Продукты на основе казеиновой пыли и молочного жира

14-05-2014, 21:01

Системные исследования Е.А. Чеботарева позволяют предложить альтернативные варианты извлечения казеиновой пыли и молочного жира центробежным способом на специальных саморазгружающихся сепараторах отечественного или зарубежного производства. Отстой возможен только для части казеиновой пыли. Паллиативы технических решений, появившиеся в последнее время, не решают проблемы. Специальные сепараторы исключают периодическую остановку для удаления т.н. «белкового ремня», обеспечивают получение, кроме подсырных сливок, белковой массы (казеин), позволяют автоматизировать процесс на принципах «безлюдной технологии». Оптимальные аппаратурно-процессовые решения приведены в главе 6.
По мнению Е.А. Чеботарева, в практическом плане существует вопрос: какую сыворотку следует считать жирной? Тенденции последних лет по выработке маложирных сыров, творога и белково-жировых продуктов (сырных и творожных) с пониженным содержанием жира непосредственно влияют на снижение жирности сыворотки. Если исходить из того, что при сепарировании нужно получать сливки жирностью не ниже 20 % (меньшее содержание жира не позволит использовать их, например, в маслоделии), то удельное количество подсырных сливок можно получить по формуле (без учета потерь):

Mсл = 50,2 Жсыв - 4,02,

где Mсл — количество сливок, получаемых при сепарировании 1 т сыворотки, кг;
Жсыв — массовая доля жира в сыворотке, %.
Таким образом, при жирности сыворотки 0,5 % соотношение исходного продукта и сливок составляет около 50:1, а при жирности 0,2 % уже более чем 160:1. Учитывая это, практически считается целесообразным обезжиривать молочную сыворотку при ее жирности не менее 0,2 %. Если молочная сыворотка признана нежирной, то последующее выделение из нее дисперсных фаз может идти по двум направлениям: центробежное выделение казеиновых частиц или, при необходимости осветления, коагуляция сывороточных белков и совместное центробежное выделение скоагулированных частиц и казеиновой пыли. Существующие процессы и технологические схемы сепарирования молочной сыворотки предусматривают обезжиривание натуральной молочной сыворотки с выделением оставшихся частиц казеина.
Наличие в молочной сыворотке частиц казеина и шариков молочного жира создает специфическую особенность процесса сепарирования этого продукта — одновременное выделение двух дисперсных фаз (легкой и тяжелой), отличающихся своими свойствами, но имеющих сравнительно равную концентрацию в дисперсионной среде. Молочный жир отделяется от сыворотки в виде сливок, казеиновые частицы образуют в периферийной части барабана сепаратора довольно плотный осадок. Процесс выделения молочного жира и частиц казеина из молочной сыворотки в первую очередь рассматривается как процесс обезжиривания этого продукта. Однако в последнее время все больше внимания стало уделяться сбору казеинового осадка для последующего его использования.
Спецификой процесса сепарирования (обезжиривания) молочной сыворотки является также то, что, во-первых, осуществляется центробежное разделение малоконцентрированной гетерогенной системы; во-вторых, идет взаимодействие дисперсных фаз, влияющее на результат процесса, а также сравнительно быстрое накопление осадка в шламовом пространстве.
Основным технологическим фактором, влияющим на процесс обезжиривания жидких неоднородных систем, в том числе и сыворотки, принято считать температуру исходного продукта. Температура свежей сыворотки обычно находится в интервале 40-45 °С, но может быть и ниже при охлаждении до или в процессе резервирования или выше в случае применения подогрева перед сепарированием.
Другим физико-химическим фактором, влияющим на результат обезжиривания, является жирность исходного продукта, которая может отличаться в 2-3 и более раз. Жирность исходной сыворотки может колебаться в достаточно большом диапазоне 0,2-0,8 %, что заметно превышает колебания в жирности молока.
К факторам, влияющим на процесс обезжиривания, относится содержание воздуха в исходном продукте. Как правило, содержание воздуха в молочной сыворотке бывает 0,1-0,3%, однако может иметь и большую величину. Поступление избыточного воздуха в сепаратор незамедлительно скажется на процессе центробежного разделения. Если содержание воздуха в молочной сыворотке перед сепарированием превышает 0,5 %, эффективность обезжиривания сыворотки значительно ухудшается.
Молочную сыворотку целесообразно обезжиривать сразу же после получения, что подтверждается как отечественной, так и зарубежной практикой. Н.Н. Липатов указывает, что при хорошо организованном процессе в просепарированной сыворотке содержится не более 0,05 % жира (а, по мнению других авторов, например, около 0,03 %). При таком обезжиривании сыворотки из 2000 я ее получают не менее 14-15 кг сливок, содержащих 30% жира.
Для отделения казеиновой пыли от сыворотки могут использоваться различные аппараты, включая гидроциклоны и даже так называемые виброситовые машины.
Фирма «Вестфалия» считает типовой линию по обезжириванию сыворотки. Предлагаемое решение с двумя сепараторами — осветлитель для выделения казеиновой пыли и разделитель для получения подсырных сливок достаточно громоздко, хотя и эффективно. Современная технологическая линия первичной обработки молочной сыворотки с комбинированным сепаратором «осветлитель — разделитель» показана на рис. 17.1.

