close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

код для вставкиСкачать
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ДЕПАРТАМЕНТ НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
УТВЕРЖДАЮ:
Ректор ФГБОУ ВПО ВолГАУ
член-корр. РАСХН, профессор
__________А.С. Овчинников
«_____»_____________2013 г.
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЦЕЛЕВОГО ИНДИКАТОРА
ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОГРАММЫ УДЕЛЬНЫЙ ВЕС
ОТХОДОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА,
ПЕРЕРАБОТАННЫХ МЕТОДАМИ
БИОТЕХНОЛОГИИ С 10,0 ДО 11,5%
Исполнители:
Горлов И.Ф.
Сивков А.И.
3
Осадченко И.М.
Нелепов Ю.Н.
Семенова И.А.
Гришин В.С.
Стародубова Ю.В.
Суркова С.А.
Пономарева Т.В.
ВОЛГОГРАД – 2013
Отчет
37
стр.,
Рекомендации
и
2
рис.,
методика
3
табл.,
выполнения
11
источ.
целевого
индикатора
государственной программы удельный вес отходов сельскохозяйственного
производства, переработанного методами биотехнологии с 10,0 до 11,5%.
Объектом исследования являются отходы сельскохозяйственного
производства.
Цель работы – разработка рекомендаций по переработке отходов
сельскохозяйственного производства методами биотехнологии.
В процессе работы проводились экспериментальные исследования
переработки молочной сыворотки на пищевые, кормовые цели для получения
биологически активных добавок; зерновой барды – в сухие кормовые
дрожжи;
технология
получения
пищевых
биокоректоров
на
основе
микробной массы; ускоренный способ подготовки злаковых культур к
помолу;
технология
переработки
сои;
использование
лекарственных
растений в качестве источников кормового белка.
Ключевые слова: биотехнология, молочная сыворотка, кормовые
добавки, жмых, БАД, растительные масла, переработка сои, кормовой белок.
2
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………..…………………..4
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ………………………………………………………….…6
1. Переработка молочной сыворотки на основе мембранных технологий…..6
2. Получение кормовых добавок………………………………………………12
3. Использование горчичного жмыха для силосования зеленой массы растений…………………………………………………….……………………….15
4. Получение биологически активных добавок к пище………………………16
5. Способ получения мягкого сыра…………………………………………….18
6. Биотехнология натуральных биокорректоров пищи с заданными функциональными свойствами на основе микробной биомассы………………….19
7. Очистка нерафинированных растительных масел …………..…………….23
8. Подготовка злаковых культур к помолу……………………………………25
9. Технология переработки сои……………………………………………..….26
10. Получение кормового белка………………………………………………..27
11. Технология электрообработки молока…………………………………….28
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….36
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ……………………….….. 37
3
ВВЕДЕНИЕ
Модернизация
технологической
базы
современного
агропромышленного производства невозможна без массового внедрения
биотехнологий
и
биотехнологических
продуктов.
Использование
биотехнологий в сельском хозяйстве ориентировано на стабильное развитие
сельскохозяйственного производства, решение проблемы продовольственной
безопасности,
продуктов
получение
питания,
высококачественных,
переработку
экологически
отходов
чистых
сельскохозяйственного
производства.
В
целях
лидирующие
выхода
позиции
в
агропромышленного
области
комплекса
сельскохозяйственной
России
и
на
пищевой
биотехнологии, в том числе по отдельным направлениям биомедицины,
агробиотехнологий,
необходимо
промышленной
решить
задачу
биотехнологии
создания
и
биоэнергетики,
инфраструктуры
развития
биотехнологии в сельском хозяйстве.
Достижение целевого индикатора по увеличению удельного веса
отходов сельскохозяйственного производства отвечает целям подпрограммы
«Техническая и технологическая модернизация, инновационное развитие»
государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования
рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 20132020 г. В числе приоритетных значатся следующие ключевые направления:
развитие
биотехнологий
кормопроизводстве
в
растениеводстве,
(биодобавки
для
в
улучшения
животноводстве
качества
кормов
и
–
аминокислоты, кормовой белок, ферменты, витамины, пробиотики), в
пищевой и перерабатывающей промышленности (крахмалы и глюкознофруктовые
сиропы,
ферменты
и
микроорганизмы
для
молочных,
масложировых, мясоперерабатывающих производств, органические кислоты
– лимонная, молочная, уксусная и др., продукты глубокой переработки
пищевого сырья); биоэнергетика (биотопливо).
4
Настоящие
рекомендации
предназначены
для
предприятий,
специализированных на переработке сельскохозяйственной продукции
растительного и животного происхождения, производственный цикл которых
предусматривает образование побочных продуктов, а также занимающихся
микробиологическим синтезом. Рекомендации содержат предложения по
переработке
отходов
сельскохозяйственного
производства
методами
биотехнологии с технологическим обоснованием.
В числе методик выполнения целевого индикатора государственной
программы представлены варианты переработки молочной сыворотки на
пищевые, кормовые цели и для получения биологически активных добавок;
зерновой барды – в сухие кормовые дрожжи; технология получения пищевых
биокорректоров на основе микробной массы; способ усовершенствования
очистки нерафинированных масел; ускоренный способ подготовки злаковых
культур к помолу; технология переработки сои, максимально сохраняющая
пищевую ценность культуры; предложение по использованию лекарственных
растений
в
качестве
источников
электрообработки молока.
5
кормового
белка;
технология
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
1. Переработка молочной сыворотки на основе
мембранных технологий
В условиях повсеместного дефицита качественного молочного
сырья возникает необходимость рационализации его использования,
одним из путей которой является комплексная переработка. При этом
переработка подсырной сыворотки, как ценного вторичного сырья с
высокой
пищевой
и
биологической
ценностью,
является
дополнительным источником прибыли предприятия и необходимым
условием охраны окружающей среды.
В настоящее время неотъемлемой составляющей успешного развития
предприятий молочной отрасли, в ассортименте продукции которых имеются
белковые продукты, в основном, творог и сыр, является сопутствующая
переработка молочной сыворотки. Этот факт обосновывается тремя
аспектами – экономическим, биологическим и экологическим. Расширение
ресурсных возможностей без дополнительных затрат и сокращение расходов
на очистку сточных вод снижает себестоимость годового выпуска
продукции. Использование ценных компонентов молочной сыворотки для
создания продуктов с лечебно-профилактическими свойствами позволяет
экономить сырье. Прекращение сбросов сыворотки снижает степень
загрязнения сточных вод, так как при производстве 1 т сыра получают до 9 т
сыворотки. Необходимо подчеркнуть, что сыворотка фактически является
бесплатным
сырьевым
ресурсом,
так
как
не
вырабатывается
целенаправленно, а образуется как побочный продукт, а значит, ее
переработка является дополнительным, весьма выгодным источником
прибыли предприятия.
6
В настоящее время в Волгоградской области от переработки молока
остается 62,91 тыс. т. молочной сыворотки, из которых примерно 68%
бесконтрольно сливается в канализацию. Молочная сыворотка содержит
около 50% сухих веществ молока, поэтому практикуемый на сегодня
повсеместный ее слив в канализацию эквивалентен ежегодной потере 31 тыс.
т молока. Масштабы недополученной ежегодной прибыли молочных
