Сыворотка и напитки на ее основе

Вступление

Проблема переработки сыворотки актуальна как никогда, увеличение производства творога и творожных изделий, а также сыров приводит к значительному увеличению количества сыворотки как побочного продукта переработки молока, что приводит к значительному снижению эффективности производства и загрязнению окружающей среды, так как перерабатывается всего лишь 45,0% сыворотки, остальная часть попросту сливается, что значительно ухудшает экологическую обстановку региона. По оценкам специалистов объем сливаемой сыворотки, в основном творожной, составляет от 1,5 до 3 млн. тн в год. Таким образом, проблема использования сыворотки неразрывно связана с проблемой охраны окружающей среды.

Результаты расчетов, а главное – внедрение ряда технологий на предприятиях молочной отрасли показывают, что организация переработки и использование компонентов молочной сыворотки в составе молочных продуктов обходятся значительно дешевле, чем производство эквивалентного количества молока в сельском хозяйстве. При этом будут исключены затраты на очистку сточных вод, в которые сбрасывается молочная сыворотка, и для предприятия становится экономически выгодной комплексная переработка молочного сырья.

Сформированы два основных направления переработки молочной сыворотки:

- получение сгущенных и сухих концентратов для производства пищевых продуктов и полуфабрикатов (молочных, мучных, мясных, мороженого, плавленых и мягких сыров, продуктов детского, диетического, лечебного питания и т.д.);

- производство кормовых продуктов (жидких, сгущенных, сухих) и заменителей молока (цельного, овечьего), премиксов, добавок и кормовых смесей.

Молочная сыворотка — жидкость, которая остаётся после сворачивания и процеживания молока. Молочная сыворотка является побочным продуктом при производстве сыра или казеина и имеет некоторые коммерческие применения. Сладкая сыворотка (англ. Sweet whey) получается при производстве твёрдых сыров, например, чеддера или швейцарского сыра. Кислая сыворотка получается при производстве кислых сыров, например, прессованного творога.

В молочную сыворотку переходит 50% сухих веществ цельного молока, при этом почти полностью переходит молочный сахар и примерно 30% молочных белков. Если в обезжиренном молоке и пахте содержатся все молочные белки, то в молочной сыворотке главным образом [pic]-- лактоглобулин и[pic]-- лактоальбумин и иммуноглобулины. Молочный жир переходит в обезжиренное молоко, пахту и молочную сыворотку в небольшом количестве. Отличительной особенностью этого жира является высокая степень его дисперсности, размер жировых шариков составляет от 0,5 до 1 мкм.

Минеральные вещества цельного молока почти полностью переходят в обезжиренное молоко, пахту и молочную сыворотку. В молочной сыворотке минеральных веществ содержится несколько меньше, чем в обезжиренном молоке и пахте, так как некоторая часть солей переходит в основной продукт (сыр, творог, казеин). В молочную сыворотку переходят также и те соли, которые используют при выработке основного продукта.

Кроме основных частей цельного молока, в обезжиренное молоко, пахту и молочную сыворотку попадают фосфатиды, небелковые азотистые соединения, витамины, ферменты, гормоны и другие соединения. Среди фосфатидов особое значение имеет лецитин как регулятор холестеринового обмена, его особенно много содержится в пахте.

Состав обезжиренного молока, молочной сыворотки и пахты свидетельствует о том, что это полноценные виды сырья, по своей биологической ценности они практически не уступают цельному молоку. Однако энергетическая ценность обезжиренного молока и пахты почти в 2 раза, а сыворотки почти в 3,5 раза меньше, чем цельного. Это обусловливает целесообразность использования обезжиренного молока, пахты и молочной сыворотки в производстве продуктов диетического питания.

При переработке обезжиренного молока, пахты и молочной сыворотки необходимо учитывать, что некоторые их физико-химические свойства отличаются от цельного молока. Так, в связи с незначительным содержанием жира плотность обезжиренного молока и пахты выше плотности цельного молока, а вязкость меньше вязкости цельного молока на 8-15%. Из-за низкого содержания сухих веществ плотность и вязкость молочной сыворотки меньше, чем цельного молока. Плотность пахты является показателем ее качества. Снижение плотности указывает на то, что пахта разбавлена водой, а это приводит к заметному изменению ее физико-химических свойств и затрудняет ее промышленную переработку.

