Производство различных продуктов из молочной сыворотки

1 Технология производства органических кислот из молочной сыворотки.

Молочная кислота с 1881 г. производится промышленным способом с помощью молочнокислых бактерий. Для промышленного изготовления молочной кислоты пригодны только гомоферментативные молочнокислые бактерии, образующие до 98 % молочной кислоты. Применяются штаммы Lactobacillus delbrueckii, Lactobacillus bulgaricus.

Молочнокислые бактерии преобразуют в молочную кислоту самые разные углеводы, поэтому для промышленного получения этой кислоты используют мелассу, молочную сыворотку, глюкозу, мальтозу, сахарозу, лактозу, осахаренный крахмал и пр.

Молочную кислоту в промышленных условиях получают методом анаэробной глубинной ферментации. Во время ферментации рН среды поддерживают, добавляя мел. Через 6…7 суток культивирования в среде остается от 0,5 до 0,1 % сахаров и от 11 до 14 % лактата кальция. Из 100 г сахаров получают от 80 до 90 г лактата кальция.

Осадок мела и коллоиды отделяют фильтрацией. Фильтрат упаривают, охлаждают и кристаллизуют. Кристаллы лактата отделяют центрифугированием. Молочную кислоту из лактата получают разложением серной кислотой. Реакция идет при температуре от 60 до 70 °С в соответствии с уравнением:

Молочную кислоту обрабатывают активированным углем, фильтруют и фасуют. Конечный продукт – в виде жидкого концентрата молочной кислоты.

Молочную кислоту применяют для приготовления джемов, в которых она способствует хорошей консистенции. Молочная кислота как регулятор рН, улучшитель вкуса применяется в производстве многих сыров, квашении капусты, в сухом концентрате кваса. В хлебобулочном производстве молочная кислота и лактаты увеличивают объем мякиша и улучшают корку хлеба при использовании муки низкого качества. Способность лактатов удерживать влагу применяют в производстве колбас, сыров, детского питания. Молочную кислоту также используют для ускорения получения молочно-белкового сгустка при производстве творога.

2.Технология производства  спиртов 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. 
       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.. 
        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 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.

      Известен способ производства этилового спирта из молочной сыворотки, предусматривающий очистку сыворотки от белков, сбраживание ее спиртовыми дрожжами, отгонку спирта и ректификацию.

        В способе производства этанола из молочной сыворотки, предусматривающем очистку сыворотки от жира, казеиновой пыли, доведение рН до 4,4-4,6 сгущение сыворотки, разделение концентрированной сыворотки на два потока, выделение белка, при этом один из потоков направляют на дрожжегенерирование, а другой охлаждают и вводят в бродящую массу на стадию главного брожения в логарифмической фазе роста дрожжей, перегонку с получением спирта и барды и ректификацию спирта, для достижения технического результата, заключающегося в ускорении процесса брожения, улучшении качества этанола, утилизации отходов производства и получении наряду со спиртом ценного кормового продукта; от общего потока барды отделяют часть, предпочтительно половину, вводят в сыворотку, отделенную от жира и казеиновой пыли, и в полученной смеси доводят рН до изоэлектрической точки, равной 4,4-4,6, а выделение белков проводят после концентрирования смеси сыворотки с бардой при данном значении рН и нагреве концентрата до температуры коагуляции белков, при этом оставшуюся часть барды смешивают с выделенными белками, жиром, казеиновой пылью с получением кормового продукта. Следует отметить, что при внесении барды в сыворотку устанавливается рН, равное 4,4-4,6, являющееся оптимальным не только для коагуляции белка, но и для размножения дрожжей и молочнокислых бактерий, а также для образования молочной кислоты и антибиотика низина, которые играют роль дезинфицирующих веществ и обеспечивают стерильность процесса брожения с одновременным обогащением среды биологически ценными веществами, содержащимися в барде, а именно: белками, витаминами, ферментами, аминокислотами.