предприятий Волгоградской области от возможной переработки молочной
сыворотки
с
использованием
современных
мембранных
технологий
составляют порядка 6-8 млрд. руб.
Слив молочной сыворотки создает экологическую проблему для
окружающей
среды,
т.к.
ее
загрязняющая
способность
превышает
аналогичный показатель для бытовых сточных вод в 500-1000 раз. Cброс
сыворотки в водосборные колодцы, из-за высоких значений химического (5054 г О2 на литр) и биологического потребления кислорода (32-39 г О2 на
литр), в большинстве стран запрещен и является уголовно наказуемым.
Затраты на очистку сточных вод молокоперерабатывающим предприятием
мощностью 100 т молока в сутки равноценны затратам на очистку сточных
вод города с населением 80 тыс. человек.
Организация
переработки
молочной
сыворотки
обеспечивает
предприятие скрытой формой прибыли ввиду минимизации штрафных
санкций за слив сыворотки, оцениваемые в размере 12-15 млрд. руб. в год.
Молочная сыворотка – ценное вторичное сырье, богатое лактозой,
сывороточными белками, незаменимыми аминокислотами, витаминами,
содержащее набор жизненно важных минеральных элементов, что также
обуславливает необходимость ее переработки. По своему составу молочная
сыворотка отличается от молока только отсутствием основного белка молока
– 7азеина. Основными же белками молочной сыворотки являются
лактоглобулин, лактальбумин, сывороточный альбумин и иммуноглобулин.
Помимо
этого,
короткоцепочечные
из
молочной
пептиды,
сыворотки
обладающие
7
выделены
высокой
некоторые
биологической
активностью. К ним относятся биокаталитические иммуномодуляторы и
антимикробные агенты – лизоцим, лактоферрин и лактопероксидаза.
При высокой пищевой и биологической ценности сыворотка
низкокалорийна, а, следовательно, пригодна для производства диетических
продуктов. Таким образом, организация переработки молочной сыворотки
имеет связь с национальным проектом «Здравоохранение»
Социальная
напряженность,
обусловленная
нестабильностью
8астворяческой ситуации, ухудшением экологической обстановки, ростом
инфекционных и других заболеваний, делает для России актуальной проблему
создания пищевых продуктов, оказывающих регулирующее влияние как на
организм человека в целом, так и на отдельные его органы и системы. К
примеру, использование такого рода бифидогенных продуктов позволяет
восполнить
дефицит
эссенциальных
пищевых
веществ,
осуществить
иммунокоррекцию, повысить неспецифическую резистентность организма к
воздействию неблагоприятных экологических и экстремальных условий.
Следует учитывать, что во всем мире значительная доля таких продуктов
функционального питания производится из молочной сыворотки. В России на
существующий момент данное направление не развито.
С
1994
г.
переработчиков
в
Европе
сыворотки
существует
(EWPA),
Европейская
объединяющая
ассоциация
крупнейшие
предприятия с целью внедрения обязательной переработки сыворотки на
пищевые цели.
Включение молокоперерабатывающих предприятий Волгоградской
области в рыночные отношения стимулирует нарастание спроса этих
предприятий
на
инновационные
высокоэффективные
технологии,
позволяющие получать максимально возможную прибыль. Молочная
сыворотка является неиспользованным резервом для получения прибыли.
Максимальную прибыль от переработки молочной сыворотки можно
получить, только применяя современные мембранные технологии и
оборудование для глубокого фракционирования минорных дорогостоящих
8
компонентов. Однако именно в этой области ощущается острый дефицит
поступающих коммерческих предложенияй со стороны бизнесменов,
потенциальных
инвесторов,
научных
организаций
и
производителей
оборудования.
В качестве одного из путей достижения целевого индикатора
государственной программы увеличения объемов переработки отходов
методами биотехнологии предлагается внедрение технологий переработки
молочной сыворотки на основе электро- и баромембранных методов
молекулярного фракционирования с получением продуктов здорового
питания, включающих биологически активные компоненты молока и
пребиотики, обладающие биокаталитической активностью.
Разработка
и
внедрение
на
предприятиях
молочной
отрасли
современных технологий с применением электро- и баромембранного
оборудования, осуществляющего электродиализ, нанофильтрацию, обратный
осмос, ультрафильтрацию, позволит, во-первых, решить для области одну из
актуальнейших социальных и экологических проблем – обеспечение полной
переработки молочной сыворотки; во-вторых, получить новое поколение
продуктов функционального питания для различных детерминированных
групп населения России.
На пути широкого внедрения и использования молочной сыворотки в
пищевых целях существуют два барьера: высокая зольность сыворотки и
низкое содержание в ней сухих веществ (около 6%).
Электродиализ позволяет удалять из сыворотки от 50 до 90% золы
(солей) с энергетическими затратами от 5 до 8 кВт·ч/т. Сгущение сыворотки
посредством обратного осмоса обеспечивает экономию энергетических
ресурсов в 8-10 раз по сравнению с традиционным концентрированием под
вакуумом. Кроме того, мембранные технологии предполагают минимальное
воздействие на компоненты сыворотки, в частности, белки и витамины, что
сохраняет биологическую ценность данного сырьевого ресурса.
9
Электро- и баромембранные технологии позволяют эффективно
решить проблемы переработки молочной сыворотки практически на любом
предприятии отрасли.
Рекомендации
предусматривают
внедрение
в
отечественную
молочную отрасль современного электро- и баромембранного оборудования
для электродиализа, нанофильтрации, обратного осмоса, ультрафильтрации.
Рентабельность мембранных технологий в 2-5 раз выше, чем традиционных,
что обеспечивает коммерческую привлекательность проекта. При этом будут
созданы функциональные гипоаллергенные продукты здорового питания с
элиминированием пестицидов и афлатоксинов. Продукты функционального
питания
имеют
заменить
лечебно-профилактическую
многие
лекарственные
направленность
препараты.
Массовое
и
могут
потребление
функциональных продуктов на основе молочной сыворотки, разработанных в
рамках
выполнения
целевого
индикатора
программы,
способствует
укреплению здоровья населения, а значит, позволит снизить уровень
заболеваемости.
К сведению, по итогам первого десятилетия функционирования
индустрии «здорового питания», финансисты, принимающие участие в
инвестициях программ «оздоровления через питание», пришли к выводу о
том, что «ни одна другая технология не дает таких возможностей улучшения
здоровья людей за столь невысокую цену и за столь короткое время, как
технология здорового питания (отчет Всемирного Банка, 1998 г.).
Оценивая уровень готовности разработок, можно отметить, что
большинство из них готовы к внедрению, и требуются лишь инвестиции.
Мембранное
оборудование,
используемое
в
технологиях,
выпускается как зарубежными, так и российскими производителями. Как
показывает
опыт,
комплект
оборудования
с
технологическим
сопровождением и сдачей «под ключ» проекта по переработке 200 т
молочной
сыворотки
в
сутки
на предприятии
молочной
отрасли
оценивается в пределах 40 млн. руб. Срок окупаемости проекта зависит от
10
продукта (готовый или полуфабрикат), который будет выпускаться на
предприятии, и составляет 1-2 года.
Стоимость создания централизованного производства (1000 т/сутки), с
использованием
новых
технологий
переработки
сыворотки
и
соответствующего оборудования, ориентировочно составит 110 млн. евро.
На проектируемом производстве целесообразно внедрить:

рациональные
схемы
переработки
сыворотки,
обеспечивающие
получение значимого экономического эффекта;

инновационные технологии продуктов питания с бифидогенной
активностью для детерминированных групп населения, в т.ч.
спортсменов, людей, работающих в экстремальных условиях, и т.п;

электромембранное оборудование 5-го поколения, адаптированное к
молочной промышленности;

энергосберегающее ультрафильтрационное и обратноосмотическое
оборудование для концентрирования и фракционирования молочной
сыворотки;

гибридные электро- и баромембранные технологии
с учетом
особенностей отечественных предприятий, генерирующих различные
виды молочной сыворотки (кислую, соленую, творожную и др.);

технологии
использования
(минорные
фракции
компонентов
белков,
лактулоза
молочной
и
др.)
сыворотки
в
составе
профилактических и функциональных продуктов.
Выполнение и внедрение проекта по производству функциональных
продуктов на основе молочной сыворотки будет способствовать:

превращению
побочных
продуктов
переработки
молока
в
полноценные продукты функционального питания;

расширению рынка доступных продуктов здорового питания на
основе отечественного сырья и импортозамещению аналогичных
дорогостоящих продуктов до 50%;
11

увеличению объемов потребления биотехнологической продукции;

снижению нагрузки на сектор медицины и социально-экономического
ущерба от заболеваний;

снижению отходов молочной промышленности и расходов на
решение экологических проблем, связанных с их утилизацией;

повышению продовольственной безопасности региона;

