На правах рукописи Анисимов Георгий Сергеевич

На правах рукописи
Анисимов Георгий Сергеевич
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА
СУХОЙ ДЕМИНЕРАЛИЗОВАННОЙ
ТВОРОЖНОЙ СЫВОРОТКИ
Специальность:
05.18.04 – технология мясных, молочных и рыбных
продуктов и холодильных производств
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Ставрополь – 2013
2
Работа выполнена на кафедре прикладной биотехнологии в Федеральном
государственном
автономном
образовательном
учреждении
высшего
профессионального образования «Северо-Кавказский федеральный университет»
(ФГАОУ ВПО СКФУ)
Научный руководитель:
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор
Евдокимов Иван Алексеевич
Мельникова Елена Ивановна
доктор технических наук, ФГБОУ ВПО «Воронежская государственный университет инженерных технологий», профессор кафедры технологии продуктов
животного происхождения
Юрова Елена Анатольевна
кандидат технических наук, ГНУ «Всероссийский
научно-исследовательский институт молочной
промышленности» (ГНУ ВНИМИ) Россельхозакадемии, заведующий лабораторией технохимического
контроля
Ведущая организация:
ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» (КубГТУ), г. Краснодар
Защита состоится «20» декабря 2013 г. в 13.00 ч. на заседании
диссертационного советы Д 212.245.05 при ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский
федеральный университет» по адресу: 355009, г. Ставрополь, ул. Пушкина, 1,
корпус 3, ауд. 506.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГАОУ ВПО
«Северо-Кавказский федеральный университет» по адресу 355009, г. Ставрополь,
ул. Пушкина, 1. С авторефератом диссертации можно ознакомиться на сайтах
СКФУ www.ncfu.ru и ВАК Министерства образования и науки РФ
www.vak.ed.gor.ru/ru/dissertation/.
Автореферат разослан «___»_____________2013г.
Ученый секретарь диссертационного совета
доктор технических наук, профессор
В.И. Шипулин
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Согласно данным IDF на сегодняшний день мировые
объемы переработки молочной сыворотки составляют около 190 млн.т. При этом
мировая статистика касается только подсырной и казеиновой сыворотки. В России, в связи со сложившимися предпочтениями, на многих предприятиях отрасли
получают творожную сыворотку, доля которой составляет около 50%. Для творожной сыворотки помимо высокой зольности характерны также повышенная
кислотность и микробиологическая обсемененность, что еще больше затрудняет
получение качественных продуктов на ее основе.
К наиболее перспективным методам переработки творожной сыворотки относятся баро- и электромембранные методы разделения. Они отличаются от традиционных значительно более низкими эксплуатационными расходами, а также
широким спектром конечных продуктов.
Электродиализная обработка сыворотки позволяет получать продукт с заданной степенью деминерализации, стандартизированный по органолептическим
и физико-химическим показателям. Однако в данном случае остается нерешенным вопрос микробиологической обсемененности, который является наиболее
проблемным при переработке этого вида вторичного сырья. Производители электродиализного оборудования предлагают использовать низкие температуры ведения процесса, что отрицательно влияет на производительность установок, а значит, уменьшает возможную прибыль предприятий переработчиков.
С другой стороны, в связи со вступлением России в ВТО, где к пищевым
продуктам предъявляются высокие требования по показателям качества и безопасности, а также с широким внедрением электродиализа для переработки творожной сыворотки, особенно актуальной является задача повышения эффективности при обеспечении стабильных микробиологических показателей.
Большой вклад в исследование баро- и электромембранных процессов переработки сыворотки внесли отечественные и зарубежные ученые: Н.Я. Дыкало,
___________________________
*Научный консультант - кандидат технических наук Куликова Ирина Кирилловна
4
А.А. Храмцов, А.Г. Храмцов, И.А. Евдокимов, Г.Б. Гаврилов, К.К. Полянский, Т.
П. Бачурина, T. Paterson, T. Senkevich, K. H. Ridel, W. Zadow, B. Horton и др.
Диссертационная работа выполнялась в рамках научно-технической программы Союзного государства «Повышение эффективности пищевых производств за счет переработки их отходов на основе прогрессивных технологий и
техники» (2010-2012гг.), мероприятия 3.1.11 «Разработка технологии и изготовление опытного образца оборудования производительностью до 1 т/смену по исходной сыворотке для фракционирования молочной сыворотки электро- и баромембранными методами».
