Содержание к диссертации
Введение
1. Введение 4
1.1. Актуальность проблемы 4
1.2. Цель исследования 8
1.3. Научная новизна 8
1.4. Практическая значимость 9
1.5. Апробация работы, публикации, стукгура и объем работы 9
2. Анализ информации по изучаемой проблеме, выводы и задачи исследования 10
2.1. Общая характеристика молочной сыворотки как сырья для производства пищевых продуктов и кормов 10
2.2. Белки молочной сыворотки 13
2, 3. Лактоза 27
2.3.1 Свойства лактоз ы 27
2.3.2 . Биологические методы обработки лактозы в со ставе молочной сыворотки . 29
2.4. Выделение дисперсных компонентов 40
2.5. Производство напитков из молочной сыворотки 43
2.6. Выводы, общая концепция, задачи и схема проведении исследования 45
3. Процессовая и аппаратурная схемы переработки творожной сыворотки в молочную основу для производства освежающих напитков с лечебно- профилактическими свойствами 48
3.1. Процессовая схема производства МО для напитков 48
3.2, Аппаратурная схема переработки творожной сыворотки в МО 51
4. Биоферментативный молочнокислый процесс и нейтрализация кислот молочной сыворотки 52
4.1. Теоретический анализ процесса 52
4.2. Эксприментальное исследование кинетики биосинтеза МК 63
5. Тепловая коагуляция белков творожной сыворотки 68
5.1. Теоретический анализ кинетики процесса тепловой коагуляции белков ТС.
69
5.2. Экспериментальные исследования тепловой коагуляции белков ТС 74
6. Выделение дисперсных компонентов из осветленной творожной сыворотки 81
6.1. Разработка способа повышения эффективности процесса микрофильтрации 84
6.2. Анализ работы фильтра 88
6.3. Экспериментальное исследование усовершенствованного способа микрофильтрации 91
7. Практическое использование полученных научных результатов 101
8. Список литературы 108
9. Основные результаты 122
- Научная новизна
- . Биологические методы обработки лактозы в со ставе молочной сыворотки
- Аппаратурная схема переработки творожной сыворотки в МО
- Экспериментальные исследования тепловой коагуляции белков ТС
Введение к работе
Объемы вырабатываемой в молочной промышленности молочной сыворотки (МС) достигают 90% от объема молока, перерабатываемого на творог, сыр и казеин. МС, содержащая около половины массы веществ безводной части молока, относится к категории ценных вторичных сырьевых ресурсов молочной промышленности, который пока не используется рационально. По данным ММФ около половины МС не используется вообще, что требует дополнительных затрат на защиту природы [64, 71, 75].
Эта проблема, характерная не только для нашей страны, специально рассмотрена в Международной молочной федерации (ММФ) и на международных молочных конгрессах [23,67].
Большой вклад для решения данной проблемы сделали отечественны ученые: Н.Н.Липатов, Н.Н. Липатов-(мл), А.Н. Храмцов, В.Д. Харитонов, М.В. Залашко, К.К. Полянский, В.Е. Жидков, И.А. Рогов, К.К. Горбатова, А.М.Шалыгина, А.Г. Борисов, Е.А. Фетисов, Т. Сенкевич и их школы. [8, 12, 26, 37, 38, 49, 52, 57, 66, 71, 74, 82]
Не смотря на проводимые, на протяжении многих лет интенсивные поиски решения проблемы, она остается актуальной и сегодня, в частности ОАО «Очаковский молочный завод» («ОМЗ»), производящее, в частности творог [92]. Убытки, которые несет предприятие от выплат только на природ ос охранные мероприятия, связанные с попаданием творожной сыворотки (ТС) в промышленные стоки, ежегодно составляют более 500 тыс. рублей.