повышению рентабельности продукции за счет использования всех
составных частей молока на пищевые цели на 10-15%.
2. Получение кормовых добавок
Проблема обеспечения животных полноценными кормами актуальна
во все времена. Значительный интерес представляет использование в
рационах
отходов
сельскохозяйственного
производства,
в
частности
биологически
полноценные
переработки молока и растительного сырья.
Молочная
сыворотка
содержит
сывороточными белками, лактозу, витамины и минеральные соли молока. По
химическому составу подсырная и творожная сыворотки содержат в среднем
6-6,5% сухих веществ, 4,2-4,5% лактозы, 0,6-0,8% белковых веществ, 0,50,6% минеральных солей, а также витамины А, Е, группы В и другие.
Молочная сыворотка вследствие высокой массовой доли влаги,
молочного сахара, являющегося питательной средой для микрофлоры,
изначальной
кислотности
и
присутствия
остаточной
микрофлоры,
подвержена быстрой порче и должна скармливаться скоту в течение 12
часов. При хранении сыворотки без специальной обработки в течение 2 суток
ее пищевая ценность снижается: содержание лактозы уменьшается на 40%,
белка – на 14%, сухих веществ – на 10%. При этом возрастает кислотность.
Способы концентрирования сыворотки и ее использование в сухом и
сгущенном виде весьма эффективны, однако они требуют значительных
затратами на оборудование и энергоресурсы.
12
Использование жидкой молочной сыворотки нецелесообразно, т. к. в
этом случае усвоение ее основных питательных веществ достигает только
20%.
Запатентован способ получения молочно-растительной кормовой
добавки (RU 2363238, 10.08.2009), предполагающий смешивание свежей
пастеризованной
молочной
сыворотки
с
измельченными
жмыхами
тыквенных культур (влажностью не более 8% и размером частиц до 2 мм),
поваренной солью (в виде порошка) и бишофитом порошкообразным при
массовом
соотношении
1:4,0-4,5:
0,06:0,12.
При
составлении
смеси
используют технологию дробного смешивания. Каждый последующий
компонент добавляют после равномерного распределения предыдущего.
Жмыхи от переработки семян тыквенных культур обогащают
добавку
белком,
растительным
маслом,
клетчаткой,
минеральными
веществами, витаминами и др. Указанные жмыхи в составе белка содержат
значительное количество незаменимых аминокислот, особенно лизина,
недостаток которого ощущается в растительных кормах. Поваренная соль
является вкусовым .компонентом, способствующим поеданию кормов.
Бишофит позволяет обогатить кормовую добавку ценным элементом
магнием, способствующим нормализации обмена веществ. Установлено,
что магний в смеси с витамином В 6 обладает седативным действием.
Использование жмыхов тыквенных культур обусловлено также отсутствием
в их составе вредных антипитательных веществ, характерных для других
жмыхов (горчичный, льняной жмыхи и др.). Хлористый магний и
поваренная соль способствуют также ингибированию развития вредной
микрофлоры (плесени, дрожжевые клетки и т.д.).
Экспериментально
обоснована
возможность
совместимости
предложенных компонентов и высокое качество добавки. Творожная
сыворотка содержит: 0,6-0,8% белка, 0,05-0,1% молочного жира, 4,2-4,5%
лактозы, 0,5-0,7% золы.
13
Содержание основных нутриентов в жмыхах составляет (мас. %): белок
20-32, жир 8-19, клетчатка 20-35, влага 3-8, зола 4-6, Кроме того, они содержат
полиненасыщенные жирные кислоты, витамины, макро- и микроэлементы,
например кальций, натрий, калий, магний, фосфор, селен, витамины Е – до 36
мг%, РР – до 10 мг%, группы В – до 14 мг%. Микроэлемент селен, содержание
которого
в
тыквенном
жмыхе
составляет
1,3-3
мг/кг,
обладает
антиоксидантным действием, особенно в сочетании с витамином Е, и является
стимулятором роста, улучшает способность к воспроизводству, укрепляет
защитные барьеры организма. Жмыхи содержат незаменимые аминокислоты, в
том числе лизин в количестве 0,6-3,28% на абсолютно сухое вещество белка.
Бишофит порошкообразный местного производства содержит не менее
54% хлористого магния и выпускается по ТУ 2152-070-10514645-01. Влажность
добавки не должна превышать 22%, а рН водной вытяжки не менее 4,5.
Новую молочно-растительную кормовую добавку производят по
следующей технологии. В емкость загружают последовательно 7,8 мас. ч.
свежей пастеризованной молочной сыворотки кислотностью 57°Т, 35,2 мас.
ч. измельченного жмыха, 0,5 мас. ч. поваренной соли (порошка) и 1 мас. ч.
бишофита
порошкообразного,
перемешивают
до
однородной
массы,
получают 44,5 мас. ч. продукта, расфасовывают его в тару и используют по
назначению. Массовое соотношение сыворотка : жмых : поваренная соль :
бишофит составляет 1:4,5:0,06:0,12.