Целью диссертационной работы является совершенствование технологии
сухой деминерализованной творожной сыворотки путем интенсификации электродиализной обработки сырья.
В соответствии с поставленной целью предусматривалось решение следующих основных задач:
- на основе анализа априорной информации выделить наиболее важные технологические параметры, влияющие на эффективность электродиализной обработки творожной сыворотки и микробиологическую безопасность готового продукта;
- изучить влияние уровня деминерализации (УД), начальной обсемененности сырья и температуры электродиализа (ЭД-процесса) на развитие различных
групп микроорганизмов и выделить наиболее значимые;
- исследовать влияние температуры на эффективность процесса электродиализа творожной сыворотки;
- разработать математическую модель, характеризующую эффективность
ЭД-процесса;
- определить температуру, обеспечивающую высокую эффективность и безопасность ЭД-процесса;
- разработать усовершенствованную технологию сухой деминерализованной творожной сыворотки, соответствующей нормам «Технического регламента
5
на молоко и молочную продукцию» Федерального закона РФ № 88 и требованиям
HACCP;
- провести анализ микробиологических показателей по ходу технологического процесса производства сухой деминерализованной творожной сыворотки;
- провести оценку экономической эффективности усовершенствованной
технологии с учетом разработанных режимов ведения ЭД-процесса.
Научная новизна работы. Теоретически обоснована и экспериментально
подтверждена возможность интенсификации процесса электродиализной обработки творожной сыворотки путем регулирования температурных режимов.
Исследовано влияние температуры и начальной обсемененности сырья на
динамику роста микрофлоры творожной сыворотки в процессе электродиализа.
Установлено, что для обеспечения стабильных микробиологических показателей
температура ЭД-обработки не должна превышать 25ОС.
Впервые разработана математическая модель, характеризующая эффективность ЭД-процесса обессоливания натуральной творожной сыворотки.
Практическая значимость работы. Разработана усовершенствованная
технология деминерализованной творожной сыворотки и утверждено изменение
№1 к ТУ «Сыворотка молочная деминерализованная» 9229-001-82062396-2007.
Полученные результаты апробированы и используются при переработке творожной сыворотки на Молочном комбинате «Ставропольский».
Подана заявка на изобретение «Способ регулирования кислотности
сыворотки в процессе электродиализа» № 2012145182 от 24.10.2012г.
Апробация работы. Основные положения работы представлены и обсуждены на научных конференциях Северо-Кавказского федерального университета
(2012-2013 г.г.), на Всероссийской научно-практической конференции «Инструментальные методы для исследования живых систем в пищевых производствах»
(Кемерово, 2009 г.), на международном форуме «Молочная индустрия 2010»
(Москва, 2010 г.), международном научно-практическом семинаре «Современные
технологии продуктов питания: теория и практика производства» (Омск, 2010 г.),
международной научно-практической конференции «Инновационные технологии
6
и оборудование в молочной промышленности» (Москва, 2010 г.), на международной научно-практической конференции «Комплексное использование биоресурсов: малоотходные технологии» (Краснодар, 2010 г.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 10 работах, в т.ч. 5 статей из перечня рекомендованных журналов ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав основного текста, выводов, списка литературы, включающего 212 наименований, 21
приложения. Основное содержание работы изложено на 156 страницах машинописного текста, включает 28 таблиц и 17 рисунков.
СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность выбранного направления работы.
В первой главе рассматриваются различные способы переработки сыворотки, мембранные технологии, включая электродиализ. Описывается микрофлора творожной сыворотки, нормируемая ФЗ-88 «Технического регламента на молоко и молочную продукцию» и микрофлора, способная вызывать пороки продуктов на основе сыворотки, сформулированы цель и задачи работы.
Во второй главе представлена организация работы и методы исследований,
схема проведения исследований (рис.1).
В качестве объектов исследований использовалась пастеризованная и непастеризованная творожная сыворотка, полученная традиционным способом, а также на механизированной линии Олит-Про на ОАО «Молочный комбинат «Ставропольский».