При этом упускаются большие возможности повышения эффективности и уровня ресурсосбережения при переработке молока для молочной промышленности в целом. Данное положение в зависимости от предлагаемых методов утилизации МС, обусловлено в одних случаях большими удельными затратами на энергию, вспомогательные материалы и оборудование; в других - низким спросом на вырабатываемую продукцию, ввиду ее неудовлетворительных органолептических показателей; в-третьих - трудностями ее использования в натуральном виде из-за сжатости допустимых сроков реализации.[24,26, 74]
За исключением остаточного содержания казеинового коагулята и жира, остальные компоненты МС находятся в растворенном состоянии, что удорожает их выделение.
Использованию МС в натуральном виде на пищевые цели препятствуют ее неудовлетворительные органолептические показатели [76, 101].Согласно проф.М.С.Коваленко и акад. Храмцову А.Г. наибольшее применение в молочной промышленности нашли направления утилизации МС, основанные на её переработке:
1 .Путем полного использования МС без разделения компонентов (напитки).
2.Путем глубокой переработки компонентов МС, с получением их производных (гидролизаты белков и лактозы; лактулоза ) без их выделения из МС, (напитки, ЗЦМ с модифицированным составом компонентов).
3.Путем разделения её натуральных компонентов, и их производных с получением водных концентратов или в сухом виде для последующего их использования на пищевые и кормовые цели (молочный жир, белок, минеральный комплекс, БАВ, концентраты МС, ЗЦМ).
Высокая себестоимость продуктов переработки МС с разделением её компонентов по существующим технологиям, обусловленно в одних случаях их высокой стоимостью оборудования, удельной энергоемкостью (выпаривание, сушка), а в других-большим расходом дорогостоящих вспомогательных материалов (реагенты, мембранные материалы, моющие средства, затраты на природо охранные мероприятия). [24,71]
В целом спрос на МС и продукты ее переработки в указанных направлениях обусловлен противоположным влиянием следующих факторов. К факторам, стимулирующим утилизацию МС, относятся;
- высокая пищевая и биологическая ценность основных компонентов МС;
- высокая удельная себестоимость природоохранных мероприятий, связанных с эвакуацией МС со стоками предприятий.
К факторам, сдерживающим мероприятия по утилизации МС, относятся:
- неудовлетворительные органолептические свойства МС; высокая удельная себестоимость традиционных для молочной промышленности способов переработки МС, что не в последнюю очередь обусловлено большим содержанием в ней воды (90%) и растворенным состоянием компонентов.
В последнее время активно развивается направление глубокой переработки методами пищевой биотехнологии МС, без полного разделения ее компонентов основанное на их преобразовании в вещества с биологически активными и технологически полезными свойствами, с выработкой привлекательных и полезных для потребителей продуктов. [34,74, 76]
Такой подход позволяет ограничить и исключить применение дорогостоящих технологических операций по разделению компонентов МС, тепло- массообменных и баромембранных процессов, а вырабатываемый продукт рассматривать как основу для получения различных продуктов, в частности, прохладительных освежающих напитков, обладающих лечебно-профилактическими и оздоровительными свойствами за счет преобразования части лакозы и белков в биологически активные вещества, использование полного минерального состава молока и других компонентов.
Схемы переработки МС по данному направлению могут быть синтезированы на основе уже известных технологических операций.
В 1998-99 годах по инициативе и под руководством и при личном участии автора на ОАО "ОМЗ" разработана и выполнена научно-техническая программа «Комплексная переработка творожной сыворотки (ТС)». Такая направленность исследований актуальна также и для других предприятий производящих творог.