3.Производство алкогольных напитков из  молочной сыворотки 
 
        Из молочной сыворотки производство алкогольных напитков возможно как на основе брожения лактозы, так и на основе её окисления.

      Технология отдельных напитков предусматривает одновременно оба процесса. Вырабатывают напитки с различным содержанием этилового спирта. Условно все напитки можно подразделит на четыре группы: пивоподобные, виноподобные, крепкие напитки и этиловый спирт. 
 
3.1Пивоподобные напитки 
 
      Пивоподобные напитки из молочной сыворотки можно условно разделить на следующие виды: пиво из сыворотки без добавления солода с использованием для ферментации дрожжей, сбраживающих лактозу; пиво с солодом и добавлением 30 % сыворотки, варится с хмелем и сбраживается пивными дрожжами глубинного брожения;  сладкое пиво с солодом и добавлением 50 % сыворотки, крахмала и сахарного сиропа, варится с хмелем и сбраживается дрожжами верхнего брожения;  пиво диетическое из осветленной сыворотки, варят с хмелем, добавляют смеси солей и ферментируют лактозу; специальный напиток из сыворотки по типу пива диетического с добавлением гидролизата крахмала и витаминов. 
 
      Такое многообразие пивоподобных напитков обусловлено свойствами молочной сыворотки, которая содержит вещества подобные коллоидам пивного сусла, имеет вязкую консистенцию и обладает хорошей способностью связывать углекислоту; имеет подобно пивному суслу высокую концентрацию солей. Некоторые составные части сыворотки после продолжительного теплового воздействия образуют вещества, похожие на вкус и запах солода; сладость лактозы невелика и не влияет на вкус конечного продукта. 
      Пивоподобные напитки с добавлением молочной сыворотки вырабатывают по обычной технологии пива. Молочную сыворотку нагревают до температуры 93 – 95 0С, выдерживают при этой температуре в течение 15 – 30 мин и отделяют денатурированные белки. Осветленную сыворотку в количестве 10 % от общего объема, предназначенного для внесения в пиво, вводят в затор до главного превращения крахмала солода в сахар. оставшуюся часть сыворотки можно вносить на любой стадии процесса выработки пива. 
      Полученное сывороточное пиво по составу мало отличается от обычного, но содержит в 2 – 3 раза меньше алкоголя (около 1,5 %), оно богато экстрактивными веществами (около 8 %), их содержание в 2 раза больше, чем в обычном пиве. По вкусу, запаху, внешнему виду, зрелости и пенистости пиво, изготовленное с добавлением сыворотки, почти не отличается от обычного пива. 
        Пиво молочное "Бодрость" вырабатывают из молочной сыворотки с использованием хмеля, молочного сахара-сырца или сахарозы, дрожжей, сбраживающих лактозу или сбраживающих сахарозу. 
Технология производства молочного пива "Бодрость" осуществляется в следующей последовательности: приемка сырья и оценка его качества; осветление молочной сыворотки и нормализация по углеводам; тепловая обработка смеси сыворотки с хмелем; главное брожение; дображивание; розлив и упаковка готового продукта.  
 
