Обоснование необходимости переработки и использования молочной сыворотки

12-05-2014, 20:09

Необходимость промышленной переработки и рационального использования молочной сыворотки, ее компонентов и их производных в логистической последовательности была сформулирована в рамках Концепции рыночной экономики и затем адаптирована применительно к нанобиомембранным технологиям с учетом реалий кризисных явлений. Исключая повторы по приведенным выше материалам о составе и ценности молочной сыворотки, а также конкретные технические решения, ниже излагается (с ремарками) данная Концепция и ее развитие в плане нанобиомембранных технологий.
Возможность промышленной переработки молочной сыворотки в настоящее время у профессионалов молочного дела всего мира и нашей страны не вызывает сомнений. Задача состоит в том, как это с наименьшими затратами практически осуществить, независимо от системы экономических отношений, объемов производства и форм собственности.
Рациональное использование продуктов, получаемых из молочной сыворотки, является не менее актуальной и значимой проблемой, как и промышленная переработка. К сожалению, ей уделяется, в том числе переработчиками, потребителями и инвесторами, недостаточное внимание. Только поэтому многие инновационные прорывы, особенно по лактозе, ее производным и азотсодержащим соединениям белковой природы, все еще в портфеле разработчиков и ждут инвесторов для практической реализации.
Поставленные проблемы, как указывал академик Н.Н. Липатов в своем предвидении еще более 20 лет назад, остаются не только актуальными, но даже имеют явно выраженную тенденцию к расширению. Как показывает обобщение имеющегося в нашем распоряжении информационного файла данных и системный анализ практического опыта, решение проблем по переработке и использованию молочной сыворотки возможно, экономически выгодно и экологически необходимо. Концептуально оно должно быть адаптировано к рыночной ситуации, сложившейся в нашей стране, с учетом тенденций и прогнозом развития (модернизации) отрасли до 2020 года, для обеспечения Продовольственной безопасности России с брендом «умная экономика».
Интерес промышленности к проблеме полного и рационального использования молочной сыворотки можно проиллюстрировать работой в этом направлении (привожу только личные наблюдения): «Молочного комбината Ставропольский» (ген. директор, канд. техн. наук, заслуженный работник пищевой индустрии РФ, наш выпускник и мой дипломник С. В. Анисимов); Ипатовского ОАО «Сыродел» (ген, директор Н.Т. Вильгоцкий); «Южного сахара» (ген. директор E.Н. Хворостина), «Кузбассконсервмолоко» (ген. директор В. А. Барсуков). Или, например, активная, целенаправленная работа С.Л. Люблинского (ВНИИФБП, г. Боровск, Калужской обл.) по производству батончиков «Хелпер» с использованием компонентов молочной сыворотки, которые решают на уровне регионов (г. Москва, Ставрополье) проблему профилактики анемии. Хотелось бы надеяться на внимание к работе на федеральном уровне, например, в рамках двух Национальных проектов — здоровье и АПК, Или проблема применения молочной сыворотки в хлебопечении — актуальна, интересна и достойна внимания на федеральном уровне, например, как Президентская программа.
Исследования по проблематике использования молочной сыворотки проводятся во многих НИИ, вузах и предприятиях. Только один перечень статей в специальных выпусках журнала «Молочная промышленность», «Переработка молока» и газете «Все о молоке, сыре и мороженом» впечатляет. Зарубежные переработчики молочной сыворотки объединены на национальном и глобальном уровнях. Систематически проводятся международные конференции с тематикой только по молочной сыворотке. Это хороший пример для отечественных переработчиков и пользователей продукции из и на основе молочной сыворотки, например, в рамках Молочного союза России или другой организации на федеральном и региональном уровнях. С учетом моих личных приоритетов, исходя из имеющейся информации, хотелось бы обратить внимание на некоторые инновационные разработки прорывного характера:
— школа профессора К.К. Полянского (ВГТА, теперь ВГСХА) по широкому спектру проблем — напитки, сгущенные концентраты с детерминацией лактозы, мембранные методы, химия и физика лактозы, ГЖХ, молочный сахар, в т.ч. из творожной сыворотки, молочная кислота; надеемся на продолжение и развитие, как это сделала в докт. дисс. Е. И. Мельникова;