Для изучения процесса электродиализа использовались пилотная EDU-Y/50
и промышленная EWDU P15 1x EDR-II/250-0.8 установки АО «МЕГА» (Чешская
республика). Микробиологические показатели исследовались с помощью петрифильмов (Petrifilmtm).
При проведении экспериментальных исследований применялись стандартные методы определения физико-химических и микробиологических показателей,
статистической обработки данных с использованием программы Statistica 6.0, MS
Excel.
7
АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ
ПОСТАНОВКА ЦЕЛЕЙ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ
ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТЫ И МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЙ
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОДИАЛИЗА
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОДИАЛИЗА НА
МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ТВОРОЖНОЙ СЫВОРОТКИ
ТЕМПЕРАТУРА
ПРОЦЕССА
НАЧАЛЬНАЯ
ОБСЕМЕНЕННОСТЬ
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ УСТАНОВКИ
ЭЛЕКТРОДИАЛИЗА
10°С
УРОВЕНЬ
ДЕМИНЕРАЛИЗАЦИИ
15°С
20°С
25°С
10°С
15°С
БГКП
20°С
25°С
КМАФАнМ
(50±2)%
30°С
(82±8)%
30°С
ТЕРМОФИЛЬНАЯ
МИКРОФЛОРА
СПОРОВАЯ
МИКРОФЛОРА
ДРОЖЖИ, ПЛЕСЕНИ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРОДИАЛИЗНОЙ ОБРАБОТКИ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СУХОЙ ДЕМИНЕРАЛИЗОВАННОЙ
ТВОРОЖНОЙ СЫВОРОТКИ
ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ТЕХНОЛОГИИ
ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКОЙ
ДОКУМЕНТАЦИИ
Рисунок 1 – Структурная схема проведения исследований
ПРОМЫШЛЕННАЯ АПРОБАЦИЯ
ТЕХНОЛОГИИ
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ
8
В третьей главе проведено исследование влияния температуры ЭДпроцесса, начальной микробиологической обсемененности и уровня деминерализации на развитие микрофлоры пастеризованной и непастеризованной творожной
сыворотки.
Анализ априорной информации позволил выбрать наиболее значимые группы микроорганизмов – колонии мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ), бактерии группы кишечной палочки
(БГКП), термофильная и спорообразующая микрофлора, дрожжи и плесени, которые нормируются ФЗ № 88 «Технический регламент на молоко и молочную продукцию» и/или могут вызвать порчу готового продукта.
На первом этапе исследования проводились с пастеризованной сывороткой,
начальная обсемененность которой изменялась от 7,6·103 до 5,7·105 КОЕ/см3. Режимы пастеризации – (74±2) и (80±2)º С, с выдержкой 15 с не всегда обеспечивали уровень КМАФАнМ не более 1,0·105 КОЕ/см3, установленный нормами ФЗ-88.
Активная и титруемая кислотность сырья составляла (4,57±0,2) и (65±5)º Т,
соответственно. Творожная сыворотка подвергалась электродиализу при температурах – 10, 15, 20, 25, 30ºС и обессоливалась до (50±2) и (90±2)%.
По результатам проведенных экспериментов было определено, что
наибольшее влияние на развитие микрофлоры в процессе электродиализа оказывает начальная обсемененность творожной сыворотки (рис.2, А-Е). К наиболее
активным группам относились: КМАФАнМ, термофилы и дрожжи. Для них характерна общая тенденция увеличения прироста популяции с повышением температуры ЭД-процесса и понижением начальной обсемененности сырья.
9
А)
Б)
В)
Г)
Д)
Е)
Рисунок 2 – Зависимость прироста микрофлоры от температуры и начальной обсемененности пастеризованной
творожной сыворотки в процессе электродиализа: А – КМАФАнМ при УД (50±2)%; Б – термофилы при УД (50±2)%; В
– дрожжи (50±2)%; Г – КМАФАнМ при УД (82±8)%; Д – термофилы при УД (82±8)%; Е – дрожжи при УД (82±8)%
10
Для КМАФАнМ максимальный прирост наблюдался при температуре электродиализа 30º С и УД (82±8)%, при этом начальная обсемененность составляла
5,3·104 КОЕ/см3. Минимальное развитие отмечалось в экспериментах: 25ºС, УД
(82±8)%, начальное обсеменение 1,2·105 и 10 ºС, УД (82±8)%, начальное обсеменение 4,7·105 КОЕ/см3 (рис.2 А и Г).
