Введение к работе
Актуальность работы Молочная сыворотка — побочное молочное сырье, образующееся из молока при производстве сыров, творога и казеина. Она содержит в своем составе половину сухого остатка молока, в том числе обладающие высокой биологической ценностью белки (альбумины и глобулины), лактозу, тонко диспергированный молочный жир, комплекс жизненно важных макро- и микроэлементов, витаминов, органических кислот. Энергетическая ценность молочной сыворотки составляет треть энергетической ценности цельного молока, что определяет ее как продукт, отвечающий тезису: «максимум биологической ценности при минимуме калорий».
Многочисленными исследованиями установлено, что систематическое употребление молочной сыворотки оказывает не только профилактическое, но и выраженное терапевтическое действие при лечении целого ряда заболеваний. Это обусловлено свойствами ценных компонентов сыворотки регулирования обменных процессов, в том числе пищеварения, за счет стимулирования секреции желудочного и панкреатического сока, желчи, нормализации функции печени, почек, кишечника, органов кроветворения.
Высокая пищевая и биологическая ценность молочной сыворотки, возможность ее использования в составе различных пищевых продуктов обуславливают актуальность работ, направленных на создание эффективных и рациональных технологий переработки молочной сыворотки.
Проблемам переработки молочной сыворотки посвящали свои исследования такие ученые, как: Коваленко М.С., Розанов А.А., Полянский К.К., Липатов Н.Н., Петровский К.С., Кравченко Э.Ф., Свириденко Ю.Я., Храмцов А.Г., Нестеренко П.Г., Остроумов Л.А., Гнездилова А.И., Евдокимов И.А., Залашко М.В., Залашко Л.С. и многие другие.
Утилизация молочной сыворотки обусловлена еще и необходимостью защиты окружающей среды от загрязнения. Молочная сыворотка имеет высокие показатели БПК5 и ХПК. Для окисления органических соединений, содержащихся віт молочной сыворотки, необходимо такое же количество кислорода, как » для отходов жизнедеятельности 475 человек в сутки.
Одним из способов переработки молочной сыворотки с целью дальнейшего использования ее в составе пищевых продуктов является сгущение, позволяющее получать долго сохраняемые, удобные в транспортировании и использовании концентраты, обладающие высокой пищевой и биологической ценностью. При этом практически все питательные вещества сыворотки не только сохраняются в полном объеме, но и концентрируются пропорционально степени сгущения. Масса продукта при этом уменьшается в 6-10 раз. В странах с развитой молочной промышленностью на производство сгущенных сывороточных концентратов различной модификации расходуется более 15% ресурсов молочной сыворотки (в России этот показатель не превышает 3%).
Высокий удельный вес лактозы в сухом веществе подсырной сыворотки и низкая ее растворимость в водной фазе не позволяют получать стойкие в хранении концентраты. Одним из перспективных направлений увеличения продолжительности хранения концентратов подсырной сыворотки является частичное сбраживание лактозы до молочной кислоты, что позволяет повысить осмотическое давление в концентратах сыворотки, обогатить сыворотку молочной кислотой и другими ценными микробными метаболитами.
Подбор культур для осуществления процесса биоконверсии лактозы подсырной сыворотки чаще всего носит эмпирический характер, что ограничивает возможность поиска и использования наиболее эффективных культур микроорганизмов. Различаются режимы сгущения сброженной сыворотки, а также способы применения сброженной сгущенной сыворотки.
В связи с вышеизложенным, разработка биотехнологии концентрата подсырной сыворотки как перспективного способа переработки, расширяющего сферу ее использования, является актуальной.
Модель процесса получения биоконцентрата включает следующие основные этапы: культивирование лактозусбраживающих непатогенных микроорганизмов и сгущение полученного субстрата методом вакуум дистилляции.
С учетом выше изложенного поставлена цель диссертационной работы: разработка эффективной технологии биоконверсии лактозы подсырной сыворотки молочнокислыми микроорганизмами как для повышения ее биологической ценности в результате накопления молочной кислоты и других ценных микробных метаболитов, так и для повышения осмотического давления в концентратах сброженной сыворотки, обеспечивающего возможность получения гомогенного текучего концентрата продолжительного срока хранения.