— ВГМХА им. Н.В. Верещагина (проф. Гнездилова А.И., наследие проф. А. Н. Фиалкова в свете 100-летия со дня рождения — докт. дисс. Е.А. Фиалковой) — сгущение, кристаллизация, молочный сахар, квалиметрия, в т.ч. элементы ХАССП;
— школа мэтра по сыроделию, профессора Л.А. Остроумова (КемТИПП) — проф. А.Ю. Просеков, А. М. Попов, С. Г. Козлов совместно с коллегами и моими родными алтайцами (профессора М.П. Щетинин, М.С. Уманский, А.А. Майоров) поставили и решили проблемы структурообразования, гранулирования, окатывания, желирования, пенообразования, получения сухой сыворотки (Н.П. Кустов), комбинированных продуктов и особенно напитков, в том числе с диетическими и лечебными свойствами, биотрансформации лактозы и белков;
— ВСГТУ (школа проф. И.С. Хамагаевой) сделала в области биотехнологической обработки прорыв, особенно по синтезу бифидогенных факторов, про- и синбиотиков; докт. дисс. М.Б. Данилова открыла мир ГОС;
— исследования профессоров Н.А. Тихомировой по ангиогенину (препарат «Милканг»), В.И. Ганиной по генетике пробиотиков и Н.И. Дунченко по структурированию в МГУПБ (школа академика И.А. Рогова) совершенно по новому освещают значимость молочной сыворотки в свете нано- и биотехнологий;
— исследования моих альма-матер — ОМГАУ (школа проф. Н.Б. Гаврилова с проф. П.А. Лисиным и проф. Л.В. Петровой) и СПГУНПТ (проф. Л.А. Забодалова) формируют новое направление по использованию молочной сыворотки на принципах структурирования и обогащения.
Отдельный пласт исследований в отраслевых НИИ Россельхозакадемии: ВНИМИ (академик В. Д. Харитонов с коллегами) — напитки, ЗЦМ, концентраты, новейшие методы; ВНИИМС (школа чл.-корр. PACXH Ю.Я. Свириденко, канд. техн. наук Э.Ф. Кравченко с сотр.) — вся проблематика, в том числе и особенно молочный сахар, гидролизаты лактозы, сывороточные белки; Поволжский НИИПП (академик И. Ф. Горлов) — высокие технологии ПФП и БАД; НИИДП — детское и диетическое питание, продукты с лактулозой; бывший НИИКИМ — продукты Био-тон, Биобактон, Биолактон, сгущенная сыворотка (профессор П. Г. Нестеренко) и многое другое. Практический интерес представляет препарат СГОЛ (Р. М. и А. Р. Линд), наработки ЯрНИИКПП (докт. техн. наук Г. Б. Гаврилов), ЗАО «Фермент» (Н.В. Плисов) и многие другие. Радует активность наших коллег по поиску рациональных способов использования молочной сыворотки в аграрных университетах. В принципе видится Государственная программа, которая имела место быть в 70-х годах прошлого столетия.
Исследования нашего творческого коллектива СевКавГТУ (ректор, академик Б.М. Синельников), научного направления «Технология живых систем» и НИИ биотехнологии продуктов питания (директор, декан ФБПП, докт. техн. наук В.И. Шипулин) по тематике молочной сыворотки достаточно известны и опубликованы. Только подборка работ по теме «Лактозе и ее производные» из статей, опубликованных в научных трудах университета за 1998-2005 гг., насчитывает 192 наименования. В нашем портфеле инноваций по проблеме более 50 разработок, большинство из которых систематизировано в виде диссертационных работ. Все они прошли апробацию в докторском Совете Д 212.245.05 при СевКавГТУ по технологии мясных, молочных, рыбных продуктов и холодильных производств; пищевой биотехнологии; машинам и аппаратам пищевых производств.
Возможность решения проблем переработки молочной сыворотки можно продемонстрировать на примере международной лаборатории и Представительства фирмы «Мега» (Чехия, президент фирмы Л. Новак). Проф. И. А. Евдокимов совместно с Д. Н, Володиным (директор ОАО «Мега-ПрофиЛайн») и сотр. проделали, при активной поддержке ректората СевКавГТУ, колоссальную работу. Уникальные установки по молекулярно-ситовой обработке сельскохозяйственного сырья (прежде всего молочной сыворотки) электродиализом, баромембранными методами, в т.ч. нанофильтрацией и обратным осмосом, представлены в распоряжение профессионалов и обучающихся. Результаты исследований и практической реализации этого творческого коллектива будут приведены по ходу изложения во всех разделах монографии. Они достойны отдельной публикации.