Для термофильных микроорганизмов сохраняются схожие тенденции с
КМАФАнМ. Максимальный прирост наблюдался при сочетании факторов высокой температуры ЭД-процесса 30ºС, УД (82±8)% и невысокой начальной обсемененности 1,0·103 КОЕ/см3. Минимальный прирост, наоборот, отмечается при температуре 10ºС, УД (82±8)% и высокой начальной обсемененности 5,9·104 КОЕ/см3
(рис.2, Б и Д).
Для дрожжей температурная зависимость более выражена, чем для мезофильных и термофильных бактерий. При увеличении температуры и уровня деминерализации количество дрожжей возрастает, достигая максимального значения при 30°С и УД (82±8)% (рис.2 В и Е).
Для БГКП и плесеней была характерна невысокая начальная обсемененность, предположительно, обусловленная вторичным обсеменением сырья после
пастеризации. Для них и споровой микрофлоры отмечался незначительный рост с
увеличением температуры.
Так как, высокая начальная обсемененность препятствовала дальнейшему
развитию микроорганизмов, были проведены эксперименты с непастеризованной
творожной сывороткой при температурах 15 и 25ºС и УД (82±8)%, для которых
рост в пастеризованной сыворотке оставался умеренным. Общая начальная обсемененность непастеризованного сырья составляла 1,3-3,5∙107 КОЕ/см3.
Результаты, полученные в экспериментах с непастеризованной творожной
сывороткой (рис.3) подтвердили, что высокая начальная обсемененность негативно сказывается на дальнейшем развитии микроорганизмов.
11
Рисунок 3 – Показатели прироста КМАФАнМ, термофильной микрофлоры
и дрожжей в зависимости от температуры ЭД-обработки непастеризованной творожной сыворотки
Максимальную активность из всех групп микроорганизмов проявили
дрожжи. В процессе электродиализа непастеризованной сыворотки при 25ºС количество дрожжей увеличилось почти в 2 раза. В пастеризованной сыворотке, при
аналогичных условиях, популяция дрожжей возрастала более, чем в 6 раз.
По нашему мнению, комбинация низкого значения рН (4,2-4,7) и продуцируемых лактококками антибиотических веществ (например, низина) являлась
сдерживающим фактором для развития микрофлоры сыворотки в целом. Так как
заквасочная микрофлора является термолабильной, то в сыворотке после пастеризации остаются бактерии, устойчивые к повышенным температурам и кислой реакции среды. При этом, вероятно, чем ниже будет их концентрация до электродиализа, тем меньше взаимное антагонистическое влияние и конкуренция за субстрат. Особенно это может проявляться при высоких уровнях деминерализации,
когда в сыворотке резко сокращается количество необходимых для нормального
метаболизма минеральных веществ. С этой точки зрения допустимо проводить
термическую обработку творожной сыворотки после деминерализации, при жестком контроле режимов хранения исходной сыворотки и мойки электродиализного
оборудования.
12
Таким образом, с учетом полученных экспериментальных данных можно
рекомендовать режимы деминерализации не выше 25ºС, как для пастеризованной,
так и для непастеризованной творожной сыворотки.
В четвертой главе исследовались основные закономерности влияния температуры на интенсификацию процесса обессоливания творожной сыворотки методом электродиализа.
Исследования проводились в два этапа на пилотной и промышленной ЭДустановках, выходными параметрами являлись производительность и уровень деминерализации.
При обработке постоянного объема сыворотки на пилотной установке при
фиксированном уровне деминерализации (50±2)%, продолжительность ЭДпроцесса сокращалась с ростом температуры (рис.4).
Рисунок 4 – Зависимость производительности пилотной ЭД-установки от
температуры процесса
Увеличение температуры с 10 до 30ºС привело к росту производительности
на 46%.
При обработке постоянного объема сыворотки на пилотной установке в течение 4 часов было зафиксировано увеличение УД на 12% при повышении температуры на 20 оС (рис. 5).
13
Рисунок 5 – Зависимость уровня деминерализации от температуры при фиксированном объеме и продолжительности обработки творожной сыворотки на
ЭД-установке
На основании результатов, полученных на пилотной установке, было проведено масштабирование ЭД процесса для промышленных условий.
