в соотношении 7: 1. Полученная смесь содержит 18 - 20 % сухих веществ, 0,7 % золы и 0,7 % белка. Смесь обрабатывают препаратом газолаза, содержащим ферменты расщепляющие углеводы или лактазой, а затем сбраживают дрожжами Saccharomyces cerevisiae или смесью этих дрожжей cKluyveromyces fragilis при температуре 32 °С.

В Польше запатентован способ по которому ультрафильтрат сыворотки или ее сгущенный в 2 - 3 раза раствор подкисляют до рН 4 - 6, пастеризуют, охлаждают до температуры брожения и вносят дрожжи сбраживающие лактозу в спирт. После проведения брожения полученную массу смешивают с пастеризованной свеклосахарной мелассой, добавляют дрожжи Saccharomyces cerevisiae и снова проводят брожение. Из полученной бражки отделяют спирт известными способами.

Спирт полученный из сыворотки может быть использован в различных отраслях народного хозяйства, в том числе для приготовления крепких алкогольных напитков.

десерты
Фруктовый кисель из молочной сыворотки готовят путем внесения при 90°С сахара, крахмала и фруктовых эссенций. Кисель после охлаждения до 40-45 °С расфасовывают и хранят при 4-6 °С. Путем распылительной сушки предварительно сгущенной в 5-6 раз сыворотки и внесения наполнителей можно получить сухой кисель.

Фруктово-ягодные желе из сыворотки готовят путем внесения сахара, наполнителей и агар-агара (или желатина). Продукт имеет чистый сладковатый вкус и выраженный аромат наполнителей. Консистенция – студнеобразная, эластичная, однородная по всей массе.

Для получения прозрачных напитков из неосветленной молочной сыворотки можно использовать гидролиз белковых веществ ферментными препаратами. По оригинальному способу, разработанному Н.Н.Романской (Украина), сывороточные белки гидролизуют пепсином, а затем обогащают ароматическими веществами.

3.2.
Биотехнология сывороточно-белкового концентрата, полученного методом УФ. (СБКУФ).

СБКУФ используют в качестве белкового компонента обогатителя при производстве мясных и молочных продуктов. Сырьем для производства СБКУФ является сыворотка молочная подсырная.

Технология СБКУФ:

· сбор сыворотки

· отделение жира и казеиновой пыли при температуре сепарирования 35-45ºC

· пастеризация при 72-75ºC с выдержкой 20 сек

· охлаждение до 50-55ºC

· УФ до содержания сухих веществ 18-19%; диаметр мембран 40 + 5 нм

· сушка в распылительных сушилках

· упаковывание

· хранение

Полученный концентрат собирают в емкости, из нее подают на сушку, хранят не более 4 часов.

Сушка идет в распылительных сушилках, температура входящего воздуха равна 160-170ºC, выходящего – 80-85ºC. Готовый продукт на вид однородный тонкодисперсный порошок от белого до кремового цвета, имеет специфичный сывороточный привкус, слегка сладковатый без посторонних привкусов и запахов. Упаковывают в крафт-мешки по 15 кг.

Показатели готового продукта:

Влаги не более 4%,

молочного сахара не более 30%,

кислотность не более 25ºТ,

сухих веществ 9,6%,

растворимость не более 0,3 мл сырого осадка.

4.2.
Биотехнология копреципитатов растворимых пищевых

Растворимые пищевые копреципитаты вырабатывают следующих видов: растворимый пищевой высококальциевый копреципитат; растворимый пищевой среднекальциевый копреципитат; растворимый пищевой низкокальциевый копреципитат.