В перспективе, по-видимому, становятся актуальными вопросы использования сыворотки, получаемой при обработке восстановленного, соевого, овечьего, козьего, буйволиного молока и их смеси с натуральным коровьим. В условиях позитивных тенденций централизации переработки молочной сыворотки (опыт «Южного сахара» и Кемеровского MKK тому подтверждение, а в мире давно молочную сыворотку перевозят даже в танкерах) возникает проблема долгосрочного сохранения ее качества. Теоретическое обоснование этого процесса (не затрагивая консервирования) возможно за счет бактериальной санации молочной сыворотки перед охлаждением, аналогично разработкам нашего творческого коллектива (СевКавГТУ, ВНИМИ, СтавНИИПЧИ) по молоку-сырью, суть которой опубликована, апробирована и приведена далее.
Исходя из изложенных выше некоторых положений, далее, в технологическом плане, сформулировано наше видение концепции по полному и рациональному использованию молочной сыворотки.
Глобальная цель концепции — промышленная переработка молочной сыворотки по законченному циклу и рациональное использование получаемых продуктов на принципах безотходной технологии.
Портфель инноваций концепции — опыт отрасли (НТД и практика), законченные НИР (НТД и рекомендации), опубликованные материалы, в том числе тематические подборки и настоящая монография (специальный раздел III).
Поле деятельности инноваций концепции — пищевые продукты, напитки, кормовые средства-добавки (не корм), мед- и ветпрепараты, технические цели (защита растений, строительство, полив, энергетика, пластмассы). Нужна активная, профессиональная информация.
Суть концепции в стратегическом плане — альтернативные варианты переработки и использования молочной сыворотки на принципах безотходной технологии. Структура рыночной концепции «Молочная сыворотка» в технологическом аспекте показана на рис. 3.1.

Необходимо обратить внимание на то, что формирование рыночной концепции проводилось в технологическом аспекте, с учетом опыта зарубежных стран по продажам молока и никоим образом не подменяет проблематику маркетинга, менеджмента, мерчандайзинга и технологического аудита. Эти проблемы ждут своего решения профессионалами именно по молочной сыворотке и продуктам из нее по следующим двум основным направлениям.
1. Для производителей — молочной промышленности (переработка молочной сыворотки):
— полное использование всех компонентов, в том числе биологически синтезированной воды (СВ);
— получение (извлечение) отдельных или комбинированных компонентов (К);
— получение (синтез) производных компонентов (П).
Подгруппы по направлениям включают:
— полное использование — напитки (приоритет), сгущенные и сухие концентраты в случае необходимости хранения, в т. ч. на межсезонный период;
— извлечение компонентов — молочный жир; сывороточные белки в т. ч. фракции — лактоферрин, ангиогенин, карнитин, таурин; лактоза; минеральные соли; БАВ; биологически активная вода;
— синтез производных (химический, биологический — микробный синтез и ферментативный катализ, биохимический, биотехнологический) на основе молочной сыворотки и ее компонентов (липолиз жира, протеолиз белков, конформация лактозы).
Ассортимент получаемых продуктов из (и на основе) молочной сыворотки превышает
по экспертной оценке 10000 наименований и постоянно расширяется.
2. Для потребителей — использователей продукции из молочной сыворотки — пищевые продукты, напитки безалкогольные и алкогольные, кормовые средства-добавки, мед- и ветпрепараты, технические цели — имеется необозримое поле деятельности с массой альтернативных вариантов.
Для каждого, кто интересуется молочной сывороткой, — производитель и потребитель, имеется возможность, в соответствии со схемой концепции рыночной экономики и «деревом целей» переработки и использования, выбрать алгоритм действий и реализовать его, применительно к возможностям производства (схема переработки) и рынкам сбыта (схема использования). Следует обратить внимание на востребованность получаемых продуктов, например сухой сыворотки (завозим даже из Аргентины), молочного сахара (всегда поставляли за рубеж), лактулозы и фракций сывороточных белков, на мировом рынке. Научное обеспечение любой инновации по переработке молочной сыворотки и использованию получаемой продукции полностью может быть обеспечено отечественными разработчиками.
В плане развития настоящей концепции к нанобиомембранным технологиям, с учетом постановочных вопросов к сельскохозяйственному сырью в целом и адаптации к молоку, необходимо остановиться на ее конкретизации применительно к молочной сыворотке в форме самостоятельной доктрины.
Парадигма концептуальной сущности доктрины заключается в том, что молочное сырье (обратите внимание — постоянно возобновляемые ресурсы), в том числе, естественно, молочная сыворотка и получаемые из них продукты, следует рассматривать как объекты нанотехнологии, а их составляющие на молекулярном уровне в качестве природой данной кластеров в виде простых (молекулы, атомы) или сложных (мицеллы, агрегаты, частицы) соединений. Эти положения, впервые сформулированные проф. Н.А. Тихомировой, а затем обстоятельно развитые в публикациях И.Т. Смыкова; И.А. Евдокимова, А.В. Серова и др., теперь уже не вызывают сомнительного отношения профессионалов и пренебрежения «классических» нанотехнологов. По А.Б. Чубайсу (PocHAHO) в этом суть «наности».