Поскольку теоретический анализ показал, что производительность ЭДпроцесса (P) обусловлена температурой, теплофизическими характеристиками
обрабатываемого сырья и конструктивными особенностями мембранного пакета,
была разработана математическая модель процесса, позволившая представить зависимость в аналитическом виде:
,
(1)
где:
U – напряжение на мембранном пакете, В;
R – электрическое сопротивление мембран, Ом;
– удельная электропроводность концентрата, поддерживаемая на постоянном уровне, См/см;
- начальная удельная электропроводность сыворотки, См/см;
14
K – коэффициент пропорциональности, связывающий электрическое сопротивление потоков сыворотки и концентрата в мембранном пакете с их удельной
электропроводностью;
– коэффициент пропорциональности, учитывающий потери тока, обусловленные конструктивными особенностями мембранного пакета, типом применяемых мембран и т.д.;
D – уровень деминерализации, %.
После серии экспериментов, проведенных на промышленной ЭД-установке,
были определены численные значения R и K при различных температурах для
EWDU P15 1x EDR-II/250-0.8 (табл.1).
Таблица 1 – Значения
и К для EWDU P15 1x EDR-II/250-0.8 при различ-
ных температурах ЭД-процесса
Параметры
-1
К, см
, Ом
11,2
2,38·104
4,87
С учетом значений
Температура, °С
24,2
28,8
4
2,35·10
2,40·104
0,45
0,15
17,5
2,44·104
1,43
34,2
2,36·104
0,07
и К (табл.1) была выведена формула зависимости про-
изводительности ЭД-установки от температуры и уровня деминерализации:
,
(2)
где: Т – температура ЭД-процесса, ºС.
Анализ формулы (2) показывает, что производительность ЭД-процесса при
фиксированном напряжении U и уровне деминерализации D повышается с ростом
температуры. Если принять за единицу (Р=1) производительность при 10ºС и
уровне деминерализации 0,5 (50%), то зависимость Р=f (T, D) может быть представлена в виде расчетных кривых (рис.6).
15
Рисунок 6 – Зависимость производительности промышленной ЭДустановки от температуры при различных уровнях деминерализации натуральной
творожной сыворотки
По сравнению с низкотемпературным режимом ЭД-обработки натуральной
творожной сыворотки (Т=10°С), высокотемпературный – (Т=35°С) приводит к
повышению производительности в 2,6 раза при 50%-ом уровне деминерализации.
Таким образом, на основании результатов, полученных в гл. 3 и 4, можно
сделать вывод, что при переходе от регламентируемого температурного режима
ЭД-процесса (15±1)º С (по ТУ 9229-001-82062396-2007 «Сыворотка молочная деминерализованная») к (25±2)ºС при умеренном росте микрофлоры творожной сыворотки обеспечивается максимальное увеличение производительности (48±2)%
электродиализной установки.
В пятой главе обоснованы параметры основных технологических операций
усовершенствованной технологии сухой деминерализованной творожной сыворотки, с учѐтом элементов системы безопасности XACCP.
На рис. 7 представлена аппаратурно-процессовая схема переработки творожной сыворотки в сухой деминерализованный продукт.
16
Рисунок 7 – Аппаратурно-процессовая схема переработки творожной сыворотки
17
Блок 1. Сырье принимают по массе и качеству. Учет массы сырья производится на объемных счетчиках (2) или в ѐмкостях с тензометрическими датчиками.
Блок 2. Из резервуаров сыворотка подается в пластинчатую пастеризационно-охладительную установку (4), где нагревается до температуры (38  2) ºС и далее очищается от жира и казеиновой пыли на сепараторах-осветлителях (5).
Блок 3. Очищенная от жира и казеиновой пыли сыворотка поступает на пастеризационно-охладительную установку, где пастеризуется при температуре
(742) ºС, с выдержкой 15 с. Сыворотку охлаждают до температуры процесса деминерализации (252) ºС. При необходимости резервирования, сыворотку охлаждают до температуры (6  2) ºС и подают в ѐмкость для хранения перед переработкой. Допускается резервирование молочной сыворотки при указанной температуре не более 24 часов.