Согласно данной схеме, собранная от производства сыра или творога сыворотка из емкости 1 насосом 2 подается на барабанное или вибрационное сито 5, где происходит отделение наиболее крупных частиц казеиновой пыли. После этого молочная сыворотка при помощи насосов 6 и 8 поступает в сепаратор-сливкоотделитель 9 для обезжиривания. Вывод жидких фракций из сепаратора при помощи напорных дисков, выгрузка осадков — центробежная, пульсирующая. Подача сыворотки на вибросито регулируется краном 3, сбор казеинового осадка осуществляется в емкость 4.
Использование фильтрации (ситования) позволяет отделить лишь 30-60% казеиновой пыли в зависимости от производительности устройства, исходного содержания выделяемых частиц и их дисперсности. Остается еще достаточно большое количество частиц казеина, оказывающих влияние на последующий процесс сепарирования. Кроме того, при использовании сита сыворотка насыщается воздухом, что также отрицательно влияет на эффективность сепарирования. Поэтому на практике эту операцию и аппарат (5), как правило, исключают. При этом казеиновая пыль накапливается в шламовом пространстве сепаратора-сливкоотделителя. В связи с этим рекомендуется центробежную выгрузку осадка осуществлять через каждые 15 минут, чередуя частичную и полную разгрузку барабана. При повышенном содержании казеиновых частиц чаще используется полная выгрузка осадка. Использование полной выгрузки осадка в процессе сепарирования должно учитываться в системе автоматического управления сепаратора. Естественно, данная линия комплектуется пастеризационно-охладительными установками для обработки подсырных сливок и обезжиренной молочной сыворотки.
Традиционными продуктами сепарирования молочной сыворотки следует считать под-сырные сливки или, в соответствии с современной терминологией — сливки из сыворотки, казеиновый осадок и обезжиренную сыворотку. Показатели сливок из сыворотки, обезжиренной сыворотки и белковой массы регламентированы. Состав и свойства указанных продуктов сепарирования приведены в табл. 17.1.
Сливки из молочной сыворотки отличаются от сливок из молока более высокой степенью дисперсности жировой эмульсии. Средний диаметр жировых шариков в них составляет 3,10 мкм, тогда как обычных (контроль) 3,42 мкм. На долю жировых шариков размером менее 2 мкм приходится 65,8 %, что почти на четверть больше, чем в обычных сливках. Однако в жировых шариках этого размера находится всего около 13,5% жира от общего его количества, тогда как остальной объем жира сосредоточен в достаточно небольшом количестве более крупных частиц.