Исходя из смыслового понятия нанотехнологий (карлики), применительно к молочной сыворотке, ее объектами являются лактоза и минеральные соли (размер около 1 нм), а так же все другие компоненты — молочный жир, казеин и сывороточные белки на уровне молекулярных структур: глицеридов и жирных кислот; пептидов и аминокислот.
Принципиальную возможность реализации нанотехнологий молочного дела можно показать образованием ассоциатов мицелл казеина первого уровня, что сформулировано в докт. дисс. А.А. Храмцова совместно с проф. В. В. Молочниковым. Ярчайшим доказательством жизнеутверждения нанотехнологий молочного дела являются процессы синтеза производных лактозы. Например, процесс гидролиза лактозы, когда из дисахарида лактозы (1 нм) получают две монозы — глюкозу и галактозу с размером на уровне 0,5 нм, всесторонне изученный школой чл.-корр. PACXH Ю.Я. Свириденко. При этом решается глобальная проблема — непереносимости молока. Это является прекрасным доказательством восприимчивости молочного дела, в том числе молочной сыворотки, к высокотехнологичным инновациям времени.
Биотехнология молочных продуктов ассоциируется с использованием чистых культур микроорганизмов в виде заквасок и сычужного фермента. Наша отрасль исторически использует достижения биотехнологии, иногда даже не замечая этого (например, сычужное свертывание или чистые культуры бакзаквасок).
Вся иерархия баромембранных процессов (мембранная технология) по разделению жидких высокомолекулярных полидисперсных систем может рассматриваться, как «разборка» молочной сыворотки на составляющие ее компоненты. Именно баромембранные технологии сегодня (а не в будущем) должны быть взяты на «вооружение» для обработки молочной сыворотки.
Сформированные по разработкам академика В.Н. Голубева (Институт Человека РАН) положения биомембранной технологии, применительно к объекту настоящей монографии — молочной сыворотке, рассматриваются на примере бесказеиновой фазы по системным разработкам школы чл.-корр. PACXH В.В. Молочникова.
Все приведенные выше положения подтверждают сложность поставленных в концепции проблем и возможность их решения на основе современных воззрений по геномике, протеомике и генной инженерии с практической реализацией в виде нано-, био-, мембранных и биомембранных технологий. Следует отметить, что многие положения концепции в нашем молочном деле не только известны, но и реализованы на достаточно высоком научно-техническом уровне. Это относится, прежде всего, к биотехнологии, которая в классическом виде, наряду с хлебопечением и квашением, исторически сложилась и практически используется повсеместно — производство кисломолочных напитков, сыров, творога и др. продуктов. Достаточно широко апробирована мембранная технология, особенно в последнее время применительно к ультрафильтрации, электродиализу, нанофильтрации и обратному осмосу. Нам предстоит осмыслить сделанное и на уровне государственной политики заявить отраслевые интересы, как это делают наши коллеги в смежных отраслях — электронике, ядерной физике, химии и др. в рамках госкорпорации нанотехнологий (PoсHAHО). Приоритеты совершенно ясны — получение продуктов питания, в соответствии с национальными проектами в области АПК и медицины для обеспечения продовольственной безопасности страны. Всегда питание и здоровье, особенно для «молочной пищи», были взаимосвязаны!
Глобальная цель доктрины — формирование государственной программы, проектов (грантов), бизнес-планов реализации принципов нанотехнологии по промышленной переработке молочной сыворотки, в продукты функционального питания нового поколения — про-, пре- и синбиотики (биопродукты) в условиях вступления нашей страны в ВТО, интеграции в ЕЭС, адаптации системы ХАССП и TP в соответствии с ФЗ № 88, как составляющая модернизации отрасли.