Блок 4, 5, 6. Деминерализация пастеризованной творожной сыворотки осуществляется при температуре (25±2) ºС в электродиализной установке (8). Деминерализация проводится до массовой доли минеральных веществ в сухом продукте равной (50±2)%, (70±2)% или (90±1)%. В процессе деминерализации осуществляется регулирование кислотности (40–50) % раствором NaOH. Реагент вносится
на заключительном этапе процесса. Начало дозирования реагента зависит от конечного уровня деминерализации. Раствор должен поступать в сыворотку непрерывно или мелкими порциями, так чтобы электропроводность обрабатываемой
сыворотки продолжала понижаться. Основным критерием качества проведения
регулирования кислотности является органолептический показатель. Продукт не
должен иметь посторонних привкусов.
Для оперативного контроля за уровнем деминерализации пастеризованной и
сгущенной сыворотки в процессе электродиализа определяется еѐ электропроводность.
Блок 7. Побочный продукт, концентрат солей, может быть использован при
производстве минеральной воды, минеральных удобрений, корма скоту.
Блок 8. Сыворотку после деминерализации подают в накопительную емкость (7) и затем сгущают до массовой доли сухих веществ (53  2) % в вакуум-
18
выпарных аппаратах (9) любых конструкций, обеспечивающих температуру кипения в пределах (65±3) ºС.
Блок 9. Сгущенная сыворотка поступает на кристаллизацию лактозы. Для
кристаллизации лактозы сгущенную сыворотку подвергают первичному охлаждению в потоке и подают в кристаллизаторы, куда вносят затравку - мелкокристаллический молочный сахар (размеры кристаллов (5 – 9) мкм). Кристаллизуют лактозу в кристаллизаторах (11) при циклическом перемешивании с частотой вращения мешалки не более 30 мин-1.
Блок 10. Сушку сгущенной деминерализованной сыворотки осуществляют
на распылительной сушилке (12). Температура воздуха, поступающего из калорифера в сушильную башню должна быть в пределах (160 – 180) ºС, температура
воздуха, выходящего из сушильной башни должна быть в пределах (70 – 80) ºС.
Температура готового продукта на выходе из сушильной башни должна быть не
выше 65 ºС.
Блок 11. Высушенный продукт фасуется в многослойные бумажные мешки
с полиэтиленовыми вкладышами, разрешенные для использования в пищевой
промышленности, массой нетто (25 ± 0,2) кг. Допускается хранение сухого продукта более 6 месяцев при температуре не выше 20 ºС и относительной влажности
воздуха в помещении не более 75 %.
Блок 12. Сухая деминерализованная сыворотка может быть использована в
производстве продуктов детского питания, кондитерских изделиях и др.
Анализ разработанной технологии позволил выделить критические контрольные точки (ККТ).
ККТ №1 принимается на операции приѐмки творожной сыворотки и промежуточного резервирования сырья. При оценке качества контролируются следующие параметры: содержание сухих веществ, плотность, титруемая кислотность,
pH, удельная электропроводность, уровень общей микробной обсеменѐнности исходной сыворотки. В случае несоответствия заданным показателям сырьѐ не допускается для дальнейшей технологической обработки.
19
ККТ №2 принимается после операции пастеризации и охлаждения. В данной точке контролю подлежат физико-химические параметры смеси (кислотность,
плотность, содержание сухих веществ, pH, удельная электропроводность) и микробиологические показатели. Опасным фактором является микрофлора, сохранившаяся в результате нарушения режимов тепловой обработки.
ККТ №3 принимается после операции деминерализации и регулирования
кислотности. В данной точке контролю подлежат физико-химические параметры
смеси (кислотность, плотность, содержание сухих веществ, pH, удельная электропроводность), микробиологические и органолептические показатели. Опасным
фактором является кросс-контаминация микрофлорой, которая может попасть с
поверхности оборудования, из воздуха, а также сохранившаяся после тепловой
обработки. В случае несоответствия смеси заданным физико-химическим показателям повторяют операцию деминерализации.
ККТ № 4 принимается после операции сушки и перед упаковкой. Контролю
подлежат физико-химические (кислотность, содержание сухих веществ, содержание влаги), микробиологические (КМАФАнМ, БГКП, дрожжи и плесени) и органолептические показатели готового продукта. При несоответствии заданным параметрам дальнейшая упаковка продукта не допускается.