Высококальциевый копреципитат представляет комплекс белков, выделенных из обезжиренного молока при температуре выше 91 ⁰С путем воздействия раствором хлористого кальция. Среднекальциевый копреципитат представляет комплекс белков, выделенных из обезжиренного молока при температуре выше 91 ⁰С путем воздействия на него раствором соляной кислоты. Низкокальциевый копреципитат представляет комплекс белков, выделенных из обезжиренного молока (с добавлением в молоко смеси хлористого кальция и окиси кальция или гидроокиси кальция) с нагревом его до температуры выше 91 ⁰С и охлаждением до 45 ⁰С путем воздействия на него раствором соляной кислоты.

Денатурированный белок промывают, прессуют, обрабатывают растворами триполифосфата натрия (только при производстве высоко- и средне кальциевого копреципитата) и гидроокиси натрия с последующей сушкой полученного раствора.

Высококальциевый пищевой растворимый копреципитат. Технологические операции: подготовка сырья и основных материалов; осаждение молочных белков; удаление сыворотки, промывка и прессование копреципитата; приготовление смеси копреципитата и раствора триполифосфата натрия; диспергирование смеси и подготовка раствора копреципитата к сушке; сушка раствора копреципитата; фасовка и упаковка готового продукта.

Обезжиренное молоко нагревают до 91 – 92 ⁰С и направляют в ванны для осаждения белка. Для осаждения белков используют 15 %-ный СаС12 (из расчета 10 л на 1000 кг молока). Раствор хлористого кальция готовят на питьевой воде, дают отстояться, а перед внесением фильтруют через лавсановую ткань. Раствор вносят путем разбрызгивания по поверхности обезжиренного молока при помощи душевого устройства. При этом обезжиренное молоко интенсивно перемешивают. После появления хлопьев белка и отделения прозрачной зеленовато-желтой сыворотки перемешивание прекращают и в течение 3 – 5 мин сгусток выдерживают для закрепления.

После осаждения молочного белка сыворотку удаляют через сливной кран. Оставшийся в ванне белок промывают водой для удаления кальция, лактозы и снижения кислотности. Рекомендуется двукратная промывка водой, нагретой до 35 – 40 ⁰С. Для каждой промывки используют количество воды, равное 50 % по отношению к обезжиренному молоку. Продолжительность выдержки копреципитата в промывной воде должна быть не менее 15 мин. В процессе промывки и выдержки копреципитат несколько раз перемешивают. Промывную воду из ванны удаляют таким же способом, как и сыворотку. После промывки белок выгружают в пресс-тележку и прессуют до содержания влаги 70 – 75 %.

Для приготовления раствора копреципитата используют воду и триполифосфат натрия, который растворяют в теплой воде с температурой 50 – 60 ⁰С при постоянном перемешивании. Растворение проводят не во всей воде, а из расчета 1 кг соли на 7 – 8 л воды. Оставшееся количество воды вносят непосредственно в ванну.

Приготовленный раствор триполифосфата и оставшуюся воду добавляют к белку-сырцу. Смесь при непрерывном перемешивании нагревают до 50 – 60 ⁰С и выдерживают в течение 25 – 30 мин. Затем смесь обрабатывают на коллоидной мельнице, подогревают до 60 – 70 ⁰С при непрерывном перемешивании и устанавливают рН 6,8 – 7,1 10 %-ным раствором NaOH. Если массовая доля сухих веществ в растворе будет больше или меньше 15 – 18 %, то проводят стандартизацию горячей водой или белком-сырцом, предварительно обработанном на коллоидной мельнице. Нормализованный раствор белка гомогенизируют при давлении 11 – 12 МПа. Гомогенизированный раствор через промежуточную емкость, в которой осуществляют постоянное перемешивание раствора и поддержание температуры 60 – 70 ⁰С, подают на сушку. Допускается резервировать раствор перед сушкой не долее 1 ч. Сушку раствора проводят при следующих режимах: температура воздуха, поступающего в башню 160 – 180 ⁰С; температура отходящего воздуха 75 – 80 ⁰С.