Программа нацеленна на разработку научно и экономически обоснованной схемы ресурсосберегающей глубокой переработки ТС, в рамках указанного направления с последующей реализацией на предприятии полученных результатов. [85]
Подход к разработке схемы переработки ТС состоит в:
- направленном преобразовании основных компонентов ТС методами пищевой биотехнологии для улучшения их технологических и потребительских свойств; интенсификации процессов;
- использовании и наиболее эффективном комбинировании процессов и технологических приемов, взятых из разных направлений переработки ТС;
- минимизации числа технологических операций путем их совмещения и рациональной последовательности выполнения;
- теоретическом анализе и математическом моделировании кинетики используемых процессов пищевой биотехнологии для создания высокоэффективных технических средств переработки ТС. Данный подход наиболее эффективно может быть реализован в производстве напитков из ТС содержащих биологически полезные вещества молока, а так же получаемые преобразованием натуральных компонентов без их выделения, и повышающих их потребительскую ценность продукции [71]. Вытекающая из него цель данной диссертационной работы заключается в получении молочной основы для последующей выработки прозрачных прохладительных напитков с лечебно-профилактическими свойствами из ТС, с модифицированным белково-углеводным и солевым составом компонентов.
1.2. Цель исследования.
Целью является получение из натуральной ТС молочной основы для напитков, содержащей компоненты молока и продукты преобразования ее компонентов для последующей выработки прозрачных прохладительных напитков с лечебно-профилактическими свойствами, по схеме, обеспечивающей высокий уровень ресурсосбережения.
1.3. Научная новизна
Теоретически обоснована и синтезирована процессовая схема модификации углеводно-кислотного, солевого и белкового состава ТС с получением МО для напитков с лечебно-профилактическими свойствами.
На основе теоретического анализа разработана математическая модель кинетики и установлены балансовые соотношения для сквашивания ТС молочнокислыми бактериальными культурами, с последующей нейтрализацией МК. Разработан метод расчета выхода компонентов ТС с модифицированным углеводно-кислотным и солевым составом в зависимости от значения титруемой кислотности, с учетом требуемых органолептических свойств для напитков и продолжительности процесса.
Путем теоретического анализа уточнено выражение транспортного фактора в математической модели тепловой коагуляции белков ТС, с получением расчетного уравнения кинетики процесса. Теоретически обоснован и разработан способ микрофильтрации высокодисперсных систем с периодической импульсной промывкой фильтра фильтратом и синхронной выгрузкой концентрата в объеме фильтрационного канала, обеспечивающий повышение эффективности процесса. Посредством его теоретического анализа и математического моделирования разработан метод расчета массовой доли дисперсных компонентов в концентрате в зависимости от технологических и технических параметров.
1.4. Практическая значимость
На базе выполненных исследований разработано технико-экономическое обоснование проекта и схема линии опытно-промышленной переработки ТС в МО для напитков, производительностью 6 тонн в сутки и исходные требования на ее проектирование.
Разработан проект реконструкции и произведен расчет оборудования опытно-промышленного участка выработки молочной основы для напитков на базе существующего на ОАО «ОМЗ» участка по выделению казеиновой пыли и жира из ТС. Разработаны исходные требования на проектирование опытно-промышленных образцов резервуара для обработки ТС и установки для микрофильтрации.
Получены три патента на изобретение. Результаты исследований использованы при разработке проекта реконструкции сывороточного отделения творожного цеха Очаковского молочного завода, и используются в учебном процессе МҐУПБ, в дипломных и в научно-методической работах.
В приложениях к диссертации представлены документы, подтверждающие достоверность результатов проведенных исследований.
1.5. Апробация работы, публикации, стуктура и объем работы
Апробация работы Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на научных чтениях, памяти проф. Э.И. Каухчешвили
М.МГУПБ (1997), проф. А. И. Пелеева М.МГУПБ (1998), проф. Н.Е.Федорова (2002). На заседаниях кафедры «Технологическое оборудование и процессы отрасли» МГУГТБ, на международной научной конференции «Пищевой белок и экология» М.МГУПБ 2000г., на Международной научной конференции «Пища. Экология. Человек.» 2001г.
Публикации По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ.
Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из 7 основных разделов, изложена на 122 страницах машинописного текста, содержит 16 рисунков, список информационных источников, состоящий из 109 наименований, и 7 приложений на 25 страницах.