В сливках из молочной сыворотки содержится на 12,2% больше, чем в обычных сливках, свободного жира, который способствует агрегированию жировых шариков в процессе их созревания. Жир таких сливок содержит больше низкомолекулярных кислот, у него выше число омыления, Рейхерта-Мейссля и рефракции, тогда как число Поленске ниже. В связи с этим возрастает биологическая ценность жира, хотя снижается его стойкость при хранении.
Сухих веществ в подсырных сливках на 3-4 % меньше, чем в сливках из молока. В них практически отсутствует казеин. Термолабильные сывороточные белки предопределяют меньшую термостабильность подсырных сливок. Хранить эти сливки можно в течение двух суток при температуре 5-10 °C без существенных изменений. Сливки, полученные при сепарировании творожной сыворотки, несколько отличны от сливок, полученных при сепарировании подсырной.
Подсырные сливки используются, главным образом, в двух направлениях: в сыроделии и маслоделии. Процессы отработаны и реализованы на практике.
Казеиновые частицы образуют в барабане сепаратора с ручной периодической выгрузкой осадка плотный кольцевой осадок влажностью 45-50 %. Из сепаратора казеиновый осадок выбрасывается в виде текучей массы влажностью не выше 85 %. При последующем хранении такого продукта частицы оседают, и в верхней части образуется некоторое количество обезжиренной сыворотки, т.е. идет процесс отстаивания. Рекомендуемое направление использования казеинового осадка из подсырной сыворотки — в производстве плавленых сыров. Исследование возможности получения из казеиновой пыли твердых сыров показало, что выработанные из частиц казеина сыры по своим показателям соответствуют стандартным. Можно изготавливать из сырной пыли так называемые сборные головки, которые затем использовать на промышленную переработку, например, при производстве плавленых сыров. He исключается и использование этого продукта на кормовые цели. На практике, к сожалению, казеиновый осадок используется достаточно редко.
Оригинальную продукцию из казеиновой пыли в виде сырой «косички» получил К.В. Объедков (рис. 17.2).

С целью совершенствования технологии выделения дисперсных фаз из молочной сыворотки и ее концентратов Е.А. Чеботаревым реализованы следующие инновации:
— выделение всех дисперсных фаз (жира, частиц казеина и скоагулированных сывороточных белков);
— выделение двух дисперсных фаз в сочетаниях: жир и частицы казеина; жир и скоагулированные сывороточные белки; казеиновые частицы и скоагулированные сывороточные белки;
— выделение одной дисперсной фазы (частицы казеина или скоагулированные сывороточные белки).
Эти направления, в свою очередь, могут быть использованы при переработке любой молочной сыворотки, в т.ч. нежирной (полученной от производства обезжиренных белковых продуктов) в соответствие со схемой, представленной на рис. 17.3.

Как показывает опыт эксплуатации сепараторов марки ОХ2-С, фактическая производительность этого сепаратора должна устанавливаться около 9000 л/ч, хотя паспортная производительность составляет 10 000 л/ч. Это позволяет обеспечивать выполнение предусмотренных технической характеристикой параметров выделения дисперсных фаз. Эффективность работы сепаратора ОХ2-С можно повысить за счет полного сбора и последующего использования казеинового осадка. Однако существующей конструкцией гидросистемы рассматриваемого сепаратора предусмотрено использование для смыва выгружаемого осадка водопроводной воды. Чтобы обеспечить подачу обезжиренной сыворотки на смыв казеинового осадка, было рекомендовано внести изменения в гидросистему сепаратора. Причем это изменение можно внести и в гидросистему как уже эксплуатируемых, так и вновь выпускаемых сепараторов.
При использовании для сепарирования молочной сыворотки саморазгружающихся сепараторов-сливкоотделителей для молока необходимо учитывать, что в молочной промышленности для обезжиривания молока используют главным образом отечественные саморазгружающиеся сепараторы-сливкоотделители ОС2 H-C (ОСЗ H-C), производительностью 10000 л/ч, ОСЦП-5 и ОЦР-5, производительностью 5000 л/ч, ОСЦП-3, производительностью 3000 л/ч. Эти же сепараторы могут использоваться для сепарирования молочной сыворотки. С учетом свойств разделяемой системы и наличия частиц казеина производительность сепаратора, в этом случае, должна быть снижена на 15-20%. Это обусловлено предотвращением забивания межтарелочных зазоров осадком. Время между разгрузками должно быть установлено в соответствии с рекомендациями табл. 17.2.