С учетом выделенных ККТ были определены микробиологические показатели по ходу технологического процесса в опытно-промышленных выработках
при разной температуре и уровне деминерализации (табл.3).
20
Таблица 3 – Изменения микробиологических показателей при переработке
творожной сыворотки в сухой деминерализованный продукт
№ опытнопромышленной
выработки и
режимы
№1, пастеризация (74±2)º С,
температура
ЭД-процесса
(24±)º С, УД
(50±1)%
№2, температура ЭД-процесса
(20±1) ºС, УД
(62±1)%
№3, температура ЭД-процесса
(25±1) ºС, УД
(40±1)%
Полуфабрикат/
продукт
БГКП отсутствуют в,
см3, г
КМАФАнМ,
КОЕ/ см3, г
Термофилы,
КОЕ/ см3, г
Споры,
КОЕ/
см3, г
Дрожжи,
КОЕ/
см3, г
Плесени,
КОЕ/
см3, г
1,0
4,5·104
4,0·104
40
-
-
0,1
7,4·104
6,5·104
20
40
-
1,0
1,3·104
1,0·104
1,4·103
-
-
1,0
6,0·103
5,8·103
1,0·103
10
20
0,001
1,6·108
1,6·107
10
5,5·102
40
0,001
3,0·107
1,1·107
-
1,1·103
30
1,0
1,4·104
1,9·104
4,0·103
-
-
1,0
8,9·103
7,8·103
2,0·103
20
30
0,001
1,6·107
8,7·105
10
1,2·105
-
0,001
1,9·107
1,2·105
10
4,0·105
-
1,0
1,4·104
1,2·104
5,9·103
-
-
1,0
1,2·104
9,8·103
3,4·103
30
30
Сыворотка до
ЭД-обработки
Сыворотка после ЭДобработки
Сгущенная сыворотка
Сухая сыворотка
Сыворотка до
ЭД-обработки
Сыворотка после ЭДобработки
Сгущенная сыворотка
Сухая сыворотка
Сыворотка до
ЭД-обработки
Сыворотка после ЭДобработки
Сгущенная сыворотка
Сухая сыворотка
В результате проведения опытно-промышленных выработок были получены
стандартные по микробиологическим показателям образцы сухой деминерализованной творожной сыворотки, соответствующие нормам ФЗ-88. Исключение режима пастеризации (образцы 2 и 3) из технологического процесса не повлияло на
качество готового продукта.
Определен экономический эффект от внедрения усовершенствованной технологии сухой деминерализованной творожной сыворотки, который составляет до
640 тыс. рублей в год для предприятий с мощностью переработки 100 тонн творожной сыворотки в сутки.
21
ВЫВОДЫ:
1.
Определены технологические факторы, влияющие на эффективность
процесса электродиализа творожной сыворотки, и выделены основные группы
микроорганизмов исходного сырья, которые могут повлиять на микробиологические показатели готового продукта.
2.
Изучено влияние уровня деминерализации и температуры ЭД-
процесса на развитие КМАФАнМ, БГКП, термофильной и споровой микрофлоры,
дрожжей и плесеней. Доказано, что наиболее активными являются дрожжи, популяция которых при 30ºС возрастала более чем в 10 раз.
3.
Установлено, что наибольшее влияние на развитие микрофлоры тво-
рожной сыворотки оказывает начальная обсемененность сырья. В интервале температур (10-30)º С при начальном КМАФАнМ порядка 103 КОЕ/см3 рост микроорганизмов был в 4,4 раза больше, чем при начальном КМАФАнМ порядка 107
КОЕ/см3. Для остальных групп микроорганизмов подтверждена аналогичная тенденция развития.
4.
Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено положи-
тельное влияние температуры на эффективность процесса электродиализа творожной сыворотки. Увеличение температуры процесса от 10 до 30ºС приводит к
росту производительности пилотной ЭД-установки на 46,3%.
5.
Разработана математическая модель, характеризующая эффективность
ЭД-процесса, как функция от температуры и уровня деминерализации творожной
сыворотки.
6.
Установлено, что температура (25±2)º С обеспечивает максимальное
увеличение производительности электродиализного процесса, при умеренном росте микрофлоры творожной сыворотки.
7.
