Патент на изобретение №2306710

(54) СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СЫВОРОТОЧНОГО КОНЦЕНТРАТА

(57) Реферат:

Изобретение относится к молочной промышленности. Способ предусматривает пастеризацию, охлаждение сыворотки, внесение куриного пепсина в количестве 0,007-0,013% и закваску термофильных молочнокислых палочек вида Lactobacillus helveticus. Затем проводят процесс сбраживания лактозы с периодической нейтрализацией образующейся молочной кислоты в течение 46-50 г 14-16%-ным раствором бикарбоната натрия и сгущение сброженной сыворотки. Изобретение позволяет повысить срок хранения концентрата. 1 табл.

Изобретение относится к молочной промышленности, а именно к производству концентратов из молочной сыворотки, предназначенных для использования в качестве биологической добавки в составе различных продуктов питания.

Невысокий уровень массовой доли сухих веществ в молочной сыворотке (6%), слабая устойчивость при хранении (сырой при температуре 4-8°С – не более 24 ч, пастеризованной при температуре 2-4°С – не более 72 ч) создают трудности для ее рационального использования.

Одним из перспективных направлений в этом отношении является использование молочной сыворотки в сгущенном виде. Сгущение позволяет значительно (в 6-10 раз) уменьшить объем сыворотки, снизить транспортные расходы, увеличить сроки хранения. Однако высокий удельный вес лактозы в сыворотке и низкая ее растворимость в водной фазе не позволяют получить стойкие в хранении концентраты. Лактоза кристаллизуется и во время хранения, что ведет к расслоению концентрата.

К настоящему времени разработан ряд биотехнологических способов направленного изменения состава сыворотки путем сбраживания лактозы, что позволяет повысить биологическую ценность сыворотки за счет накопления продуктов микробного метаболизма и увеличить сроки ее хранения.

Так, в соответствии с патентом Болгарии №24803 сыворотку после прибавления 0,1-0,2% цитрата натрия пастеризуют при температуре 78-80°С, охлаждают до 30-32°С, заквашивают 2% молочнокислой закваски, содержащей культуру бактерий Str. thermophilus и Lb. bulgaricus в смеси с дрожжами Sacch.lactis. После завершения процесса ферментации при рН 3,2-3,8 к сыворотке добавляют 4-6% сахара и 0,25-0,50% стабилизатора и смесь сгущают до 58-60% сухих веществ под вакуумом. Готовый продукт может быть использован для приготовления безалкогольных напитков в смеси с 0,1-0,2% экстрактов трав (лечебной ромашки, желтого контариона) после разведения в 4-5 раз водой или в качестве добавки при производстве мороженого, конфетных масс, печенья и других продуктов.

Данный способ отличается от предлагаемого составом микрофлоры. Кроме того, наличие цитрата натрия и стабилизатора удорожает стоимость конечного продукта.

Известен способ получения концентрата сывороточного (КОМС), который вырабатывается путем сгущения сквашенной подсырной или творожной сыворотки, предварительно обогащенной азотистыми веществами и витаминами (Храмцов А.Г. Молочная сыворотка. М., Агропромиздат, 1990). Для производства КОМС используют бактериальную закваску на чистых культурах молочнокислых бактерий. Сквашенную сыворотку сгущают до 60% сухих веществ, готовый концентрат хранится при температуре (-2÷+8)°С до 2 мес, при 12-17°С – не более 20 дней. КОМС применяется при производстве безалкогольных напитков и напитков брожения. Недостатком данного способа также является недостаточная стойкость концентрата в хранении вследствие кристаллизации и выпадения в осадок кристаллов лактозы молочной сыворотки.

Известен способ получения сыворотки молочной сгущенной сброженной – СМСС (Сенкевич Т., Ридель К.-Л. Молочная сыворотка: переработка и использование в агропромышленном комплексе. М., Агропромнаука, 1989). СМСС вырабатывается из свежей подсырной несоленой сыворотки. Сыворотку пастеризуют при 65°С в течение 30 мин и вносят закваску культур ацидофильной палочки в количестве 3%; сбраживают сыворотку при 42-45°С в течение 5-6 ч до кислотности 60-70°Т и сгущают на вакуум-выпарной установке до массовой доли сухих веществ 60%, после чего охлаждают до 8°С и хранят при температуре (-10÷-3)°С до 6 мес или при температуре (-2÷+5)°С не более 2 мес. Применяют СМСС при выпечке хлеба и хлебобулочных изделий.