Среднекальциевый пищевой растворимый копреципитат. Технологические операции те же, что и при производстве высококальциевого копреципитата. Особенности производства – способ осаждения молочных белков. Для коагуляции белков используют 1 н НС1. Обезжиренное молоко пастеризуют при 91 – 92 ⁰С, направляют в ванну и выдерживают в течение 15 – 20 мин. К подготовленному молоку добавляют 1 н НС1 (из расчета 27 л на 1000 кг обезжиренного молока) путем разбрызгивания по поверхности обезжиренного молока при интенсивном перемешивании. Образуются белковые хлопья и сыворотка. После установления в сыворотке рН 4,4 – 4,6 (27 – 30 ⁰Т), белковый сгусток выдерживают 1 – 2 мин для более полного осаждения белка и повышения его прочностных свойств. Затем сыворотку удаляют, белок промывают так же, как и при выработке высококальциевого копреципитата. Промытый белок выгружают в пресс-тележку и прессуют до массовой доли влаги 70 – 75 %.

Режимы приготовления раствора копреципитата аналогичны ранее описанным.

Низкокальциевый пищевой растворимый копреципитат. Технологический процесс осуществляют в следующей последовательности: подготовка сырья и основных материалов; осаждение молочных белков; тепловая обработка сгустка; удаление сыворотки, промывка и прессование копреципитата; приготовление смеси копреципитата и раствора гидроокиси натрия; диспергирование смеси и подготовка раствора копреципитата к сушке; сушка раствора копреципитата; фасовка и упаковка готового продукта.

Обезжиренное молоко обогащают солями кальция, используя 10 %-ный раствор гидроокись кальция (или 8 %-ную суспензию окиси кальция) и 15 %-ный раствор хлористого кальция. Это стабилизирует молоко и способствует более полному осаждению белка. В сырое обезжиренное молоко при 18 – 20 ⁰С вносят соли кальция (из расчета на 1000 кг молока 15 %-ный раствор хлористого кальция в количестве 1,35 л и 10 %-ный раствор гидроокиси кальция или 8 %-ный раствор окиси кальция). Указанные растворы солей предварительно смешивают, взмучивают и вносят в молоко вместе с нерастворившимся осадком. Смесь перемешивают, выдерживают в течение 1 – 2 мин и направляют на центробежный очиститель. Очищенное молоко нагревают до 91 – 92 ⁰С, охлаждают до 46 – 47 ⁰С и направляют в ванну ВДП для осаждения белка.

Белок в обезжиренном молоке осаждают при 45 – 46 ⁰С 1 н НС1 (из расчета 43 л на 1000 кг молока). При достижении в сыворотке рН 4,36 – 4,45 (40 – 50 ⁰Т), сгусток выдерживают 1 – 2 мин для более полного осаждения белка. После этого часть сыворотки (около 50 %) удаляют, а белковую массу с оставшейся сывороткой подвергают тепловой обработке. Смесь медленно перемешивают и нагревают до 50 ⁰С. Затем сливают остатки сыворотки, а белковый сгусток орошают водой (около 10 % к массе молока) с температурой 35 – 40 ⁰С. Полученный сгусток промывают. Для первой промывки используют воду с температурой 35 – 40 ⁰С, для второй 25 – 30 ⁰С. Воду перед второй промывкой подкисляют соляной кислотой до рН 4,8 – 5,0. Масса промывной воды для каждой промывки должна быть не менее 50 % к массе переработанного молока. При каждой промывке белковую массу выдерживают в воде не менее 15 мин. После промывки копреципитат выгружают в пресс-тележку и прессуют до содержания влаги 70 – 75 %. Отпрессованный белок направляют в ванну для приготовления раствора.

Воду, подогретую до 50 – 60 ⁰С, NaOH и белок-сырец смешивают и нагревают до 50 – 60 ⁰С, выдерживают 20 – 30 мин при постоянном перемешивании и подают на коллоидную мельницу. Обработанную смесь собирают в ванне и при постоянном перемешивании подогревают до 70 – 75 ⁰С, стандартизуют по сухим веществам (15 – 18 %) и рН (6,6 – 7,1). Температура раствора копреципитата, подаваемого на сушку, должна быть 70 – 75 ⁰С. Режимы сушки, фасовки и упаковки готового продукта, хранения упакованного продукта такие же, как и при выработке других копреципитатов.