Научная новизна
Биологические, физические, биохимические, физико-химические, технологические и органолиптические свойства натуральной МС и её основных компонентов хорошо изучены и описаны в научных публикациях, и частности в нашей [2, 12, 13, 23, 26, 36, 48, 49, 57, 64, 66, 76,79,82,96,99, 103, 106].
Состав компонентов МС непостоянен и зависит от технологии, сезона, и видов сырья, используемого для производства мол очно-белковой продукции.
Средний состав компонентов МС характеризуется массовой долей сухих веществ 6,4-7%, в том числе сывороточного белка (СБ ) 0,6- 0,8%; жира 0,05- 0,1%; минеральных веществ 0,6-0,8%; казеиновой пыли 0,5%. [64, 74, 75}в частности, творожная сыворотка ( ТС ) содержит сухих веществ 5,5-6,6%; белка 0,5-1%; жира 0,2- 0,3%; лактозы 3,5-4,7%; минеральных веществ 0,6-0,8%; молочной кислоты 0,7-0,8% [12, 22].
Среднее процентное содержание основных растворенных компонентов в безводной части МС: белковых веществ 14%, лактозы 71,7%, минеральных веществ 7,7% [ 64, 66, 75 ].
Присутствие в МС нерастворимых компонентов в дисперсной форме ( жир, казеиновая пыль) следует рассматривать как результат несовершенства предшествующих операций по выработке белковой продукции из молока. МС , не содержащая этих компонентов прозрачна и имеет зеленоватый цвет, обусловленный присутствием рибофлавина. Органические кислоты вМС представлены молочной, пропионовой, муравьиной, уксусной и др. являются продуктами жизнедеятельности различных групп микроорганизмов, развивающихся как в молоке, так и МС [25]. Плотность МС при 20С 1022- 1027 кг/м3. Вязкость МС (1,55-1,66) 10" Па с. Все натуральные компоненты МС обладают высокой энергичной и биологической ценностью. Этот показатель для МС в целом составляет 35% от его значения для молока [66] .
В ходе обработки МС её компонентный состав и свойства могут изменяться в результате изменения содержания или преобразования имеющихся компонентов, или добавления новых.
Органолептические свойства. МС содержащая дисперсные компоненты, имеет вид мутной жидкости. При их отсутствии МС прозрачна и имеет зеленоватый цвет, обусловленный присутствием в ней рибофлавина [12].
Вкус и запах МС в значительной мере определяется комплексом разнородных по своей химической природе веществ, образующихся главным образом в результате действия ферментов на компоненты молока при получении казеина, творога и сыра [71]. Предполагают [5, 77, 99], что основными веществами, определяющими запах МС являются летучие жирные кислоты (масляная, пропионовая, уксусная, муравьиная). Их содержание в творожной сыворотке (ТС) выше, чем в подсырнои. Кроме них, специфические тона во вкусе и запахе создают пептиды, свободные аминокислоты, альдегиды, кетлоны. Так, уксусной кислоты в ТС в 4,2 раза больше. Сывороточный вкус и запах не характерны для пищевых продуктов и не привычны для потребителей. Поэтому при разработке напитков из сыворотки необходимо выбирать наиболее рациональные пути их ослабления.
Для ослабления сывороточного запаха используют активированный уголь. Однако при этом он может адсорбировать также часть полезных компонентов (микроэлементы, аминокислоты, витамины). Практика выпаривания МС показывает, что в результате кипения не происходит значительного ослабления сывороточного запаха концентрата. Больший эффект дает интенсивное объемное самоиспарение МС за счет аккумулированной теплоты при резком сбросе давления [74].
Сывороточный вкус и запах проявляются меньше при снижении температуры МС. Поэтому, пищевые продукты на основе МС, в частности сывороточные напитки предпочтительно реализовать в охлажденном состоянии (не выше 6С) [77].