Недостатком данного способа является низкий процент (не более 15%) трансформации лактозы молочной сыворотки в молочную кислоту, что в конечном итоге также приводит к выпадению кристаллов лактозы, резкому снижению осмотического давления и понижению сроков хранения концентрата.

Наиболее близким по технической сущности предлагаемому изобретению является способ получения сывороточного концентрата по патенту РФ №2212154, опубликованному 20.09.2003 г.Получаемую в основном производстве молочную сыворотку пастеризуют при температуре 80-90°С с выдержкой не менее 5 с с целью обеззараживания и создания благоприятных условий для дальнейшей ферментации, охлаждают до температуры 35-45°С, подают непосредственно в танк, где нейтрализуют 10%-ным раствором пищевой соды (бикарбоната натрия) до рН 5,5-6,5. Затем в нейтрализованную сыворотку вносят закваску бактерий штаммов термофильного стрептококка Str. thermophilus 1-5% и ацидофильной палочки Lactobacillus acidophilus в количестве 1-5% от объема сыворотки. Далее сыворотку ферментируют при постоянных значениях температуры 35-45°С и рН 5,5-6,5. При снижении рН до 5,5-6,0 проводят нейтрализацию образующейся молочной кислоты 10%-ным раствором бикарбоната натрия. Ферментированный продукт охлаждают до температуры 4-8°С. Процесс ферментации считается законченным, когда расход 10%-ного раствора бикарбоната натрия составит 75-85 кг на 1 т сыворотки. Сгущение ферментированного продукта проводят до массовой доли сухих веществ 40-45% при 50-80°С.

Данный способ отличается от предлагаемого составом микрофлоры, пониженной массовой долей сухих веществ в сгущенном концентрате, что в конечном итоге приводит к снижению сроков хранения.

Технический результат, достигаемый предлагаемым техническим решением, состоит в повышении срока хранения концентрата молочной сыворотки,

Указанный технический результат достигается тем, что в способе производства сывороточного концентрата, предусматривающем сбор и сепарирование молочной сыворотки, ее пастеризацию и охлаждение, инокуляцию термофильными молочнокислыми бактериями, проведение процесса сбраживания лактозы с периодической нейтрализацией образующейся молочной кислоты раствором бикарбоната натрия, сгущение сброженной сыворотки, согласно предлагаемому изобретению в охлажденную до температуры заквашивания сыворотку вносят куриный пепсин в количестве 0,007-0,013% и закваску Lactobacillus helveticus, сбраживание осуществляют в течение 46-50 ч, а раствор бикарбоната натрия используют 14-16%-ным.

Способ осуществляют следующим образом.

В пастеризованную при температуре 72-76°С с выдержкой 20-30 с или при температуре 63-67°С с выдержкой 25-35 мин и охлажденную до температуры 40-44°С подсырную сыворотку вносят 3-5% закваски термофильных молочнокислых палочек вида Lactobacillus helveticus. Пастеризацию осуществляют на трубчатом или пластинчатом теплообменном аппарате или в ванне длительной пастеризации.

Для стимулирования молочнокислого процесса к подсырной сыворотке добавляют 0,007-0,013% куриного пепсина.

Для нейтрализации образующейся молочной кислоты проводят периодическое раскисление 14-16%-ным раствором бикарбоната натрия, каждый раз устанавливая кислотность на уровне 12-18°Т.

Сброженную подсырную сыворотку сгущают методом дистилляции в вакуум-аппаратах циркуляционного типа при температуре 60-65°С до массовой доли сухих веществ не менее 55%, получая гомогенный текучий концентрат с гарантией хранения не менее 6 месяцев при температуре не выше 6°С.

Готовый концентрат используют как пищевую добавку в составе продуктов питания (кондитерских и хлебобулочных изделий, напитков). В качестве пищевой добавки концентрат выполняет роль регулятора кислотности, влагоудерживающего агента, эмульгатора, синергиста-антиоксиданта. Для придания пищевым продуктам и напиткам специфического вкуса и аромата новая технология предусматривает включение в состав сывороточного концентрата пряно-ароматических трав: зверобоя, чабреца, ромашки, мяты. В качестве вкусового наполнителя при необходимости добавляют сахар.

Исходным этапом в разработке технологии сывороточного концентрата повышенной стойкости является отбор культур молочнокислых бактерий, осуществляющих сбраживание лактозы. Как показали проведенные исследования, термофильные молочнокислые палочки вида Lactobacillus helveticus обладают высокой гликолитической активностью и имеют наилучшие характеристики развития, роста и кислотообразования в подсырной сыворотке.