5.2
Технология брынзы. Внешний вид брынзы: корки не имеет, поверхность ровная со следами серпянки, допускается небольшая деформация брусков, незначительные трещины. Вкус и запах чистые, кисломолочные, в меру соленые без посторонних привкусов и запахов. Консистенция тесто нежное, умеренно плотная, слегка ломкое, но не крошливое. Цвет белый до слабо-желтого; рисунок отсутствует, допускается наличие глазков и пустот неправильной формы. Массовая доля влаги не более 75%, соли не более 8%.

Технологический процесс следующий - обезжиренное молоко или пахту или смесь обезжиренного молока и пахты с кислотностью не выше 21 ⁰Т пастеризуют при температуре 70 – 72 ⁰С с выдержкой 15 – 20 с и охлаждают до температуры свертывания 30 – 32 ⁰С.

В подготовленное молоко вносят закваску из чистых культур молочнокислых стрептококков. Для улучшения вкусовых показателей в состав закваски добавляют ароматообразующие стрептококки. Закваску в количестве 0,5 – 0,7 % можно вносит в начале наполнения сыродельной ванны молоком. В смесь добавляют раствор хлористого кальция из расчета 10 – 20 г безводной соли на 100 кг молока. Сычужный фермент вносят из расчета образования сгустка в течение 50 – 60 мин. Готовый сгусток должен хорошо раскалываться при пробе на излом, иметь гладкие стенки и выделять прозрачную желтовато-зеленую сыворотку.

Готовый сгусток должен хорошо раскалываться при пробе на излом, иметь гладкие стенки и выделять прозрачную желтовато-зеленую сыворотку. Сгусток режут на куски размером 2 – 3 см и оставляют в покое на 10 – 12 мин. Затем сырную массу осторожно вымешивают в течение 30 – 35 мин без дополнительного дробления зерна. В процессе вымешивания делают 2 – 3 остановки по 2 – 3 мин. Второе нагревание при выработке брынзы не проводят. После этого удаляют не менее 50 % сыворотки и солят зерно.

Посоленную массу выдерживают в течение 15 – 20 мин, затем формуют непосредственно в сыродельной ванне или используют для этих целей групповые формы.

При формовании в ванне часть сыворотки сливают, посоленную массу собирают в одном конце ванны, формируя сырный пласт толщиной 13 – 15 см. Пласт покрывают серпянкой, накладывают прессовальные пластины и груз из расчета 1,5 – 2,0 кг на 1 кг сырной массы. Продолжительность подпрессовки 1,0 – 1,5 ч. После этого пласт режут на квадратные куски размером 11 × 11 и после 2 – 3 переворачиваний оставляют на 3 – 4 ч для самопрессования и нарастания кислотности.

Активная кислотность сформованной массы к концу самопрессования должна находиться в пределах 5,2 – 5,3. Подготовленную брынзу направляют на посолку в рассол с концентрацией соли 15 – 16 % и температурой 13 – 14 ⁰С. Через 5 – 7 дней брынзу перемещают в рассол с концентрацией соли 12 – 13 % и температурой 10 – 12 ⁰С. Рассол предпочтительнее готовит на пастеризованной сыворотке кислотностью 65 – 80 ⁰Т.

Температура воздуха в солильном помещении не должна превышать 14 ⁰С. Брынза созревает при температуре 12 ⁰С в течение 20 дней, после чего её укладывают в деревянные бочки и посыпают солью. Если через 2 дня брынза осела – то добавляют брынзу со следующей выработки. Хранится брынза при температуре 10-12ºC в течение 6 месяцев.