Новая молочно-растительная кормовая добавка представляет собой
сыпучую массу зеленоватого цвета и имеет следующий состав, мас. %: влага
21,0, белок 15,0, клетчатка 29,7, жир 4,2. рН водной вытяжки составляет 4,8.
Срок хранения добавки при комнатной температуре – не менее 20 суток.
Качество продукта в процессе хранения практически не изменяется.
Второй вариант рецептуры предусматривает использование дынного
жмыха. В этом случае в емкость загружают 7,8 мас. ч. свежепастеризованной
молочной сыворотки, 31,2 мас. ч. измельченного дынного жмыха, 0,5 мас. ч.
поваренной соли и 1 мас. ч. бишофита порошкообразного, перемешивают до
14
однородной массы, получают 40,5 мас. ч. продукта, которые расфасовывают
в тару и используют по назначению. Массовое соотношение сыворотка :
жмых : поваренная соль : бишофит составляет 1:4,0:0,06:0,12.
Добавка представляет собой массу желто-зеленого цвета следующего
состава, мас. %: влага 22,0, белок 20,0, клетчатка 19,0, жир 7,0. рН водной
вытяжки составляет 4,7. Срок хранения добавки – не менее 15 суток.
Качество продукта в процессе хранения практически не изменяется.
Повышение массовой доли сыворотки приводит к увеличению
влажности и снижению сроков хранения, а повышение массовой доли
поваренной соли и бишофита нецелесообразно ввиду нормирования их доз в
рационах.
Способ получения молочно-растительной кормовой добавки на
основе молочной сыворотки и жмыха семян бахчевых культур подтвержден
патентом №2363238 от 10.08.2009.
Кроме того, известен способ получения белкового концентрата из
молочного сырья, а именно смеси пастеризованной творожной сыворотки и
молочных ополосков, подтвержденный патентом РФ на изобретение
№2425578 от 10.08.2011.
Получена
серия
патентов
на
разработки,
предусматривающие
использование тыквенного (патент №2402230 от 27.10.2010 и №2479214 от
20.04.2013) и тыквенно-расторопшевого жмыхов (патент №2405376 от
10.12.2010) в кормлении сельскохозяйственных животных.
3. Использование горчичного жмыха
для силосования зеленой массы растений
Горчичный жмых является вторичным продуктом переработки семян
горчицы на масло. Организация его переработки решает вопрос его
утилизации и имеет экологический аспект.
15
Предлагаемый консервант-обогатитель для силосования зеленой
массы растений (RU 2425588, 10.08.2011) представляет собой смесь
измельченной серы и горчичного жмыха в количестве 2 г серы и 30 г
горчичного жмыха на 1 кг исходной зеленой массы. В процессе заполнения
силосохранилища на каждый 20-30 см слой измельченной зеленой массы
вносят
консервант
равномерно
распределяя
его
по
всей
площади
силосуемого сырья. Консервант вносят из расчета 30 кг горчичного жмыха и
2 кг серы на 1 т консервируемой зеленой массы. Силосов, полученный с
применением разработанного консерванта-обогатителя, имел зелено-бурый
цвет, умеренно кислый вкус, приятный запах при хорошо сохранившейся
структуре. Использование предлагаемого консерванта-обогатителя позволяет
получить качественный силос, уменьшить расход серы.
Способ использования горчичного жмыха в составе консервантаобогатителя для силосования зеленой массы растений защищен патентом
№2425588 от 10.08.2011.
4. Получение биологически активных добавок к пище
Ввиду достаточно высокой пищевой ценности молочную сыворотку
целесообразно
использовать
в
технологии
проращивания
семян,
применяемой в производстве биологически активных добавок к пище на
основе лекарственного растительного сырья.
Технология
проращивания
семян
с использованием молочной
сыворотки заключается в следующем. Семена промывают, помещают в один
слой между двумя слоями льняной или хлопчатобумажной ткани, хорошо
промоченной в теплой воде, и оставляют при +22 - +24°С. Верхнюю ткань 2
раза в день (утром и вечером) увлажняют молочной сывороткой. Через 3 дня
длина проростков должна составлять 1,0-1,5 см. Семена перебирают,
промывают дистиллированной водой, сушат при температуре 60°С в течение
1,5 часов и, далее, используют по назначению.
16
Разработанная технология проращивания семян тыквы использована
при производстве БАД к пище «Кумелакт» (RU 2363268, 10.08.2009),
расторопши – БАД к пище «Лактусил» (RU 2365292, 27.09.2009), тыквы,
расторопши и нута – БАД к пище «Лактофит» (RU 2400107, 27.09.2010),
«Лактофлэкс» (RU 2370151, 20.10.2009).
Так, технологический процесс производства БАДов «Кумелакт» и
«Лактусил» включает проращивание семян тыквы или расторопши,
соответственно, в среде молочной сыворотки, приготовление медового
экстракта проросших семян тыквы (или расторопши), смешивание экстракта
с лактулозой и яблочной кислотой.