Закваску вносят в пастеризованную и охлажденную подсырную сыворотку, предназначенную для приготовления сывороточного концентрата. Экспериментально установлено, что наиболее активно процесс кислотообразования протекает при дозе закваски 3-5% и температуре культивирования 40-44°С. Заквашенную сыворотку перемешивают в течение 10-20 мин.

С целью интенсификации развития и кислотообразования термофильных молочнокислых бактерий в подсырной сыворотке в новой технологии использован прием временного и пространственного совмещения ферментативного гидролиза белковых компонентов сыворотки куриным пепсином и сбраживания лактозы термофильными молочнокислыми палочками с высокой гликолититической активностью. Исследованиями установлено, что при внесении в подготовленную сыворотку одновременно с закваской Lactobacillus helveticus куриного пепсина в количестве 0,007-0,013% от массы сыворотки наблюдается активизация процесса кислотообразования. Культивирование ведут при температуре сквашивания в течение 46-50 ч.

Известно, что после лог-фазы в периодической культуре наступает фаза замедленного роста и кислотообразования, вызванная образованием излишнего количества молочной кислоты в результате сбраживания лактозы и смещением уровня активной кислотности (рН) в область, неблагоприятную для жизнедеятельности микроорганизмов. С целью удлинения лог-фазы, активизации роста и развития Lactobacillus helveticus и увеличения количества сброженной лактозы проводят периодическое раскисление образующейся в процессе биоконверсии лактозы молочной кислоты 14-16%-ным раствором бикарбоната натрия.

В зависимости от скорости изменения рН раскисление проводят 2-3 раза, каждый раз устанавливая титруемую кислотность на уровне 12-18°Т. Экспериментально установлено, что наиболее активно сбраживание лактозы и накопление молочной кислоты происходит при раскислении сыворотки через 10-14 и 22-26 ч. К моменту окончания культивирования 46-50 ч степень биоконверсии лактозы составляет более 65%.

Сыворотку со сброженной лактозой сгущают методом дистилляции в вакуум-аппарате циркуляционного типа при температуре 60-65°С до массовой доли сухих веществ в концентрате не менее 55%, обеспеспечивая уровень осмотического давления 17-18 МПа, позволяющий при однородной текучей гомогенной консистенции полученного концентрата гарантировать его продолжительное хранение.

Для получения ароматизированного сывороточного концентрата настои трав готовят непосредственно перед внесением в концентрат. Для этого траву заливают горячей 95-99°С водой в соотношении 1:20 по массе и выдерживают под крышкой в течение 1,5-2 ч. Затем настой фильтруют. Смешивание осуществляют в емкостях с крышкой, мешалкой и рубашкой.

В смеситель подают сгущенную до 58-62% сухих веществ сброженную сыворотку. Настои трав вносят в количестве 10-12% от массы сгущенной сыворотки. Смесь тщательно вымешивают в течение не менее 10 мин и настаивают в течение 2-3 ч.

При изготовлении сыворотки с настоем трав и с вкусовым наполнителем, например сахаром, сахарный сироп вносят в сгущенную до 50-52% сухих веществ сброженную сыворотку и продолжают сгущение смеси до массовой доли сухих веществ не менее 66-68%. Внесение настоя трав в сгущенную смесь осуществляется аналогично вышесказанному.

Сахарный сироп готовят следующим образом: требуемое по рецептуре количество сахара-песка растворяют в горячей воде, раствор пастеризуют при температуре 95-97°С с выдержкой 7-9 мин, затем охлаждают до температуры 55-57°С и фильтруют.

Полученный концентрат охлаждают до температуры не выше 6°С и направляют на розлив через промежуточную емкость.

Пример 1.

Подсырную сыворотку, полученную при производстве голландского сыра, с массовой долей сухих веществ 6,2% и кислотностью 15°Т в количестве 100 л сепарируют, пастеризуют в ванне длительной пастеризации при 65°С в течение 30 мин, охлаждают до 42°С, добавляют 0,01 кг куриного пепсина, тщательно перемешивают и вносят закваску Lbc. helveticus (штамм 303₅) в количестве 5 л.

Культивирование молочнокислых бактерий в заквашенной сыворотке ведут при температуре 42°С в течение 48 час с раскислением ее через 12 и 24 часа 15%-ным раствором бикарбоната натрия для нейтрализации образующейся молочной кислоты, используя каждый раз по 12 л раствора на 100 л сыворотки. После раскисления через 12 час кислотность сыворотки снижалась со 135°Т до 13°Т, через 24 часа – со 145°Т до 12°Т.