Разработана и апробирована усовершенствованная технология сухой
деминерализованной творожной сыворотки. Утверждено изменение №1 к ТУ
9229-001-82062396-2007 «Сыворотка молочная деминерализованная».
8.
Проведен анализ микробиологических показателей по ходу техноло-
гического процесса производства сухой деминерализованной творожной сыво-
22
ротки. Показано, что при температуре сгущения (65±2)º С обеспечивается безопасность готового продукта даже при исключении пастеризации творожной сыворотки до ЭД-обработки.
По теме диссертационной работы опубликованы следующее работы:
1. Володин, Д. Н. Прогрессивный подход к классическим технологиям
[Текст] / Д. Н. Володин, В. К. Топалов, М. В. Головкина, Г. С. Анисимов, В. А.
Везирян //Молочная промышленность. – 2012. – №10. – С.31 – 32.
2. Евдокимов, И. А. Творог и творожные изделия с молочной сывороткой и
еѐ компонентами [Текст] / И. А. Евдокимов, Д. Н. Володин, В. А. Михнева, М. С.
Золоторева, В. М. Клепкер, М. В. Головкина, Г. С. Анисимов //Молочная промышленность. – 2011. – №11. – C.62 – 63.
3. Евдокимов, И. А. Обработка молочного сырья мембранными методами
[Текст] / И. А. Евдокимов, Д. Н. Володин, М. С. Золоторева, В. К. Топалов, С. В.
Анисимов, А. А. Везирян, В. М. Клепкер, М. В. Головкина, Г. С. Анисимов
//Молочная промышленность. – 2012. – №2. – C.88 –91.
4. Золоторева, М. С. Мембранные процессы в молочной промышленности –
эффективно, современно, надежно [Текст] / М. С. Золоторева, Д. Н. Володин, М.
В. Головкина, В. К. Топалов, В. М. Клепкер, И. А. Евдокимов, Г. С. Анисимов,
А. А. Везирян //Сыроделие и маслоделие. – 2012. – №4. – C.70 – 72.
5. Рябцева, С. А. Дрожжи в молочной промышленности: причина порчи,
нормирование, определение [Текст] / С. А. Рябцева, А. А. Скрипнюк, Г. С. Анисимов //Молочная промышленность. – 2013. – №5. – C. 67 – 68.
6. Евдокимов, И. А. Исследование возможности применения микрогранулированного сывороточного белка в технологиях кисломолочных продуктов [Текст]
/ И. А. Евдокимов, Д. Н. Володин, В. А. Михнева, Ю. Г. Каракашян, Г. С. Анисимов / Инструментальные методы для исследования живых систем в пищевых
производствах: материалы Всероссийской конференции. – Кемерово: КТИПП,
2009, – с . 123 –124.
7. Евдокимов, И. А. Мембранные технологии в производстве цельномолочных продуктов [Текст] / И. А. Евдокимов, М. В. Головкина, М. С. Золоторева, Д.
Н. Володин, В. А. Михнева, Г. С. Анисимов / Молочная индустрия-2010 материалы XIII международного форума. – М.: РСПМО, 2010, – t.08.
8. Евдокимов, И. А. Современные направления в технологии мягких сыров:
наука и практика [Текст] / И. А. Евдокимов, В. М. Клепкер, А. С. Сардак, Г. С.
Анисимов / Современные технологии продуктов питания: теория и практика производства: материалы международного научно-практического семинара. – Омск:
Изд-во ФГОУ ВПО ОмГАУ, 2010, – с. 93 – 96.
9. Евдокимов, И. А. Малоотходные технологии переработки молочного сырья при производстве высокобелковых продуктов [Текст] / И. А. Евдокимов, А. С.
Сардак, Г. С. Анисимов // Комплексное использование биоресурсов: малоотход-
23
ные технологии: материалы международной научно-практической конференции. –
Краснодар, 2010. – с. 31.
10. Смирнов, Е. Р. Инновационный путь микрофильтрации в обеспечении
бактериальной обсемененности молочной сыворотки [Текст] / Е. Р. Смирнов, И.
А. Евдокимов, С. А. Емельянов, Г. С. Анисимов // Инновационные технологии и
оборудование в молочной промышленности: материалы международной научнопрактической конференции. – М.: НОУ ОНТЦМП, 2010, – с. 31 – 33.