Следует отметить, что молочная сыворотка в процессе производства основного продукта значительно обсеменяется молочнокислыми бактериями, а в процессе сбора, хранения и дальнейшей обработки — различной посторонней микрофлорой. К тому же из основного производства сыворотка поступает с температурой 30 градусов, что соответствует оптимальному режиму жизнедеятельности микроорганизмов. Вследствие развития микроорганизмов во время сбора и хранения состав и свойства молочной сыворотки могут изменяться, а качественные показатели ухудшаться.

Так, лактоза подвергается молочнокислому брожению с образованием молочной кислоты, что приводит к повышению титруемой кислотности и потерям лактозы. Кроме того, происходит гидролиз белков и жира, изменяется вкус сыворотки, могут накапливаться нежелательные и даже вредные вещества. В результате хранения без обработки в течение 12 часов молочную сыворотку практически нецелесообразно использовать для производства молочного сахара. Поэтому молочную сыворотку рекомендуется перерабатывать в течение 1 — 3 часов после ее получения. Если переработка задерживается, то для сохранения исходных свойств молочной сыворотки ее подвергают специальной обработке (тепловой обработке, консервированию).

Тепловую обработку молочной сыворотки проводят при температуре 90-95oC (тепловой порог денатурации сывороточных белков), с последующим охлаждением. После такой обработки сыворотка может храниться 2 суток. Кроме того применяют различные консерванты: 30%-ный раствор пероксида водорода в количестве 0,03%, 40%-ный раствор формальдегида в количестве 0,025%, хлорид натрия 5 – 10%-ной концентрации. В ряде случаев можно использовать этиловый спирт, сорбиновую кислоту и др. Больше всего белков (35 – 36% всех сухих веществ) содержится в обезжиренном молоке и пахте, поэтому это сырье целесообразно использовать как в цельном виде на производстве свежих и сквашеных напитков, так и для получения белковых продуктов (творога, сыра, казеина, казеинатов), сгущеных и сухих нежирных консервов. Высокая биологическая ценность молочной сыворотки позволяет использовать ее для производства различных напитков. Их вырабатывают из натуральной сыворотки без добавления вкусовых и ароматических веществ (молочная пастеризованная сыворотка) и с добавлением вкусовых и ароматических веществ (сывороточные напитки с сахаром, ванилином, кориандром, томатным соком). Вырабатывают как свежие, так и сквашенные напитки.

Белки молочной сыворотки содержат больше незаменимых аминокислот, чем основной белок цельного молока казеин, и по своему составу они ближе к составу женского молока по сравнению с цельным молоком. Это дает возможность использовать белки сыворотки в производстве продуктов детского питания.

Из молочной сыворотки получают такие белковые продукты, как альбуминный творог, альбуминные сырки, концентрат белков творожной сыворотки, сывороточный растворимый сухой белок. Целесообразно вырабатывать из сыворотки сгущенные и сухие продукты (молочную сгущенную сыворотку, молочную сухую сыворотку, деминерализированную сухую сыворотку).

Состав молочной сыворотки богат витаминами: А, Е, С, витаминами группы В, причем жидкость содержит достаточно редкие формы витаминов В7 и В4. Польза холина  для организма проявляется в улучшении работы мозга, усилении памяти. Богата сыворотка кальцием, 1 литр напитка содержит суточную дозу кальция взрослого человека и 40% от нормы калия. Также сыворотка молока содержит ценные минеральные соли фосфора, магния. В составе этой жидкости до 200 наименований биологически активных веществ, которые самым благоприятным образом влияют на деятельность всех систем и органов в организме человека.

Употребление молочной сыворотки благотворно влияет на пищеварительный тракт, очищает кишечник, нормализует флору, выводит токсины, шлаки, стимулирует работу печени и почек. Также сыворотка влияет и на надпочечники, которые вырабатывают гормоны стресса, при употреблении сыворотки работа улучшается, и выработка гормонов стресса без причины прекращается.

Польза сыворотки и в ее способности снижать аппетит, многие диеты основаны на употреблении сыворотки и позволяют снизить вес легко и безопасно для организма. Из углеводов в сыворотке содержится легко усвояемая лактоза, не вызывающая образование жиров.

Ценна и белковая составляющая сыворотки, ценные аминокислоты, входящие в состав жидкости, жизненно необходимы организму и участвуют в белковом обмене и в кроветворении.