Рабочая гипотеза основана на том, что при молочнокислом брожении одной молекулы лактозы образуется 4 молекулы молочной кислоты, отсюда логично предположить адекватное увеличение осмотического давления в сбраживаемом субстрате. В этой связи изучение особенностей культивирования молочнокислых микроорганизмов в подсырной сыворотке, как субстрате, богатом лактозой; поиск способа стимулирования процесса молочнокислого брожения в сыворотке, как среде бедной усвояемым молочнокислыми бактериями азотом; а также оптимизация режимов вакуум дистилляции сброженной подсырной сыворотки позволяют разработать биотехнологию концентрата подсырной сыворотки гомогенной структуры с продолжительным сроком хранения.
Для достижения поставленной цели, исходя из рабочей гипотезы, были определены следующие задачи исследований;
подобрать штаммы микроорганизмов для включения в состав закваски и оптимизировать условия их культивирования в подсырной сыворотке с целью максимальной биоконверсии лактозы и накопления биологически ценных метаболитов;
оптимизировать режимы вакуум-дистилляции сброженной подсырной сыворотки (температуру сгущения, массовую долю сухих веществ конечного продукта, плотность, кислотность);
изучить хранимоспособность концентрата в различных условиях (регулируемых и нерегулируемых);
изучить состав и свойства полученного биоконцентрата;
разработать, согласовать и утвердить комплект постоянно действующей НД на новый вид концентрата подсырной сыворотки;
- изучить возможность использования концентрата сброженной сыворотки в составе
напитков и кондитерских изделий.
Научная новизна работы заключается в том, что:
- изучены особенности культивирования молочнокислых микроорганизмов в под
сырной сыворотке как специфичной среде;
отобраны термофильные молочнокислые палочки вида Lactobacillus helveticus для культивирования в подсырной сыворотке;
найден способ стимулирования процесса молочнокислого брожения в сыворотке, как среде, бедной усвояемым молочнокислыми бактериями азотом;
для обеспечения необходимого уровня биоконверсии лактозы подсырной сыворотки в молочную кислоту предложен ступенчатый режим сбраживания с промежуточной нейтрализацией образующейся молочной кислоты;
- оптимизированы режимы вакуум-дистилляции сброженной подсырной сыворотки, обеспечивающие возможность получения гомогенного, текучего, стойкого в хранении концентрата подсырной сыворотки.
разработана научно обоснованная биотехнология получения концентрата подсыр-ной сыворотки и соответствующая ТД (ТУ 9229-160 -04610209-2005 «Сыворотка сброженная сгущенная»);
найдены пути использования биоконцентрата подсырной сыворотки в составе напитка (ТУ 9224-164-04610209-2006 «Напиток сывороточный с соком пастеризованный») и кондитерских изделий (Письмо ВНИИ кондитерской промышленности № 86/48
от 13.07.2006.Г. «Об использовании сыворотки сброженной сгущенной в составе кондитерских изделий»).
Экономический эффект от освоения технологии сыворотки сброженной сгущенной составит не менее 1640 тыс. руб. в год на завод средней мощности (перерабатывающий 50 тонн сыворотки в сутки).
Народнохозяйственное значение работы состоит в увеличении ресурсов биологически полноценных пищевых продуктов, в повышении эффективности производства за счет получения дополнительной прибыли от реализации продуктов из сыворотки, в исключении загрязнения окружающей среды компонентами перерабатываемого молока.
Апробация работы Основные результаты работы были доложены и обсуждены на заседаниях Ученого Совета ВНИИМС (2004-2006 г.г., г. Углич); научно-практических конференциях «Качество и безопасность сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов» (8-9 сентября 2004 г., г.Углич), «Приоритетные направления комплексных научных исследований в области производства, хранения и переработки с/х продукции» (6-8 сентября 2005 г., г.Углич), XII Всероссийской НТК «Проблемы создания продуктов здорового питания. Наука и технология» (5-7 сентября 2006 г., г. Углич); НТК, посвященной 75-летию создания МГУПБ (февраль 2005 г., г. Москва); региональной конференции «Новые технологии переработки молока, производства сыра и масла» (г. Новочеркасск, 2004 г.)
Публикации По материалам диссертационных исследований опубликовано 15 печатных работ.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка литературы (229 источников, в том числе 42 иностранных) и 8 приложений. Основное содержание изложено на 152 страницах машинописного текста. Диссертация содержит 50 таблиц и 18 рисунков.
