Разработка технологии сухих высокожирных компонентов на основе молочной сыворотки для производства заменителей цельного молока (ЗЦМ)

Одним из путей, способствующих повышению эффективности молочной промышленности и животноводства в Российской Федерации, является производство заменителей цельного молока (ЗЦМ), что позволяет увеличить товарность молока, высвободить и направить на пищевые цели значительное количество натурального молока (до 5−7 млн. т в год).

Теоретические и практические аспекты, а также пути оптимизации технологических процессов производства ЗЦМ исследованы в трудах таких известных ученых, как B.C. Гордезиани, A.A. Ионкина, H.A. Смекалов, В. И. Сироткин, А. Г. Храмцов, Н. Б. Липатов, В. Д. Харитонов, М. В. Залашко, И. А. Радаева, И. А. Евдокимов, Ю. И. Филатов, Н. Б. Гаврилова и др.

В 2011 г. в Российской Федерации численность крупного рогатого скота (КРС) составила 9,2 млн. голов, в том числе 8,3 млн. телят. Общая потребность в ЗЦМ при выпойке телят в ранний период их жизни составляет около 100 тыс. т в год.

Существующая традиционная технология производства ЗЦМ на основе обезжиренного молока с помощью распылительной сушки в силу высоких производственных и энергетических затрат не позволяет производить конкурентоспособную продукцию. Современные рецептуры ЗЦМ, основанные на использовании молочной сыворотки и растительных жиров, направлены на рациональное использование сырьевых ресурсов молочной промышленности, а главное, на увеличение товарности молока при сохранении высокой биологической и кормовой ценности ЗЦМ.

Перед кормовой отраслью в настоящее время стоит задача освоения прогрессивного метода производства ЗЦМ, основанного на смешивании сухих ингредиентов (сухое смешивание), достоинством которого является относительная простота, более высокие экономические показатели по сравнению с традиционной технологией, а главное появится возможность производить ЗЦМ не только на специализированных предприятиях, но и непосредственно в животноводческих комплексах. При использовании технологии сухого смешивания жировая композиция, вносимая в порошкообразную основу ЗЦМ, как и другие составляющие ингредиенты, должна обладать свойствами порошкообразного сыпучего продукта. На данный момент отечественная промышленность не производит подобных композиций ввиду отсутствия научнообоснованных и практически подтвержденных знаний по защищенности жировой фракции аналогично механизму защиты жировых частиц природными оболочками в натуральном молоке.

В этой связи разработка технологии получения сухих высокожирных компонентов (СВК) на основе молочной сыворотки и жиров растительного происхождения является актуальной проблемой, её решение ускорит внедрение в промышленность прогрессивного способа, что будет способствовать увеличению объемов вырабатываемых ЗЦМ и, как следствие, выходу кормовой отрасли из импортной зависимости.

Научная новизна работы:

— теоретически обоснована и экспериментально подтверждена физическая модель последовательного формирования слоев оболочки жировых шариков немолочного происхождения в соответствии с адсорбционной активностью элементов, составляющих искусственные эмульсии;

— установлена зависимость размеров жировых шариков в молочно-жировых концентратах от давления гомогенизации;

— научно обоснована и экспериментально подтверждена роль полисахаридов в качестве защитного капсулирующего слоя в оболочке жировых шариков, обеспечивающих пролонгированные сроки годности.

Практическая значимость работы:

— разработана методика оценки поверхностной активности при взаимодействии веществ, участвующих в формировании слоев оболочки жировых шариковрекомендованы оптимальные условия гомогенизации и рациональные режимы сушки молочно-жировых эмульсий при производстве сухих высокожирных компонентов для ЗЦМ методом сухого смешивания;

— разработаны рецептуры, технология на высокожирный компонент, аппаратурно-технологическая схема и техническая документация (ТУ 9 226 456−419 785−09 «Продукты углеводно-жировые сухие») на промышленное производство сухих высокожирных компонентов с содержанием растительных жиров 50 и 55%. Освоено промышленное производство СВК на молочном заводе «Сыр Стародубский» Брянской области;

— установлены повышенные сроки хранения сухих высокожирных компонентов в сравнении с традиционными видами сухих жиросодержащих молочных продуктов;

— экономический эффект за счет импортозамещения (цена аналогичного импортного продукта — 60 руб/кг, отечественного — 45 руб/кг) в пересчете на 1 тонну готового ЗЦМ составляет 3050 руб.

Цель исследований — разработка технологии сухого высокожирного компонента (СВК) со стабилизированной жировой фазой, используемого для производства ЗЦМ методом смешивания сухих ингредиентов.