По мнению акад. Храмцова А.Г. наиболее рациональным методом улучшения органолептических показателей МС в настоящее время является не удаление веществ, обуславливающих сывороточный запах (которые сами по себе, несмотря на отрицательную органолептику, обладают пищевой ценностью), а подбор компонентов и пищевых добавок, маскирующих их или образующих с ними композиции с привлекательными органолептическими показателями [67, 68 ]
. Биологические методы обработки лактозы в со ставе молочной сыворотк
Примененяют превращения ее в органические кислоты и спирты, без существенных затрат энергии и вспомогательных материалов. Наиболее близким по характеру технологии к производству творожных и кисло -молочных продуктов является процесс сквашивания сыворотки молочно кислыми бактериями.
При микробной ферментации (сквашивании) за счет действия 3 -галактозидазы лактоза сначала расщепляется на глюкозу и галактозу, а затем через промежуточные формы эти продукты превращаются в молочную кислоту. Суммарно из одной молекулы лактозы получается четыре молекулы молочной кислоты. [12, 74, 75, 4, 12, 74, 75]
Молочнокислые бактерии - группа одноклеточных микроорганизмов, осуществляющих молочно кислое брожение молочных продуктов, при котором происходит ферментативный молочнокислый процесс (в основном, лактозы) преобразования молочной кислоты в качестве основного продукта. Наряду с этим, в незначительных количествах, образуются побочные продукты: уксусная и углекислота, этиловый спирт, ароматические вещества, биомасса, влияющие на органолептические свойства молочных продуктов. Молочнокислые бактерии представлены в шаровидной (стрептококки) и палочковидные (лактобактерии) формах. [26, 62, 69, 75]
Мезофильные стрептококки развиваются как в аэробных, так и в анаэробных условиях при температуре 10-45 0. (оптимум 30С). Термофильные стрептококки развиваются при температурах 20-50Т. (оптимальной является температура 37-40С). Хорошо растут на обезжиренном молоке. Сквашивает молоко до кислотности 110-115Т за 3,5-6 часов; размеры клеток достигают 0,7-0,9 мкм. При добавлении к молоку 0,3% дрожжевого экстракта и 3% сахарозы размеры клеток увеличиваются в два раза, сквашивание молока идет быстрее [26, 62] .
Палочковидные молочные бактерии лучше растут при пониженном содержании кислорода в атмосфере, содержащей 5-10% СО. Среди них некоторые штаммы при выделении являются анаэробами. Лактобактерии представляют собой палочки размерами 15х0,5-0,6мкм. Они обладают слабой протеолитической активностью и поэтому не растут в субстратах, где единственным источником азота служит белок, т.е. отсутствуют свободные аминокислоты.
Для заквашивания молока и жидких молочных продуктов используют термофильные: швейцарскую, болгарскую, молочную и ацидофильную палочки.
Болгарская палочка доводит предельную кислотность молока до 200-300Т, образует ацетальдетид - вещество, придающее кисло молочным
продуктам специфический аромат, устойчива к бактериофагу. Размеры клеток 1- 1.5х5-20мкм [26].
Ацидофильная палочка обладает антагонистическими свойствами по отношению к нежелательным, в частности, патогенным микроорганизмам. Доводит кислотность молока до 200-250Т. К ее другим достоинствам относятся: гомоферментативность, незначительный бактериофаг или его отсутствие. Температура жизнедеятельности 20-60С. (оптимум 40-45С). [4, 26, 62] Молочная палочка по своим свойствам проявляет большее сходство с болгарской палочкой.
Сбраживание лактозы микроорганизмами связано с наличием в среде факторов роста. Большинству видов штаммов для нормального роста необходимо наличие в среде свободных аминокислот: аргинина, цистиина, глутаминовой кислоты, лейцина, фенилаланина, триптофана, тирозина и валина,а так же витаминов. Количество свободных аминокислот в молочной сыворотке не постоянно и зависит от сезона, способа получения, видов обработки и других факторов [30, 62].