В качестве сырья для  производства молочного пива используют подсырную или творожную сыворотку, допускается также использовать фильтрат молочной сыворотки. Сыворотку очищают от казеиновой пыли и жира, нагревают до температуры 95 – 97 0С. выдерживают при этой температуре 20 – 30 мин и одним из известных способов отделяют денатурированные сывороточные белки. Для повышения эффективности брожения содержание углеводов доводят до 10 – 12 %. Достичь этого можно путем концентрации осветленной сыворотки, внесением лактозы или сахарозы. 
В подготовленную сыворотку добавляют 0,3 % хмеля и смесь кипятят в течение часа. Такая операция придает продукту соответствующий вкусовой букет и увеличивает степень выделения белковых соединений. Охмеленное сусло направляют на сепаратор-осветлитель либо на фильтр-пресс для отделения дополнительно денатурированных белков и отработанного хмеля. Осветленное охмеленное сусло охлаждают до температуры брожения, которая зависит от вида и штамма дрожжей. 
Для проведения брожения готовят дрожжевую закваску. В качестве дрожжевой закваски используют любой вид и штамм молочных дрожжей, способных сбраживать лактозу в этиловый спирт. При внесении в сыворотку сахарозы используют пивные дрожжи. В лаборатории дрожжи выращивают из чистой культуры, получаемой в пробирках. Культивирование осуществляют в четыре стадии с продолжительностью каждой 16 – 24 ч. Дрожжи чистой культуры, полученные на четвертой стадии, используют в качестве засевного материала при выращивании производственных дрожжей. 
В осветленное охмеленное сусло с оптимальной температурой для конкретного вида дрожжей вносят производственную закваску из расчета 15 – 20 % от объемов перерабатываемого сырья. Главное брожение осуществляют в ферментерах в течение 48 – 60 ч до прекращения бурного выделения углекислого газа. В течение первых суток каждые 6 ч производится перемешивание сусла. 
 
По окончании главного брожения сусло направляют на дображивание. Его охлаждают до температуры 6 0С и выдерживают при этой температуре в течение 10 дней. За этот период происходит насыщение продукта углекислотой, созревание и осветление. Дрожжи и взвешенные частицы осадают на дно резервуара. 
Готовый продукт разливают в бочки, фляги, автомобильные цистерны. Молочное пиво хранят при температуре не выше 6 0С не более 72 ч. 
 
3.2 Виноподобные напитки из молочной сыворотки

 Известны давно, но широкого промышленного внедрения не получили. Одной из причин этого является длительность технологического цикла и необходимость строительства специализированного цеха, т.к. выпуск этих продуктов в одном помещении с другими молочными продуктами недопустим. 
Сывороточный напиток типа шампанского может быть приготовлен различными способами. По одному из них технологический процесс осуществляется в следующей последовательности: приемка и оценка качества творожной сыворотки; подготовка сыворотки к брожению; брожение заквашенной сыворотки; охлаждение и созревание напитка; розлив, упаковка и доохлаждение упакованного напитка. 
Творожную сыворотку с кислотностью 60 – 70 0Т, очищенную от казеиновой пыли и жира, нагревают до температуры 92 – 95 0С, выдерживают при этой температуре 45 – 60 мин и удаляют денатурированный белок одним из известных способов (отстой и декантация, фильтрование, центрифугирование). Осветленную сыворотку охлаждают до 28 0С заквашивают 5 % дрожжевой закваски. Дрожжевую закваску готовят на пастеризованной и охлажденной до 28 – 30 0С сыворотке. В подготовленную сыворотку вносят 10 % сахара и 1 – 2 % хлебных дрожжей, предварительно растертых в небольшом количестве сыворотки. Смесь тщательно перемешивают и оставляют при температуре 28 0С на созревание до появления на поверхности пены, дрожжевого вкуса и запах и мелких пузырьков газа. После этого закваску фильтруют и вносят в подготовленную к сквашиванию сыворотку. В заквашенную сыворотку вносят сахар-песок в количестве 50 % от массы сыворотки и жженку в количестве 0,1 – 0,2 %. Сахар добавляют в виде сахарного сиропа, приготовленного на сыворотке в соотношении 1 : 1 и отфильтрованного. Для придания напитку приятного аромата в смесь добавляют ароматические вещества (экстракты или эссенции) в количестве 0,1 %. Смесь перемешивают и оставляют на созревание в течение 5 – 8 ч до появления на поверхности пены. Созревший напиток охлаждают, разливают в бутылки, выдерживают в холодильной камере 2 – 4 ч. Процесс изготовления после этого считается законченным и напиток готов к употреблению. 
Напиток типа вина столового из молочной сыворотки вырабатывают из творожной или подсырной сыворотки с добавлением сахарозы, вкусовых и ароматических веществ. Технология продукта разработана сотрудниками института микробиологии АН Беларуси. 
Технологический процесс производства этого напитка осуществляется в следующей последовательности: приемка и оценка качества сырья; подготовка сырья к ферментации; внесение лактосбраживающих дрожжей и сбраживание лактозы; внесение сахарозы, винных дрожжей и сбраживание сахарозы; купажирование смеси; ультрафильтрация смеси; пастеризация, охлаждение и розлив готового продукта. 
Вырабатывают напиток из творожной или подсырной сыоротки. Из сыворотки удаляют казеиновую пыль и молочный жир сепарированием, сыворотку нагревают до температуры 92 – 95 0С, выдерживают при этой температуре 45 – 60 мин, отделяют денатурированные сывороточные белки и охлаждают до 28 0С. допускается выделение сывороточных белков проводить с использованием ультрафильтрационных установок. В этом случае осветленную сыворотку пастеризуют при температуре 93 0С с выдержкой 15 – 20 с и охлаждают до 28 0С. 
         В подготовленную сыворотку вносят дрожжи, сбраживающие лактозу, типа Kluyveromyces и проводят сбраживание до полной утилизации лактозы. В сброженную сыворотку вносят сахарозу с таким расчетом, чтобы суммарное содержание сахаров (первоначальное содержание лактозы внесенная сахароза) составляло 21 – 22 %, а также культуру винных дрожжей рода Saccharomyces. Винные дрожжи трансформируют сахарозу в спирт и придают полученному напитку вкус и аромат столового белого вина.   Процесс брожения на втором этапе ведут при температуре 26 – 28 0С и периодическом перемешивании, длительность процесса составляет 96 – 144 ч. Продолжительность процесса брожения можно регулировать количеством внесенных дрожжей, чем больше вносится дрожжей, тем быстрее завершается процесс брожения. После окончания брожения дрожжевые клетки удаляют сепарированием на сепараторах-осветлителях. 
Для улучшения органолептических свойств напиток купажируют. В купаж входят: сахарный сироп, лимонная кислота и ароматизаторы. Допускается использовать готовые купажи, применяемые при производстве виноградных и плодово-ягодных вин. 
       Купажированный напиток очищают на ультрафильтрационной установке, охлаждают и разливают. Готовый продукт представляет собой прозрачную жидкость золотисто-соломенного цвета, по вкусу и запаху напоминающее белое столовое вино. 
 