Через 48 ч культивирования подсырную сыворотку с частично сброженной лактозой (массовой долей сухих веществ – 5,8%, кислотностью – 137°Т, степень биоконверсии лактозы – 75%) сгущают в вакуум-аппарате циркуляционного типа при температуре 60°С до массовой доли сухих веществ 59,7%. Выход готового продукта – 10,78 кг.

Пример 2.

Подсырную сыворотку, полученную при производстве российского сыра, с массовой долей сухих веществ 6,0% и кислотностью 13°Т в количестве 100 л сепарируют, пастеризуют в ванне длительной пастеризации при 65°С в течение 30 мин, охлаждают до 44°С, добавляют 0,01 кг куриного пепсина, тщательно перемешивают и вносят закваску Lbc. helveticus (штамм 305₁₀) в количестве 5 л.

Культивирование молочнокислых бактерий в заквашенной сыворотке ведут при температуре 44°С в течение 48 час с раскислением ее через 12 и 24 часа 15%-ным раствором бикарбоната натрия для нейтрализации образующейся молочной кислоты, используя каждый раз по 12 л раствора на 100 л сыворотки. После раскисления через 12 час кислотность сыворотки снижалась со 140°Т до 15°Т, через 24 часа – со 135°Т до 13°Т.

Через 48 ч культивирования подсырную сыворотку с частично сброженной лактозой (массовой долей сухих веществ – 5,9%, кислотностью – 160°Т, степень биоконверсии лактозы – 78%) сгущают в вакуум-аппарате циркуляционного типа при температуре 60°С до массовой доли сухих веществ 60,0%. Выход готового продукта – 10,74 кг.

Пример 3.

Подсырную сыворотку, полученную при производстве костромского сыра, с массовой долей сухих веществ 6,1% и кислотностью 14°Т в количестве 100 л сепарируют, пастеризуют в ванне длительной пастеризации при 65°С в течение 30 мин, охлаждают до 43°С, добавляют 0,01 кг куриного пепсина, тщательно перемешивают и вносят закваску Lbc. helveticus (штамм В) в количестве 5 л.

Культивирование молочнокислых бактерий в заквашенной сыворотке ведут при температуре 43°С в течение 48 час с раскислением ее через 12 и 24 часа 15%-ным раствором питьевой соды для нейтрализации образующейся молочной кислоты, используя каждый раз по 12 л раствора на 100 л сыворотки. После раскисления через 12 час кислотность сыворотки снижалась со 138°Т до 16°Т, через 24 часа – со 139°Т до 12°Т.

Через 48 ч культивирования подсырную сыворотку с частично сброженной лактозой (массовой долей сухих веществ – 5,9%, кислотностью – 137°Т, степень биоконверсии лактозы – 74%) сгущают в вакуум-аппарате циркуляционного типа при температуре 60°С до массовой доли сухих веществ 57,9%. Выход готового продукта – 10,80 кг.

Пример 4.

Сброженную аналогично примерам 1, 2, 3 сыворотку сгущают до уровня сухих веществ 50% и вносят сахар в виде сахарного сиропа непосредственно в вакуум-аппарат. Для этого 5 кг сахара растворяют в 4,0 л горячей воды, сироп пастеризуют при 95°С в течение 10 мин, охлаждают до 55°С и фильтруют. Сладкую сброженную сыворотку сгущают до 66% сухих веществ.

55 г сухой травы заливают 1,1 л горячей воды температурой 97°С, выдерживают 1,5 ч, фильтруют и фильтрат вносят в сброженную сладкую сгущенную сыворотку. Смесь вымешивают 10 мин и настаивают 2 ч. Выход концентрата – 11,3 кг, массовая доля сухих веществ в концентрате 60%.

Основные характеристики готового продукта – сывороточного концентрата, – полученного по предлагаемой технологии, показаны в таблице 1.

Формула изобретения

Способ производства сывороточного концентрата, предусматривающий сбор и сепарирование молочной сыворотки, ее пастеризацию и охлаждение, внесение закваски термофильных молочнокислых палочек, проведение процесса сбраживания лактозы с периодической нейтрализацией образующейся молочной кислоты раствором бикарбоната натрия, сгущение сброженной сыворотки, отличающийся тем, что в охлажденную до температуры заквашивания сыворотку вносят куриный пепсин в количестве 0,007-0,013% и закваску термофильных молочнокислых палочек вида Lactobacillus helveticus, сбраживание осуществляют в течение 46-50 ч, а раствор бикарбоната натрия используют 14-16%-ным.