Портфель инноваций доктрины может формироваться на основе результатов исследований и практического опыта заинтересованных и специализированных организаций. В нашей стране это, безусловно, Российская академия наук, в которой с легкой руки президента АН СССР М. В. Келдыша в институте элементоорганических соединений академика А. Н. Несмеянова делали даже искусственную икру, кстати, на основе термокластера казеина, а также открыли явление термодинамической несовместимости (проф. В. Б. Толстогузов с сотр.), на базе которого школой чл.-корр. PACXН В. В. Молочникова была теоретически обоснована и практически показана уникальная технология функциональных молочных продуктов нового поколения «Биотон». Она полностью соответствует концепции предлагаемой доктрины и уже давно просится в жизнь. Жаль, если вернется в родное отечество, как это бывало не раз, «в зарубежном сарафане»
Специальное отделение по продовольственной тематике (хранения и переработки) создано и функционирует в Российской академии сельскохозяйственных наук. Оно включает более 20 специализированных и хорошо известных в отрасли НИИ, в том числе, по тематике монографии — ВНИМИ, ВНИИМС, НИИДП, региональные в г. Краснодаре, Волгограде и др., и опирается на фундамент разработок земледелия и животноводства.
Реализация инноваций нанотехнологий продуктов из молочной сыворотки возможна на всех предприятиях пищевой индустрии, независимо от объемов производства и форм собственности, а также на малых предприятиях и фермерских хозяйствах. Экономический потенциал на примере молочного дела (производство питьевого молока; получение продуктов — масло, сыр, творог, консервы): синтез производных (жирные кислоты, гидролизаты казеина и сывороточных белков, лактоферрин, ангиогенин, карнитин, лактопероксидаза, лактулоза, лактосахароза, лактитол и др., всего более 100 наименований БАД и нутриентов, получение которых возможно только при реализации принципов нанотехнологий) соотносится как 1:5:100. Таким образом, каждый вложенный в инновации рубль может дать не менее 100 рублей прибыли, что практически доказано на примере внедрения нанотехнологии биокластера из вторичного молочного лактозосодержащего сырья — лактулозы. Можно сослаться на информацию проф. Н.А. Тихомировой — реализация нанотехнологий позволяет получать с каждой тонны молока до 30 тыс. руб (цены 2005 г.).
Жизненный цикл доктрины в плане ее применения, как и производство продуктов питания — первой и главной составляющей бытия, по-видимому, бесконечен.
В качестве примера жизнеутверждения концепции и доктрины, в дополнение к материалам настоящей монографии по массе других инноваций, хотелось бы привести информационный доклад для симпозиума Международной молочной федерации (Россия, г. Москва, май, 2007) по одному из главных компонентов молочной сыворотки (70 % СВ) — лактозе и ее производным. Материал дается исключительно с целью привлечения внимания к основному компоненту сухого остатка молочной сыворотки — лактозе, которая достойна большего места и внимания в отрасли.
Лактоза (молочный сахар) присутствует в молоке всех видов млекопитающих. Первые сведения о лактозе известны с 1583 года и принадлежат по информации алхимику А. Турнейссеру. Считается, что в 1615-1633 гг. итальянский монах Ф. Бертолети получал сгущением молочной сыворотки «важнейшую соль молока». В 1694 году венецианский врач Л. Тести ввел в обиход употребление термина «молочный сахар». Известный химик К. Шелле (1780 г.) установил, что молочный сахар относится к углеводам, и внес его в этот ряд под названием лактоза (lactose). Долгое время считали, что лактоза находится только в молоке, однако в настоящее время этот дисахарид обнаружен в некоторых грибах и пыльце растений. А недавно появилась информация о наличии лактозы в отдельных видах растительного мира, в частности, амаранте. И конечно, следует отметить, что имеются неопровержимые данные о наличии углеводов (гликолевый альдегид), в просторах нашей Галактики, как один из важнейших факторов формирования жизни.
С генетической точки зрения, в соответствии с теорией адекватного питания и трофологией, лактозу следует рассматривать в качестве сахара жизни, как природой данную составляющую секрета (молока) млекопитающих и человека. Она, как и все углеводы, стоит в начале и конце возобновляемых потоков энергии и энтропии, проходящих через биосферу. Считается, что лактоза в цикле жизненного метаболизма выполняет в организме не только энергетические, но и пластические, иммунные и, возможно, другие, пока не выявленные, функции. Например, основоположник медицины Авиценна отмечал, что «сахар молока» кормилицы формирует «тонкие» (н/в смутентные) оболочки головного мозга младенцев, а ее действие липотропно холину. Издавна был известен «сладкий порошок», который получали кочевники из сыворотки молока кобылиц. Он использовался в качестве «чудодейственного средства» для «подкармливания» детей, ослабленных и больных; придания «жизненной силы» и здоровья (иммунитета). По образному выражению выдающегося физиолога XX века, лауреата Нобелевской премии, академика И.П. Павлова, лактозу следует рассматривать в качестве одного из трех основных компонентов «изумительной пищи, приготовленной самой природой». Составляющие лактозу монозы также играют важную физиологическую роль в организме, особенно новорожденного: глюкоза обеспечивает синтез резервного углевода — гликогена (энергетического «сейфа» организма), а галактоза — ганглиозидов мозга.