Для достижения указанной цели последовательно ставились и решались следующие задачи:

• изучить теорию формирования оболочек жировых шариков в натуральном молоке и предложить гипотезу двухслойного строения оболочки жировых частиц в искусственных эмульсиях на основе растительных жиров и концентрированной молочной сыворотки;

• разработать методику оценки поверхностной активности веществ при их взаимодействии, и выбрать наиболее активный эмульгатор для создания устойчивой эмульсии;

• провести поиск и по результатам экспериментальных исследований найти способ капсулирования жирового шарика дополнительным слоем, способным надежно защитить его от различных физико-химических и механических воздействий;

• разработать физическую модель многослойного строения оболочки жировых шариков на основе последовательного расположения слоев веществ по их поверхностной активности;

• определить оптимальные режимы гомогенизации и исследовать физические свойства молочно-жировых эмульсий;

• рассчитать удельные массы слоев оболочечных веществ и разработать рецептуры, технологическую документацию и аппаратурную схему производства сухих высокожирных компонентов;

• определить рациональные режимы сушки и исследовать физико-химические и механические показатели сухого высокожирного компонента в процессе хранения;

• провести апробацию технологии ЗЦМ сухим смешиванием с использованием СВК.

1.9.

Заключение

.

Результаты изучения литературных источников позволяют сделать следующие выводы.

1. Устойчивость эмульсий прямого типа, вообще и, в частности молока, обусловлена наличием на поверхности раздела жир-плазма защитной оболочки. Применяемый в молочной промышленности процесс гомогенизации молока координальным образом изменяет состав и структуру оболочки жировых шариков.

2. Гомогенизация молока существенным образом влияет на кинетическую и агрегативную устойчивость жировой фазы. Наряду с повышением устойчивости за счет уменьшения размера жировых шариков, сужением диапазона их распределения, гомогенизация может вызвать негативные последствия, т. е. образовывать скопления жировых шариков. Основная роль в отстое жировой фазы принадлежит не отдельным жировым шарикам, а их скоплениям.

3. Внесение в молочные эмульсии ПАВ преследует цель не допустить образования скоплений жировых шариков при гомогенизации, путем создания на поверхности жировых шариков устойчивой защитной оболочки. При этом следует учитывать, что при гомогенизации молока за счет увеличения общей жировой поверхности может возникнуть вероятность недостатка природного эмульгатора фосфолипида в плазме для формирования защитной оболочки.

4. При создании любой новой эмульсии необходимо, прежде всего, определить тип эмульсии (т.е. соотношение водной фазы к жировой) и только после этого выбирать эмульгатор (ПАВ) с соответствующим показателем гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ).

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Исследования проводились в государственном научном учреждении Всероссийский научно — исследовательский институт молочной промышленности Россельхозакадемии.

Структурная схема исследований приведена на рис. 2.

Рис. 2. Структурная схема исследований.

1 — исследование и определение показателей поверхностной активности эмульгаторов и белково-углеводных веществ;

2 — выбор наиболее активного ПАВ;

3 — измерение вязкостных характеристик мол очно-жировых эмульсий;

4 — измерение размеров жировых шариков в молочно-жировых эмульсиях в зависимости от давления и содержания массовой доли сухих веществ в молочно-жировой эмульсии;

5 — определение рациональных режимов гомогенизации (давление, температура);

6 — составление рецептур компонентов при получении молочно-жировых эмульсий;

7 — определение рациональных режимов сушки высокожирных эмульсий;

8 — определение режимов охлаждения сухих продуктов;

9 — определение физико-химических и механических показателей сухих высокожирных продуктов в процессе хранения.

2.1. Объекты исследований.

Объектами исследований являлись искусственные молочно-жировые эмульсии на основе растительных жиров и концентратов молочной сыворотки, а также их составляющие ингредиенты:

1. различные белки и их водные концентраты:

— сывороточный белок (ТУ 10−02−02−44−87),.

— изолят соевого белка СУПРО 760 (8ЦР1Ю 760) (свидетельство о государственной регистрации № 50.99.01.009.У.424.12.07, Приложение 1);

2. углеводы и их водные концентраты:

— лактоза мелкокристаллическая с размером кристаллов не более 5 мкм (ТУ 9229−128−4 610 209−2003 «Сахар молочный»), декстринмальтоза (ГОСТ 6034−74 «Декстрины. Технические условия», Е1400);

3. жиры и масла:

— масло пальмовое рафинированное дезодорированное (ТИ 9141−1 700 365 617−2006, номер сертификата соответствия С-1Ш.АЕ71.В.142, Приложение 2);

— масло растительное рафинированное кокосовое дезодорированное отбеленное (номер сертификата соответствия С-МУ.АВ29.В.6 255, Приложение 3);

— жир свиной топленый пищевой (ГОСТ 25 292−82);

4. эмульгаторы отечественные и импортные (Е 471, Е 472с, Е 475, Е 481, Приложения 4−7).

5. физико-химические и механические показатели сухих высокожирных компонентов.

Краткая характеристика эмульгаторов представлена в таблице 2.

Все исследования проводили при 1=62±-3°С, имитируя процесс гомогенизации. Препараты белков (молочных и растительных), а также углеводов (полисахарида и лактозы) готовили в виде водных растворов с концентрацией, соответствующей их нахождения в исследуемых эмульсиях.