Использование для обезжиривания молочной сыворотки сепараторов-сливкоотделителей с ручной периодической выгрузкой осадка не целесообразно. Во-первых, из-за быстрого заполнения шламового пространства барабана осадком, время непрерывной работы весьма непродолжительно и обычно не превышает 0,5 ч. Во-вторых, использование казеинового осадка, в этом случае, весьма проблематично. Тем не менее, необходимость использования таких сепараторов может возникнуть. В этом случае предлагается использовать предварительное выделение из жирной сыворотки белковых частиц в саморазгружающихся сепараторах-молокоочистителях. Время между разгрузками сепаратора-осветлителя, в этом случае, должно быть установлено в соответствии с рекомендациями табл. 17.3.

Возможен вариант, по которому молочную сыворотку сначала очищают от белковых частиц в саморазгружающемся сепараторе-молокоочистителе, а затем обезжиривают в сепараторе сливкоотделителе для молока. Однако это требует специфического подхода (ноу-хау). Это же положение распространяется на сепарирование концентрированной молочной сыворотки.
В результате реализации предложенных новаций получаются новые продукты сепарирования молочной сыворотки и ее концентратов. К новым (в отличие от традиционных) продуктам сепарирования молочной сыворотки и ее концентратов можно отнести:
— сливки из натуральной (неконцентрированной) молочной сыворотки при совместном выделении всех дисперсных фаз;
— белковый (казеиново-альбуминный) концентрат, получаемый при совместном выделении казеиновых частиц и скоагулированных сывороточных белков;
— сливки, получаемые при сепарировании сгущенной молочной сыворотки;
— белково-углеводный концентрат, получаемый за счет выделения скоагулированных белковых частиц из сгущенной молочной сыворотки.
Состав и свойства (титруемая кислотность) жировых продуктов (сливок) приведен в табл. 17.4.

Коагуляция белков неконцентрированной молочной сыворотки приводит к тому, что получаемые сливки отличаются составом плазмы, в которой содержится меньше, чем в обычных сливках из сыворотки, белков, но несколько больше лактозы и минеральных веществ. Хотя этот рост незначителен, поскольку для получения белковых хлопьев использовалась тепловая коагуляция, т.е. безреагентная. При использовании реагентов для коагуляции сывороточных белков рост минеральных веществ в сливках будет заметнее.
Концентрирование наращивает содержание сухих веществ в плазме сливок. Причем можно вполне определенно утверждать, что рост содержания лактозы и минеральных веществ пропорционален степени сгущения. Количество же белков в сливках зависит от степени их коагуляции в процессе сгущения, поскольку при сепарировании они отделяются практически полностью.
Кислотность сливок из осветленной сыворотки ниже из-за удаления основной части сывороточных белков, а также лучшей сохранности этого продукта за счет термообработки. Сливки из концентратов подсырной сыворотки имеют кислотность пропорциональную степени их сгущения. Их можно использовать в маслоделии, особенно в варианте сбивания из них масла после замены плазмы. Белковый казеиново-альбуминный концентрат, полученный при совместном выделении частиц казеина и скоагулированных сывороточных белков, можно рассматривать как смесь казеинового осадка и белковой массы с приблизительно равным соотношением компонентов (от 0,5:1 до 1:1). Использование такой смеси аналогично использованию ее отдельных составляющих.
В целом современные решения позволяют реализовать систему направленного и управляемого выделения из молочной сыворотки (нативной и концентрированной) трех компонентов: казеиновой пыли, молочного жира и сывороточных белков (в денатурированном состоянии). Их рациональное использование решает проблемы маркетинга, мерчанзайдинга (продаж) и экологии.