Интолерантность лактозы у некоторых представителей человеческих рас на генетическом уровне пока не расшифрована. В обыденной практике, видимо, правомерно предупреждение Тило Шлейпа — «Осторожно: лактоза!». В то же время известно, что еще в 1860 г. в Европе действовало более 400 станций (санаториев), где лечили (пользовали) исключительно молочной сывороткой, т.е. фактически лактозой, и продуктами из винограда. Логичным представляется предложение о возможности замены в перспективе исчезающих природных минеральных вод возобновляемыми ресурсами лактозосодержащего сырья — молочной сывороткой и минерализатами. Детальное изложение данной проблематики содержится далее и монографиях:
— докт. мед. наук, проф. X.И. Вайнштейна, который более 40 лет занимался лечением молочной сывороткой;
— Г.О. Конн и М.М. Либертал, авторов книги, являющейся настоящим гимном лактулозе.
Следует обратить внимание, что лактоза и ее производные в той или иной степени являлись объектом (предметом) исследований выдающихся ученых, удостоенных высшей награды земной цивилизации — Нобелевской премии. В качестве примера ниже, эксклюзивно, приводится перечень лауреатов Нобелевской премии (по годам присуждения), работы которых в той или иной мере, по нашему мнению, имеют отношение к тематике настоящей монографии.
Э. Фишер (1902 г.) проводил работы по исследованию углеводов, в том числе и лактозы. Ему принадлежит блестящее решение проблемы синтеза природных сахаров и других соединений.
И.П. Павлов (1904 г.), изучая функции пищеварительных желез, установил, что самыми полезными и легкоусвояемыми для организма млекопитающих являются компоненты молочных продуктов. За все эти достоинства И. П. Павлов считал молоко и его составляющие, в т.ч., естественно, лактозу, изумительной пищей, приготовленной самой природой.
И.И. Мечников совместно с П. Эрлихом (1908 г.) исследовали вопросы иммунитета и здоровья. Прошло более 100 лет со дня выхода книги «Этюды оптимизма» («Продление жизни»), где И. И. Мечников рассматривает феномен лактотерапии — профилактики заболеваний и продления жизни благодаря употреблению кисломолочных продуктов, содержащих лактозу и молочнокислые бактерии.
А. Флеминг, Э.Б. Чейн, Х.У. Флори (1945 г.), открывшие пенициллин и его целебное воздействие при различных инфекционных заболеваниях, рассматривали лактозу как основной компонент питательных сред, используемых для синтеза антибиотиков.
Л. Полинг (1954 г.) занимался исследованием природы химической связи и ее применения для определения структуры соединений. Широко известны его работы по ортомолекулярной медицине, устранении лактозной интолерантности, а также разработке концепции биологически активных добавок.
Ф. Жакоб, Ж. Моно, А. Львов (1965 г.) разработали теорию генетического контроля деятельности ферментов на примере лактозного оперона (lac-оперона) бактерии E. coli.
Таким образом, несмотря на уже более чем четырехсотлетнюю историю изучения лактозы и ее производных, она до сих пор привлекает внимание ученых и практиков.
Биологический синтез лактозы в альвеоле самок млекопитающих является предметом исследований наших коллег — биологов и животноводов. Совершенно определенно установлено, что здоровье и содержание лактозы лактирующей самки взаимосвязаны и могут служить в геномике определенным тестом «жизнеутверждения».
Химический синтез лактозы пока лежит в портфеле возможных инновационных прорывов XXI века и ждет своего исследователя. Поэтому единственным источником «сахара жизни» может быть только молочное, лактозосодержащее сырье (ЛСС). Это достояние и в какой-то мере резерв молочного дела, которое человечеству еще предстоит оценить!
Состав, свойства, биоценоз лактозы и ее растворов достаточно хорошо изучен и опубликован в открытой печати. В последнее время определена конформация ее аномеров, сделаны расчеты торсионных углов и валентных связей для прогноза химической устойчивости в плане синтеза производных. В то же время поле деятельности физиков, химиков, биологов и технологов в данной области бесконечно — от загадки соотношения аномерных форм, например, в коровьем и женском молоке, до аномалий растворимости, кристаллизации и информационной емкости.
Полиморфизм и в какой-то мере уникальность лактозы подтверждается молекулярной структурой этого природного углевода. Методами квантовой химии определены основные свойства оптимизированных геометрически молекулярных структур аномеров лактозы, которые приведены в табл. 3.1.