В 100 г БАД к пище «Кумелакт» содержится не менее 19,5 г
полифенолов, 0,0003 г флавоноидов, 0,0016 г токоферола, 18 г лактулозы,
0,25 г яблочной кислоты.
Состав БАД к пище «Лактусил» разработан с учетом суточной
потребности организма в биологически активных веществах, содержащихся в
патентуемой добавке. При употреблении 1 десертной ложки (8 г) БАД 1 раз в
день суточная потребность организма в лактулозе удовлетворяется на 90%;
полифенолах – на 1,8%; флавоноидах – на 1,1%; витамине Е – на 1,3%;
яблочной кислоте – на 4%. Разработанная технология обеспечивает
сохранность биологически активных веществ компонентов в нативном
состоянии, в том числе и таких мобильных, как витамины и ферменты.
БАД к пище «Лактусил» на основе медового экстракта проросших в
среде молочной сыворотки семян расторопши с добавлением яблочной
кислоты и лактулозы является антиоксидантным, иммуностимулирующим,
противовоспалительным,
бактерицидным,
мягко
тонизирующим
и
общеукрепляющим средством, стимулирующим развитие бифидофлоры,
источником для восполнения энергетических затрат организма.
Технология БАД к пище «Лактофит» заключается в получении
медовых экстрактов топинамбура, свеклы, моркови, тыквы, проращенных с
использованием молочной сыворотки семян тыквы, расторопши, нута,
17
смешивании
экстрактов
с
концентратом
лактулозы,
в
котором
предварительно растворена яблочная кислота и добавлении тыквенного и
расторопшевого масел.
В 100 г БАД «Лактофит» содержится не менее 18 г лактулозы, 0,25 г
яблочной кислоты, 86 мг инулина, 15,1 мг полифенолов, 1,1 мг флаваноидов,
0,8 мг витамина Е, 0,4 мг гидроксикоричных кислот, 0,02 мг каротина и
каротиноидов.
Технология БАД к пище «Лактофлекс» отличается получением медовых
экстрактов календулы, одуванчика, мяты, солодки, проращенных на молочной
сыворотке семян тыквы, нута, расторопши, смешивании экстрактов с
концентратом лактулозы, в котором предварительно растворена янтарная
кислота.
В 100 г БАД к пище «Лактофлэкс» содержится не менее 18 г
лактулозы, 0,3 г янтарной кислоты, 86 мг инулина, 17,14 мг полифенолов,
1,26 мг флавоноидов, 0,8 мг витамина Е, 0,85 мг гидроксикоричных кислот.
Новизна технических решений в области получения биологически
активных
добавок
к
пище
«Кумелакт»,
«Лактусил»,
«Лактофит»,
«Лактофлекс» подтверждена серией патентов: №2363268 от 10.08.2009,
№2365292 от 27.09.2009, №2400107 от 27.09.2010, №2370151, 20.10.2009.
5. Способ получения мягкого сыра
Одним из направлений переработки молочной сыворотки является ее
использование в технологии мягких сыров, производимых способом
термокислотного свертывания.
Разработан способ получения мягкого сыра (RU 2476074, 27.02.2013)
предусматривающий пастеризацию молока при температуре 93-95ºС,
коагуляцию белков кислой молочной сывороткой с кислотностью 85-150ºТ,
нагревание полученной смеси до температуры 90-93ºС в течение коагуляции,
удаление сыворотки, самопрессование, введение обогащающего наполнителя
18
– масла расторопши, нагретого до температуры 35±3ºС, и шрота расторопши,
подвергнутого тепловой обработке паром с температурой 170-180ºС,
формование, посолку, охлаждение. Доля сыворотки в смеси составляет 1015%.
Нагревание в течение коагуляции проводится для более полного
извлечения
сывороточных
способствует
белков.
равномерному
Нагревание
распределению
масла
вводимых
расторопши
компонентов.
Обработка шрота расторопши паром обеспечивает микробиологическую
чистоту мягкого сыра.
Повышение пищевой ценности достигается за счет витаминов,
минеральных элементов и полиненасыщенных жирных кислот, входящих в
состав шрота и масла расторопши; повышение биологической ценности
мягкого сыра достигается более полным извлечением сывороточных белков
за счет проведения коагуляции при температуре 90-93ºС. Увеличение срока
хранения
мягкого
сыра
достигается
за
счет
введения
природного
антиоксиданта, входящего в состав расторопши. Регуляция жирнокислотного
состава за счет богатого ненасыщенными жирными кислотами масла
расторопши.
В качестве обогащающего наполнителя в композицию мягкого сыра
введен шрот расторопши – вторичный продукт переработки семян
расторопши пятнистой на масло и, непосредственно масло, которые в
совокупности являются источником целого ряда незаменимых питательных
веществ. Масло расторопши нерафинированное и недезодорированное
полученное по витаминно-сохраняющей технологии методом холодного
отжима имеет характерный цвет, свойственный растительному маслу и
приятный запах.
Введение шрота и масла расторопши в рецептуру позволяет повысить
пищевую ценность мягкого сыра за счет:

повышения
содержания
в
аминокислотному составу белков;
19
сыре
сбалансированных
по

регуляции жирнокислотного состава мягкого сыра с одновременным
значительным
увеличением
долевого
участия
фракции
полиненасыщенных жирных кислот;

повышения витаминного состава мягкого сыра;

улучшения органолептических свойств мягкого сыра приятными
пряными оттенками во вкусе и запахе.
Срок годности полученного мягкого сыра при температуре хранения
0-6°С и влажности 80-85% составляет 20 суток, а срок годности мягкого сыра
по ГОСТу при аналогичных условиях составляет 10 суток.
Представленный способ получения мягкого сыра подтвержден
патентом №2476074 от 27.02.2013.
6. Биотехнология натуральных биокорректоров пищи
с заданными функциональными свойствами
на основе микробной биомассы
Современная концепция здорового питания предполагает повышение
биологической полноценности продуктов питания путем введения натуральных
биокорректоров пищи – источников жизненно важных биологически активных
веществ. Микробная биомасса является полноценным источником белковых
веществ, аминокислотный скор которых приближается к животному белку,
особенно по содержанию лизина. Кроме того, наличие витаминов, ценных
полисахаридов и микроэлементов позволяет рассматривать микроорганизмы, как
перспективные
субстраты
для
получения
пищевых
добавок
с
биокоррегирующими свойствами. Для эффективного использования дрожжевой
биомассы, полноценного усвоения микробного белка, полисахаридов и др.,
необходимо разрушить высокомолекулярные полимеры и перевести их в
легкоусвояемые формы.
Основным этапом при получении биологически активных добавок
на основе микробной биомассы является проведение направленной
ферментативной деструкции субклеточных структур. Однако клеточные
20
стенки
микроорганизмов
отличаются
исключительно
высокой
механической прочностью. Поэтому ключевым моментом в подготовке
микробной биомассы остается процесс дезинтеграции
клетки, т.е.
нарушения ее анатомической целостности. Этот процесс является важной
стадией производства ценных биологически активных веществ, которые
выделяют
из
подобранные
клетки
после
мультиэнзимная
деструкции
система,
ее
стенки.
условия
Рационально
биокатализа
и
микроорганизм как исходный субстрат позволят проводить направленный
гидролиз высокомолекулярных полимеров микробной биомассы для
получения биологически активных добавок с заданными свойствами.
Разработка имеет своей целью создание функциональных продуктов
целевого назначения на основе ферментолизатов дрожжевой биомассы.
Для
достижения
поставленной
цели
необходимо
определить
параметры баротермического воздействия для выделения белковых веществ
в технологии пищевого белка. На основе анализа биохимических показателей
после ферментативного гидролиза дрожжевых суспензий, обработанных в
реакторе высокого давления, были выбраны наиболее эффективные
баротермические
режимы
предподготовки
дрожжей,
обеспечивающие
максимальный выход белковых веществ из клетки: температура в реакторе
50
50
40
40
30
20
10
0
термолиз
95С
25Р
25С
50Р
50С
75Р
общий белок, мг/мл
общий белок, мг/мл
50°С, давление 5 Мпа, длительность обработки – 30 мин. (рисунок 1).
30
20
10
0
термолиз
95С
100С
а) длительность обработки 30 минут
25Р
25С
50Р
50С
75Р
100С
б) длительность обработки 90 минут
Рисунок 1 – Влияние высокого давления и температуры
на степень деструкции полимеров клетки
21
Сравнительные исследования динамики процесса ферментативной деструкции полимеров клеточных стенок (КС) дрожжей под действием экзогенных
ферментов показали, что в течение 6 ч происходит максимальный выход растворимых белковых веществ из клеток, обработанных предварительно в
реакторе высокого давления при оптимальном режиме: 50°С, давление 5 МПа,
30 мин. (Рисунок 2). При этом уровень накопления растворимых белковых
веществ в дрожжевой суспензии превышал на 39% показатели контрольного
варианта, в котором дрожжи были предварительно подвергнуты термолизу.
Процесс автолитической деструкции дрожжевой биомассы был не эффективен
в связи с возможной инактивацией ферментов клетки.
Концентрация белковых веществ,
мг/см3
50
40
30
20
10
Длительность ферментолиза
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
реактор+автолиз
реактор+ГкС+ПС
термолиз+ГкС+ПС
Рисунок 2 – Динамика извлечения белковых веществ протоплазмы
в процессе деструкции полимеров клеточной стенки дрожжей
Апробация подобранной ферментативной системы и условий
обработки
была
проведена
в
целях
биокаталитической
деструкции
субклеточных структур дрожжевой биомассы Saccharomyces cerevisiaе и
получения образцов ферментолизатов с различной степенью конверсии
внутриклеточных полимеров.
Полученные ферментолизаты различались по биохимическому и
фракционному составу. В препарате-I белки дрожжевой протоплазмы были
подвергнуты частичному гидролизу до пептидов с различной молекулярной
массой (ММ), при этом 70% составляли пептиды с ММ 700-1500 Д,
содержанием аминного азота – 220 мг%. Препарат-II отличался большей
22
степенью ферментолиза и, как следствие, имел более высокое содержание
(60%) низкомолекулярных пептидов с ММ 300-700 Д, и более низким –
свободных аминокислот, – 10% от общей массы белковых веществ.
Препарат-III характеризовался наиболее высокой степенью деполимеризации
белковых веществ клетки и содержал 90,9% свободных аминокислот и
низкомолекулярных пептидов с ММ менее 300 Д, 890 мг% аминного азота,
что в 1,8 раза превышало показатель препарата-II.
Препараты различались и по функциональным свойствам. Медикобиологические исследования показали, что препарат-I перспективен для
использования как легкоусвояемый белково-аминокислотный обогатитель
пищи, препараты II и III – в лечебно-профилактическом питании. В
частности, препарат II может быть использован в качестве специфического
антиоксиданта
в
комплексной
терапии
патологий,
связанных
с
генерализованным оксидативным стрессом, а также как регулятор Сазависимых процессов в стволовых клетках при иммунодепрессивных
патологиях. Препарат-III может быть включен в рацион онкологических
больных, т.к. проявляет селективную цитотоксичность по отношению к
различным типам перевиваемых опухолей, вызывая активацию каспазы-3 в
опухолевых клетках. Таким образом, подобранные ферментативные системы
и условия биокатализа дрожжевой клетки, позволяют получить биологически
активные добавки с заданными составом и функциональными свойствами.
Данное направление весьма перспективно, поскольку позволяет получить
широкий
спектр
биологически
активных