Кинетика роста и размножения различных видов микроорганизмов, а так же переработки ими субстрата посвящен ряд исследовательских работ [10, 26, 48, 50]
Кинетика периодического культивирования микроорганизмов рассматривается в [10]. В емкостный аппарат содержащий питательную среду, вносят необходимое количество посевного материала и создают оптимальные условия для роста микробной популяции. Если в процессе ее развития в аппарат не вносить дополнительно питательные вещества и не выводить из него избыточную биомассу и продукты метаболизма, то график увеличения во времени общей массы микроорганизмов будет иметь характерную S-образную форму.
Анализ этого графика позволяет выделить начальную фазу в течение которой численная концентрация внесенного посевного материала остается практически неизменной, но происходит рост клеток за счет активно протекающих биохимических процессов, связанных с подготовкой к стадии размножения. В течение следующей фазы происходит ускоренный рост численной концентрации клеток или биомассы. Затем увеличение этого параметра во времени приобретает линейный характер в результате все более проявляющегося ингибирующего влияния на жизнедеятельность снижения концентрации питательных веществ и накопления продуктов метаболизма. Существование фазы линейного роста отмечается не всеми исследователями. С усилением влияния указанных факторов, с течением времени, линейная фаза заканчивается; рост численности все более замедляется и , наконец, в некоторый момент рост биомассы прекращается. Вдальнейшем происходит постипенное снижение численности живых микроорганизмов. Для пищевой биотехнологии эта фаза не имеет практического значения.
Для математического моделирования кинетики ускоренного и замедленного роста микробные популяции использован метод подбора математической функции, отражающей характер закономерностей, полученных опытным путем. Например скорость роста биомассы для любого момента времени на протяжении этой фазы вычисляют по уравнению[10]: dCEM / dt = АБСБм где АБ = (Ln СБмі -Ln Свмг) / (т2-Ті ) - коэффициент скорости роста значения логарифма на массовой доли биомассы в субстрате. СЕМЬ СБМ2 значение массовой доли биомассы, измеренные в моменты времени ті и т2 для вычисления значения р.
Аппаратурная схема переработки творожной сыворотки в МО
Теоретический анализ включает составление баланса массы и изучение кинетики процесса. Баланс массы составлен для реакции превращения лактозы в молочную кислоту, реакций нейтрализации молочной кислоты гидроксидом кальция с получением лактата кальция в качестве биологически активного компонента МО а также гидроксидом натирия, что позволяет использовать стандартный метод измерения титруемой кислотности для отслеживания изменения баланса массы производных лактозы в ходе изменения углеводно кислотного и солевого состава ТС.
Баланс массы может быть составлен путем стехиометрического анализа уравнений реакций: Превращения лактозы в молочную кислоту СізНиОм + Н20 - 4С3Н603 Нейтрализации молочной кислоты гидроксидами кальция и натрия с получением лактатов; 2С31-[бОз + Са(ОН)2 = Са(СзН50з)2 + 2Н20 C3H603+Na(OH) = Na(C3H503) + Н20 Без учета промежуточного состава реакционной системы уравнения превращения лактозы в лактаты кальция и натрия имеют вид: 4С3НбОз + 2 Са(ОН)2 = 2 Са(С3Н503)2 + 4Н20 С12Н22Оп + Са(ОН)2= 2 Са(С3Н503)2 + 2Н20 С12Н22Оп + 4 Na(OH) = 4 NaC3H503 + 3H20
После подстановки атомных масс из уравнений следует, что в результате биосинтеза из 1кг лактозы образуется 1.053 кг молочной кислоты; а на нейтрализацию её 1 кг расходуется 0.41 кг гидроксида кальция, или 0.444 кг гидроксида натрия. При использовании приведённых данных в расчётах технологических процессов необходимо принимать во внимание,что часть перерабатываемой микроорганизмами лактозы используется на синтез биомассы. Характерным для процесса с участием молочнокислых бактериальных культур является то, что к моменту максимума биомассы, ее безводная часть как минимум на порядок меньше массы продуктов жизнедеятельности, причём основная часть биомассы синтезируется за счёт белков, минеральных и других компонентов субстрата.