Следует обратить внимание, что теплота образования ΔH298 совпадает с известными данными, диполь показывает равномерность распределения электронной плотности, a RMS Gradient приближен к нулевому значению.
Место лактозы в ряде семейства углеводов можно показать хроматограммой их триметилсилильных (TMC) производных (рис. 3.2) по И. А. Ильиной.

Ресурсы лактозы в производимом на нашей планете молоке (более 600 млн. тонн в год) составляют около 27 млн. тонн (сахароза на уровне 100 млн. тонн). В лактозосодержащем сырье (молочной сыворотке — более 150 млн. тонн в год) содержится примерно 5,0 млн. тонн лактозы — это потенциал сырья для производства молочного сахара.
Извлечение лактозы из лактозосодержащего сырья не является секретом (было закрыто в период организации производства антибиотиков). В мире освоено многотоннажное производство. Степень извлечения лактозы по данной схеме не превышает 70%. Интенсивная технология способом распылительной сушки, позволяющая довести степень извлечения лактозы из ЛCC до 90-95%, требует промышленного воплощения. Молекулярно-ситовая фильтрация и биотрансформация ждут своего исследователя, особенно в практическом плане. В портфеле инноваций перспективных технологий находятся лактозаты, исследованные в школе проф. Я. С. Зайковского (ОмСХИ, 40-е годы XX века), затем в докторской диссертации М. С. Коваленко (ЛТИХП, 60-е годы XX века). Отдельная тема — полное и рациональное использование побочных (казеиновая пыль, подсырные сливки, сывороточные белки) и промежуточных (конденсат, меласса, «лепешка» с фильтр-пресса, минерализат) продуктов. Следует подчеркнуть, что организация получения лактозы на принципах безотходной технологии решает экологические проблемы законченного цикла промышленной обработки молочного сырья.
Производные лактозы всегда имели место быть в технологиях живых систем (ЖКТ) и ферментированных (кисломолочных) продуктах — напитках, сыре, твороге, сметане. Ренессанс получения производных — олигосахаридов, начался с средины XX века, особенно это относится к лактулозе, на которой целесообразно остановиться отдельно.
В табл. 3.2 приведена систематизированная информация по возможным производным лактозы (П).

Из производных лактозы в мире известны, как уже подчеркнуто выше, лактулоза и глюкозо-галактозный сироп. Лактитол, лактосахароза, галактоолигосахариды и еще некоторые производные пока малоизвестны даже профессионалам. Просятся в жизнь йод-, селен- и серосодержащие производные, заслуживает внимания синтез этанола и лактозилмочевины. Селектины лактозы — бактериоцины (биогенные элисторы), фукоза, тагатоза и лактобионовая кислота уже сегодня востребованы на мировом рынке. При этом считается, что экономический потенциал производных лактозы не только окупает затраты на их создание, но и компенсирует все издержки на исходное сырье. А некоторые, например, лактулоза необходимы страждущим.
Жизненный цикл лактулозы начался в середине XX века и имеет тенденцию к расширению. Создан международный орган по ее использованию — ILAG. На рис. 3.3 показаны молекулярные структуры лактулозы.

Аналогично аномерам лактозы методами квантовой механики определены основные свойства молекулярной структуры лактулозы в оптимизированном геометрически состоянии, которые приведены ниже:
- теплота образования, ккал/моль - 478,626
- дипольный момент, Дебай - 1,981
- среднеквадратичный градиент, ккал/(А * моль) - 0,004132
Приведенные данные и табл. 3.1 свидетельствуют о корректности геометрической оптимизации с минимизацией потенциальной энергии, сбалансированности энергетических свойств системы и возможности направленного воздействия на молекулы альдоз и кетоз.
Механизм реагентной и безреагентной трансформации лактозы (альдозы) в лактулозу (кетозу) подробно изучен — нанотехнология биокластеров на протонном уровне, оценен с точки зрения энергии активации по формуле Аррениуса и описан персептроном множественности по методологии «нейронных сетей — искусственного интеллекта» (рис. 3.4).

В виртуальных опытах достигнута степень изомеризации на уровне 95 %. В перспективе биотрансформация и направленное тепло-электро-физическое воздействие на молекулу молочного сахара, например, лучом лазера в растворах лактозы и молочном сырье.
