Увеличение бифидогенного фактора молочной сыворотки. Молочная промышленность . 2017, № 9. С. 65-66.

Заварин Ю.М., Полянская И.С., Неронова Е.Ю., Закрепина Е.Н. Подхомутов Н.В., Семенихина В.Ф.

Молочная сыворотка – биологически полноценное сырье, которое до настоящего времени используется частично, загрязняя при этом окружающую среду [1, 2]. Подсчитано, что загрязняющая способность сыворотки превышает аналогичный показатель для бытовых сточных вод в 500-1000 раз. Среди известных технологий использования сыворотки – производство пробиотических продуктов для животноводства, или функциональных кормовых продуктов ФКП с предварительной изомеризацией лактозы до лактулозы. Дисахарид лактулоза (фруктозо-галактозид) - мощный пребиотик (промотор) бифидобактерий, обладающий рядом специфических уникальных свойств. Лактулозу широко используют также как профилактическое и терапевтическое средство при ряде заболеваний. Она считается классическим средством воздействия на метаболизм микрофлоры кишечника человека и сельскохозяйственных животных [3, 4].

Рис. 1 Внутримолекулярная перегруппировка альдозы (лактозы) в кетозу (лактулозу).

Для получения лактулозы используется внутримолекулярная перегруппировка лактозы в щелочной среде, и продуктов гидролиза сывороточных белков (рис. 1). Например [5] в для изомеризации лактозы в лактулозу в молочную сыворотку, сгущенную до 20-30% сухих веществ (при сушке смеси на вальцовых сушилках) или 30-40% сухих веществ (при сушке смеси на распылительных сушилках) вносят раствор гидроксида кальция до достижения рН 10,5-11,5 ед. при температуре сыворотки 75-85 oС и термостатируют в течение 25-35 минут. Указанный диапазон температур обосновывается тем, что при температурах ниже 75 oС реакция изомеризации лактозы в лактулозу затормаживается или полностью блокируется, в то время, как увеличение температуры выше 85oС приводит к необратимым изменениям компонентов молочной сыворотки, ухудшению ее органолептических показателей.

Использование в качестве катализатора реакции изомеризации лактозы в лактулозу щелочей (гидроксидов Ка, Са) или солей, обладающих щелочными свойствами (сульфитов, фосфитов, боратов, алюминатов) требует для получения качественного готового продукта очистки от внесенных реагентов, использования специального оборудования, материальных и энергетических затрат.

Этого недостатка (наличия в молочной сыворотке постороннего химического реагента-катализатора) лишён способ изомеризации методом электрохимической активации сыворотки до рН (11±0,5) ед. с последующим термостатированием при температуре t=(70±0,5) oC в течение 15-25 минут и нейтрализацией кислой сывороткой [6].

Способ производства сухой бифидогенной молочной сыворотки заключается в следующем: осуществляют сбор и резервирование молочной сыворотки, ее нагревание, сепарирование, пастеризацию и охлаждение.

Для изомеризации лактозы сыворотку подвергают электроактивации В анодное пространство помещают водопроводную воду, в катодное - сыворотку.

На катоде происходит выделение водорода, образующегося при электролизе воды и обогащение сыворотки гидоксильными группами ОН- [7]:

Н₂О + ẻ → Н⁺ + ОН^-

Н⁺+ Н⁺→ Н₂.

В результате электроактивирования рН сыворотки, помещенной в катодное пространство установки, изменяется и достигает значения рН (11±0,5) ед.

В анодном пространстве происходит снижение кислотности воды до значения рН (2,5±0,5) ед. Процесс осуществляют при температуре сыворотки t=(70±0,5) oС и термостатируют при этой температуре 15-25 мин.

Затем осуществляют нейтрализацию изомеризованной сыворотки кислой сывороткой с титруемой кислотностью К=(200±15) oТ, до достижения рН (7,5±0,5) ед. При этом происходит изомеризация 20-25% лактозы в лактулозу, а также гидролиз сывороточных белков порядка 30-40%, продукты распада которых также обладают бифидогенными свойствами.

Температура изомеризации лактозы выбрана на основании того, что при ее понижении образование лактулозы затормаживается или прекращается, а при повышении температуры увеличиваются энергозатраты при незначительном увеличении интенсивности технологического процесса. Продолжительность термостатирования обусловлена тем, что при выдерживании раствора менее 15 минут степень изомеризации лактозы не достигает требуемого уровня, а при проведении реакции более 25 минут происходит автокаталитический распад лактулозы.