Сыворотка особенно полезна людям, страдающим заболеваниями органов ЖКТ: гастритами, колитами,  панкреатитами, энтероколитами, дисбактериозом, запорами. Польза молочной сыворотки для кровеносной системы также велика, она способствует профилактике атеросклероза, показана при гипертонии, ишемической болезни сердце, при нарушениях кровообращения в головном мозге.

Стоит рассказать и о косметических свойствах сыворотки. Эту жидкость используют в основе многих масок для кожи лица и шеи, ею ополаскивают волосы, чтобы они лучше росли и не выпадали. Сыворотка молока – ценный заживляющий продукт, который поможет при солнечных ожогах.

Наиболее целесообразным, простым и экономически эффективным направлением является производство напитков на основе молочной сыворотки. Внедрение таких технологий на предприятиях не вызывает особых затруднений, поскольку последовательность технологических операций и основное оборудование практически не отличаются от традиционных схем производства кисломолочных напитков.

Вред и противопоказания. Изучить влияние молочной сыворотки на организм должен каждый, кто захочет принимать сыворотку внутрь. Ведь молочная сыворотка оказывает легкое слабительное воздействие, что может проявиться в неожиданный момент: например, на совещании или в дороге. Потому начинать пробовать напитки, в основе которых есть молочная сыворотка, лучше в выходной день.

Актуальность темы обусловлена необходимостью увеличить выпуск и расширить ассортимент оригинальных молочных продуктов широкого спектра применения.

Методы исследования сыворотки

В настоящее время актуальность приобретает получение продуктов функционального  назначения,  в  том  числе    и  напитков,  что предусматривает  использование  в  качестве  одного  из  основных составляющих  –  молочную  сыворотку,  которая  содержит  комплекс биологически  активных  веществ.  Высокая  биологическая  ценность молочной  сыворотки  определяется  содержанием  в  ней  белкового, углеводного  и  липидного  комплексов.  Состав  молочной  сыворотки разнообразен  и  к  биологически  активным  веществам  вторичного молочного  сырья  можно  отнести  минеральные  вещества,  витамины, органические кислоты, аминокислоты, углеводы, ферменты.

Молочная  сыворотка  является  сырьем  для  промышленного производства  напитков,  концентратов  биологически  активных  веществ, продуктов  микробного  синтеза  и  биотрансформации  органических соединений.

Представляет  научно-практический  интерес  исследование  состава молочной  сыворотки  с  использованием  современного  метода капиллярного электрофореза.

Системы  капиллярного  электрофореза  «Капель»  (ОАО  «НПФ Люмэкс», Россия) используются для анализа объектов окружающей среды, для определения качества пищевой продукции, в фармации, клинической биохимии. К достоинствам метода следует отнести, то, что в кварцевом капилляре  достигается  высокая  эффективность  разделения  (сотни  тысяч теоретических  тарелок),  за  один  анализ  одновременно  определяется несколько  компонентов  пробы,  дозируется  минимальный  объем анализируемой  пробы  (микролитры), с  использованием  автоматического режима повышается точность анализа, а также снижается его трудоемкость и увеличивается производительность.

Для  электрофоретического  разделения  катионов,  содержащихся  в молочной сыворотке, использовали систему КЭФ «Капель 103Р», «Капель 105» (ОАО «НПФ Люмэкс», Россия) с варцевым капилляром  диаметром 75 мкм и длиной 65 см. 

Перед каждым измерением капилляр промывался раствором соляной кислоты  –  2  мин,  затем  водой  дистиллированной  –  2  мин,  раствором гидроксида натрия – 2 мин, водой дистиллированной – 2 мин. После этого капилляр промывался рабочим буферным раствором в течении 3 мин.

Рабочий буферный раствор содержал бензимидазол, раствор винной кислоты  и 18-крауна-6. 

С использованием электрофореграммы,  при помощи программного обеспечения  к  прибору  рассчитывалась  массовая  концентрация компонентов по установленным градуировочным характеристикам.

Массовая  концентрация  компонента  в  исследуемой  пробе  (Х) вычислялась по формуле:

x=k*C ,       (1)

где k – коэффициент разбавления пробы,

С  –  концентрация  компонента,  найденная  по  градуировочному графику, мг/г

Результат измерения представлялся в виде:

Х±∆ мг/г       (2)  

где Х -  концентрация компонента в пробе, мг/г

∆  –  граница  абсолютной  погрешности  определения,  мг/г,  при

доверительной вероятности Р = 0,95.

Граница абсолютной погрешности ∆ вычислялась по формуле:

,                   (3)

где δ – граница относительной погрешности измерения, %.