Технологии получения лакто-лактулозы, высоких и высокоэффективных способов получения чистой лактулозы отработаны и масштабированы в отрасли. Творческий коллектив разработчиков (14 человек) удостоен премии Правительства РФ в области науки и техники (2002 г.). В мире известны десятки оригинальных (ноу-хау) методов синтеза концентратов лактулозы в жидком и сухом видах — «Нормаза», «Дюфалак», «Лактусан», «Алкософт», «Лазет», «Лаэль» и другие. По аналогии построена и реализована технология получения кормовых добавок нового поколения с бифидус-фактором лактулозой бренда «БИКОДО», «Профилакт» и др.
Проблемы и перспективы получения других производных лактозы, как это было указано выше, ждут своего решения в научном поиске и особенно на практике.
Оценивая место и роль лактозы и ее производных в биоценозе нашей планеты, можно системно отметить следующее. Использование получаемой лактозы (молочного сахара), в производимом ежегодно в мире молоке, может быть систематизировано по следующим семи направлениям.
1. Вскармливание новорожденных млекопитающих (детенышей).
2. Производство (получение) молочных продуктов.
3. Использование молочных продуктов в питании человека.
4. Производство кормовых средств для сельскохозяйственных животных и птицы.
5. Использование кормовых средств для сельскохозяйственных животных и птицы.
6. Производство и использование молочного сахара (лактозы).
7. Получение и использование производных молочного сахара (лактозы).
В принципе прямое отношение к молочной промышленности из семи направлений имеют три (2, 6, 7), непосредственно связано еще одно (4) и опосредовано остальные три (1 — заменители, 3 — торговля, 5 — подсобные животноводческие хозяйства). Следовательно, кадровое, научное и информационное обеспечение отрасли должны быть ориентированы на всю гамму возможных направлений получения лактозы из молочного сырья, что особенно важно в условиях глобализации мирового хозяйства, а для России — вступление в BTO и интеграция в ЕЭС.
Использование лактозы и ее производных — отдельная, самостоятельная и достаточно объемная тема для исследователей и практиков различных отраслей. Визитная карточка лактозы и, следовательно, молочной отрасли, находится на полках практически любой аптеки — приготовление огромного количества лекарств. Перспективным является получение лактитола и лактосахарозы, как альтернативы «белой смерти» — сахарозе, Лактулоза может рассматриваться аналогично фильтрам сигарет в качестве «порога безопасности» алкоголя. Биоинформационные таблетки на основе кристаллической решетки лактозы или лактулозы в принципе могут изменить наше представление о медпрепаратах, а биочип кристалла аномера лактозы может вместить всю библиотеку конгресса США. И, наконец, как возобновляемый побочный ресурс природного сырья, лактоза может рассматриваться в качестве альтернативы исчезающих энергоресурсов — для синтеза биотоплива.
В целом образно можно представить освещаемую тему о месте и роли лактозы в биоценозе нашей планеты в следующем алгоритме:
— лактоза вокруг нас в молочном лактозосодержащем сырье и молочных продуктах (1);
— лактоза внутри нас в виде углеводной части нашей диеты и метаболитов (2);
— лактоза для нас в виде молочного сахара и получаемых из него производных (3).
Последнее (3) являлось предметом научной тематики симпозиума Международной молочной федерации (ММФ) «Лактоза и ее производные», который состоялся в мае 2007 года (Россия, г. Москва). Первые две (1, 2) нашли отражение в материалах региональной конференции ММФ «Кисломолочные продукты — технология и питание», которая случайно по форме (времени) и содержанию проведена фактически одновременно с симпозиумом и была посвящена 100-летию выхода в свет монографии «Этюды оптимизма» нашего выдающегося соотечественника, лауреата Нобелевской премии И. И. Мечникова. Подробная информация по данной тематике содержится в главе 4 и монографии «Лактоза и ее производные». Монография была выпущена к открытию симпозиума ММФ «Лактоза и ее производные» петербургским издательством «Профессия» при поддержке Молочного союза России (президент акад. В.Д. Харитонов, председатель Совета С.А. Пластинин, исп. директор, канд. с/х наук В.В. Лабинов) и председателя Совета директоров холдинга «МЕКРАМОЛ» А.Л. Коновалова. В монографии изложено российское видение проблематики на международном уровне.
Системная информация по лактозе и ее производным изложена также в серии статей. В связи с этим в настоящей монографии данные вопросы излагаются эксклюзивно — новации нанобиомембранных технологий последнего времени.
В целом изложенный выше эвристический анализ концептуальных положений промышленной обработки и рационального использования молочной сыворотки, ее компонентов и их производных на конкретных примерах показывает феноменальность объекта монографии, необходимость экономической и экологической оценки с современных позиций.