3.3 Производство крепких алкогольных напитков из  молочной сыворотки  
 
       Способ получения крепкого алкогольного напитка из молочной сыворотки разработан в НПО "Углич". Продукт назван "Водка Угличская".    Водка имеет крепость     42 об% и обладает специфическими вкусовыми достоинствами. Технологический процесс производства напитка осуществляется в следующей последовательности: приемка и оценка качества сырья; подготовка сыворотки к спиртовому брожению; засев подготовленной сыворотки чистой культурой-продуцентом; спиртовое брожение; перегонка бражки и получение спирта-сырца; обработка спирта-сырца молочными компонентами; ректификация обработанного спирта-сырца и получение спирта-ректификата; составление смеси из спирта-ректификата и глубоко очищенной сывороткой; розлив и упаковка готового продукта.

       Технологический процесс получения спирта-сырца практически идет по технологии получения спирта-ректификата. Отличие заключается в том, что сбраживают натуральную осветленную сыворотку, а в состав закваски входят дрожжи: Candida pseudotropicalis расы SK и 85; Torulopsis sphaerica раса SK; Torulopsis sphaerica раса PA. Длительность брожения составляют 48 ч. 
        Для улучшения органолептических показателей в полученный спирт-сырец вносят обезжиренное молоко из расчета 5 – 10 % от массы спирта. Смесь выдерживают 20 – 60 мин при температуре 20 – 30 0С, отделяют денатурированные сывороточные белки, а спирт направляют на ректификацию.

         Очищенный спирт смешивают с глубокоочищенной молочной сывороткой в соотношении от 1:1 до 1:2. Полученный алкогольный напиток фасуют и укупоривают по обычной технологии.