Актуальность работ по изомеризации лактозы обусловлена тем, что молочная сыворотка является многотонажным побочным продуктом переработки молочного сырья в творог, творожные изделия, сыр, казеин. Только в Вологодской области в 2016 г. произведено 9,6 тыс. тонн творога, 4,2 тыс. тонн сыра. При этом в год получено молочной сыворотки 11,0 тыс. тонн. С учетом молокопереработки в соседней Архангельской области молочной сыворотки, не используемой в хозяйственных, целях примерно 20 тыс. тонн в год.

Процесс совершенствования использования электроактивации трансформации лактозы в лактулозу, поиск более экономически целесообразных альтернативных способов представляет практический интерес. Нами был проведён опыт электроактивирования на варианте лабораторной электрохимической установке (ОАО Астор-С, Вологда, см. фото). Эффект превращения лактозы в лактулозу при этом оценивался по накоплению бифидобактерий в электроактивированой сыворотке. Установка, способна снижать кислотность сыворотки до рН порядка 6 рН. По заявлению разработчика, при доукомпектации её дополнительными реакторами одновременно, можно проводить 7-10-кратную электрохимическую активацию до рН = 14 ед. с сохранением энергосберегающей характеристики установки и увеличением производительности.

Основываясь на приведённых литературных данных [5, 6], сыворотка творожная с активной кислотностью 3,5 рН и температурой 72-74 ºС, пропускалась через опытную установку со скорость 0,15-0,17 л/ мин через при 2 А, 70-75 V, с последующей выдержкой при указанной температуре 20 мин. Далее охлаждалась до 38 ºС и заквашивалась 1% лабораторной закваски. Закваска готовилась на стерилизованном обезжиренном молоке из поливидовой бактериальной лиофилизированной закваски Бифидобактерии + лактобактерии (Bifidobacterium bifidum + Lactobacillus plantarum). Заквашенная сыворотка термостатировалась 12 часов при 38 ºС. Количество бифидобактерий в сквашенной сыворотке определялось по ГОСТ 10444.11-2013 [6]. Повторность опыта трёхкратная с расчётом среднего значения Хср и среднеквадратичного отклонения Ɠ.

Фото. Вид лабораторной опытной электрохимической установки, ОАО Астор-С

Табл. Результаты электрохимической активации сыворотки на установке ОАО Астор-С

Анализ результатов исследований показывает:

Полученных при электроактивации значений рН 4,3-6,1 достаточно для достижения концентрации ионов ОН- в сыворотке, стабильно обеспечивающих протекание каталитической реакции трансформации лактозы в лактулозу.

При исследовании дальнейшего увеличении значений рН электрохимической обработкой, возникает необходимость введения дополнительной операции нейтрализации изомеризованной сыворотки.

Таким образом, продолжение исследований в направлении совершенствования электоактивации связано с конструированием ресурсосберегающей электрохимической установки промышленной производительности, а также с дополнением технологии этапом безреактивного раскисления щелочной электроактивированной сыворотки кислой сывороткой.

1. Габриелян Д.С., Грунская В.А. Ресурсосберегающая технология обогащённых кисломолочных напитков. – Пищевая промышленность, 2014, № 8. С. 12-14.

2. Технология кормовых добавок нового поколения из вторичного молочного сырья. / Г.А. Храмцов, И.А. Евдокимов, С.А. Рябцева, П.Г. Нестеренкоти др. – М.: ДеЛипринт, 2006. – 288 с.

3. Полянская И.С., Топал О.И., Тераевич А.С., Новокшанова А.Л., Забегалова Г.Н.Нутрициологические, микробиологические, генетические и биохимические основы разработки и производства продуктов с пробиотиками. – Вологда-Молочное. - ИЦ ВГМХА. – 2013. – 200 с.

4. Храмцов А. Г., Евдокимов И. А., Рябцева С. А., Лодыгин А. Д., Журба Л. Н. Изомеризация лактозы в лактулозу в молочной сыворотке // Известия ВУЗов. Пищевая технология. 1998. №1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/izomerizatsiya-laktozy-v-laktulozu-v-molochnoy-syvorotke (дата обращения: 29.03.2017).

5. Патент № 2201093 Способ производства сухого молочного продукта.

6. Патент № 2218798 Способ производства сухой молочной сыворотки.

7. Шишигин М.С., Носкова В.И., Полянская И.С. Изучение влияния электрохимической обработки на качественные показатели воды. В сборнике: Наука и инновационные процессы в АПК Сборник трудов ВГМХА по результатам работы научно-практической конференции, посвященной 100-летию академии. 2011. С. 26-30.

8. ГОСТ 10444.11-2013 Микробиология пищевых продуктов и кормов для животных. Методы выявления и подсчета количества мезофильных молочнокислых микроорганизмов.