Поэтому представленные данные могут быть положены в основу мониторинга угдеводно-кислотного и солевого состава компонентов ТС в ходе молочнокислого процесса путём вычисления изменения массовых долей лактозы Сл, Смк, Слк в зависимости от изменения измеряемой титруемой кислотности: Сл = CJIH + АСЛ; ДСл=іл(Л0Т) Здесь С =С + АС AC = f (ДТЇ Для указанной цели данный метод удобен ввиду простоты измерения АТ по ГОСТу 3621-92. [14].
С учётом принятого в стандартном методе титрометрии молочных продуктов соотношения IT = 10VT, где VT - объём в см3 титровал ьного децинормального раствора гидроксида натрия израсходованного на нейтрализацию молочной кислоты в пробе ТС объёмом Vn=T0 см , путём согласования размерностей и пересчёта массы лактозы в пробе н её концентрацию, получено соотношение: А Сл=0,0082 (ДТ)% где Д Ся % - изменение массовой доли лактозы в ТС вычисленное по измеренному значению изменения ее титруемой кислотности в процессе молочнокислого биосинтеза. Исходя из проведенного выше соотношения массы лактозы и образовавшейся в результате гидролиза молочной кислоты получено соотношение между изменением титруемой кислотности и массовой доли молочной кислоты в ТС: ДСМК= 0,0086 (ДТ)% Полученный результат близко совпадает с экспериментальными данными [26, 62] по эквивалентности 1 Т соответствует 0,009% молочной кислоты
Кинетика молочно -кислого процесса определяется рядом внешних и внутренних факторов, влияющих на скорость процессов, протекающих вне и внутри клеток. В общем случае к числу внутренних факторов можно отнести: - виды используемых штаммов (лактококки, лактобактерии). - скорость поступления внутрь клетки, через оболочку потребляемой клеткой компонентов; скорость их внутриклеточной транспортировки и ферментативной переработки в вещества, включаемые в структурные элементы клетки, и в продукты жизнедеятельности; скорость транспортировки и выделения последних в среду обитания через оболочку; форма клетки (для молочнокислых бактерий - шаровидная и палочковидная). - скоростью развития численности популяции определяемой критической массой одноклеточного микроорганизма, при которой происходит его деление.
Известны отдельные случаи применения ультразвуковых, электрических и магнитных полей для управления активностью жизнедеятельности микроорганизмов через указанные внутренние факторы. Однако, имеющаяся в доступных источниках системная информация по внутриклеточным процессам недостаточна для эффективного решения практических задач по активизации внутриклеточных факторов ферментативного биосинтеза лактозы ТС.
В основном для указанной цели используют подбор наиболее эффективных штаммов микроорганизмов и их композиции. Для биосинтеза лактозы ТС с целью переработки ТС в пищевые продукты часто используют ацидофильтрацию или болгарскую палочку, а также смесь последней с 25% молочнокислых стрептококов.
К внешним факторам относятся физические, химические и биологические свойства среды обитания: - начальная численная концентрация клеток; - физические условия: температура и гидродинамическая активность; кислотность; - видовой состав микроорганизмов в среде обитания и взаимоотношения отдельных видов (симбаоз, синергизм, антагонизм, паразитизм и д. р.);
Экспериментальные исследования тепловой коагуляции белков ТС
Перспективным планом развития ОАО «Очаковский молочный завод» предусмотрено создание опытно-промышленной линии для выработки напитков на молочной основе их розлива и упаковки.
Согласно аппаратурной схеме А на рис 3.2 разработан проект состав оборудования экспериментально-производственного участка по выработке резервуарным способом из ТС молочной основы для напитков с лечебно-профилактическими и оздоровительными свойствами. Участок создается путем реконструкции существующего на ОАО «Очаковский молочный завод» отделения творожного цеха по выделению из ТС казеиновой пыли и жира, с получением их концентратов с приданием ему функции выработки МО. Отделение включает два резервуара 6т. и 2т., сепаратор Ж5-ОТС, установку для приготовления и подачи моющих растворов.
При этом ввиду отсутствия специализированного резервуара для комплексной опытно-промышленной обработки ТС с использованием молочнокислого процесса с нейтрализацией МК, тепловой коагуляции СБ, тепловой нейтрализацией биомассы и пастеризации осветленной ТС, отстаивания КМБК и жира, и их слива. На основе разработанных технических решений предусмотрена реконструкция существующего резервуара емкостью 6т. с мешалкой, путем его оснащения: - поверхностным обогревателем (охладителем) для поддержания температуры ТС при сквашивании; - барботером для пароконтактного нагрева ТС при пастеризации и тепловой коагуляции белков; - устройствами для поверхностного слива (декантации) осветленной ТС и жирового отстоя; - ограничителем нижнего слива концентрата молочно-белкового коагулята КМБК с устройством для сбора минерального осадка; - подъемной крышкой; - контрольно-измерительными приборами; - устройствами для механизированной мойки резервуара и удаления минерального осадка.
Предусмотрены ручные операции по дополнительной мойке резервуара и удалению минерального осадка. Участок обработки сыворотки так же оснащается следующими основными видами оборудования: - установка заквасочная Л5-ОЗУ-0,35 - теплообменник АЮОЛЗ - электронасос центробежный Г2-ОПА - установка микрофильтрационная (вновь проектируемая) - ванна типа БМП
Предусмотрена возможность охлаждения осветленной ТС в проточном теплообменнике, используемом также для подогрева ТС до температуры биосинтеза.
Разработано техническое решение устройства опытно-промышленной установки микрофильтрационной производительностью 2 т осветленной ТС в час для выработки МО для напитков (рис 7.1) а так же исходных требований на ее проектирование (приложение № 1). Установка для микрофильтрации ОТС содержит шесть блоков 7, каждый из которых включает по 960 трубчатых фильтров с диаметром каналов d,, = 1 мм. и рабочей длиной 1ф= 1м.
Блоки разделены на 2 группы по 3 шт., в которых фильтрующие каналы соеденены паралельно, а группы блоков соедениены последовательно, образуя замкнутый контур для циркуляции ОТС включающий так же циркуляционный насос 4. Контур имеет каналы: 2 - для подачи ОТС и создание давления фильтрации; 9- для периодического отвода концентрата, управляемого трехходовым клапанами 1 и 8, присоедененными к устройству 7 для импульсного направления на обратное перепада давления фильтрации. Установка работает в режиме представленном на рис. 6.4. Разработан проект исходных требований на опытно-промышленную разработку для микрофильтрации осветленной ТС, рис. 7.3. (приложение № 1)
В перспективном плане разработано и запатентовано [12] техническое рашение устройства опытно-промышленного образца специализированного резервуара для промышленной комплексной обработки ТС.
Резервуар (рис 1.2.) работает следующим образом: свежая сыворотка, нагретая до температуры сквашивания в проточном теплообменнике, сливается в резервуар через патрубок 4 сразу после выработки. Одновременно а него подается закваска. В ходе сквашивания сыворотка перемешивается мешалкой 8, во избежание уплотнения осадка казеиновой пыли. В процессе сквашивания заданная температура поддерживается подачей теплоносителя в рубашку 7. На конечной стадии процесса с поверхности сыворотки удаляется жир путем его слива при медленном повороте подвижной лопасти устройства 3.
В ходе сквашивания или после него в резервуар может подаваться раскислитель в жидкой или порошкообразной форме. Натуральные порошкообразные раскислители: мел, гашеная известь, содержат нерастворимые минеральные компоненты, которые в виду высокой плотности быстро оседают на дно резервуара и концентрируются в сборнике 9. Для более полного использования раскислителя в сборнике он подвергается ворошению лопастью 15, прикрепленной к нижнему концу вала мешалки. После окончания сквашивания и раскисления сыворотку подогревают до минимальной температуры коагуляции термолабильных