ферментолизатов
путем
варьирования мультиэнзимных систем, условий биокатализа и исходного
микробиологического субстрата.
В подтверждение новизны представленной разработки получен патент
№2409218 от 20.01.2011 на способ использования дрожжевого гидролизата
«Протамин» в кормлении кур яичных кроссов, позволяющий повысить
продуктивность и качество получаемой продукции, а именно увеличить
яйценоскость,
оплодотворяемость
и
23
выводимость
яиц,
сохранность
поголовья,
жизнеспособность
молодняка,
и
расширить
ассортимент
биологически активных добавок.
7. Очистка нерафинированных растительных масел
Современные способы очистки растительных масел, обработки
злаковых и бобовых культур малоэффективны.
Существующие технологии очистки нерафинированных растительных
масел не дают возможности получения качественных, чистых масел, что
является причиной их подверженности активному автоокислению и порче.
Рафинированные растительные масла имеют более высокую степень
очистки, при которой удаляются кислотные составляющие (кислотное,
анизидиновое, фосфорное, перекисное числа). Однако при экстрагировании
выводится
большая
органолептические
часть
незаменимых
показатели
(вкус,
жирных
цвет,
кислот,
запах),
ухудшаются
удаляются
и
жирорастворимые витамины А, Д, К, Е, выполняющие роль поставщиков
энергии в организме человека. В результате пищевая ценность рафинированных
масел снижается.
Нерафинированные
растительные
масла
обладают
рядом
преимуществ, главным из которых является повышенная питательная
ценность. Но, в то же время, они подвержены достаточно интенсивной порче.
Уже на стадии передачи в потребительскую сеть они характеризуются
вкусовыми, запаховыми, цветными несоответствиями, высоким содержанием
первичных продуктов окисления. Поэтому насущной проблемой является
процесс удаления из масел твердых составляющих, образуемых при
переработке и негативно воздействующих на органолептические и физикомеханические характеристики масла, а также уменьшение кислотных
составляющих
(кислотного,
перекисного,
анизидинового,
цветного
и
фосфорных чисел), способствующих окислительному процессу и порче
масла при производстве и хранении.
24
Ведутся
разработки
технологий
и
технических
средств
для
переработки масличных, злаковых и бобовых культур с применением
ультрананофильтрационных и обрабатывающих систем, обеспечивающих
повышение питательной ценности, удлинение срока хранения, усиление
вкуса и аромата продукта, а также уменьшение потерь в отходы и затрат при
переработке.
Технология ультрананофильтрационной очистки растительных масел,
предусматривает вибрационную обработку масла при частоте вибрации 15 с-1
с амплитудой виброперемещений 1 мм. Адсорбционную колонку заполняют
природным адсорбентом в количестве, составляющем 15% от массы
очищаемого продукта, а ультразвуковые колебания имеют мощность 0,05
кВт и плотность мощности 2,5 Вт/см2. В качестве сорбента предлагается
использовать доломит и опоку. Данная технология позволяет производить
очистку нерафинированных растительных масел, уменьшать кислотные
составляющие и проводить регенерацию масел.
Представленный способ очистки позволит удлинить срок хранения,
усилить вкус и аромат масла, а также уменьшить затраты при переработке.
Для осуществления очистки масел по представленной технологии
разработана
установка,
опытно-конструкторская
позволяющая
нерафинированных
масел,
проводить
а
адсорбционно-ультразвуковая
полную
именно,
их
регенерацию
свойств
физико-химических
и
органолептических показателей.
В числе достоинств представленной технологии следует отметить
значительное сокращение кислотных составляющих: перекисное число
снижается на 38%, анизидиновое на 32%, цветное число на 53,4%, что
позволяет удлинить сроки возникновения свободных радикальных реакций,
уменьшить процесс окисления при хранении и повысить питательную
ценность масла. Экономическая эффективность может составить 70%.
Имеющиеся
в
данном
направлении
наработки
подтверждены
патентами №81198 от 10.03.2009 на установку для очистки фритюрного жира
25
и №2473674 от 27.01.2013 на способ очистки фритюрного жира и могут быть
использованы в кондитерском производстве.
8. Подготовка злаковых культур к помолу
Технологический процесс подготовки зерна к помолу достаточно
сложный, требует большого количества технологического оборудования и
занимает продолжительное время. Современные способы очистки и
отволаживания зерна злаковых культур основаны на применении не менее 17
машин и бункеров для отволаживания, в которых зерно находится в течение
12-48 часов, что экономически неэффективно и возможно лишь для крупных
производств.
Поэтому появилась необходимость создания новой технологии и
оборудования,
способных
заменить
или
значительно
упростить
существующий комплекс подготовки зерна к помолу, заключающийся в
операциях очистки, мойки, обеззараживания и отволаживания зерна.
Предлагаемая технология и установка предусматривает очистку,
мойку, обеззараживание и частичного отделения плодовой оболочки зерна
с интенсификацией процесса отволаживания.
Научная новизна технологии (RU 2405629, 10.12.2010) заключается
в том, что улажнение, очистку, мойку, обеззараживание, отделение
оболочки проводят в ультразвуком поле одновременно в ламинарном
потоке воды в течение 15 с перед отволаживанием. При этом плотность
мощности акустической кавитации, создаваемой источником ультразвука,
устанавливают равной не менее 3 Вт/см 2, а окончательное отволаживание
производят в течение от 1-2,5 ч.
В одной установке объединены операции мойки, очистки зерна от
загрязнений, частичного отделения плодовой оболочки, обеззараживания
зерна. Данная технология позволяет сократить время отволаживания зерна с
12-48 часов до 1-2,5 часов. Предлагаемая технология позволяет заместить до
26
6 операций технологического процесса, и сократить время подготовки зерна
к помолу более чем в 5 раз.
Представленная научная разработка позволит уменьшить потери при
переработке зерна, сократить время отволаживания и уменьшить количество
подготовительных
операций.
Опытно-конструкторская
установка
для
подготовки зерна к помолу в ультразвуковом поле позволяет уменьшить
энергозатраты для подготовки зерна к помолу до 70%, путем совмещения
операций
и
замещения
ряда
машин
в
технологическом
процессе,
обеспечивает экономию производственных площадей.
Экономическая эффективность представленной технологии может
достигать 50%.
Представленный способ обработки зерна при его подготовке к помолу
подтвержден патентом на изобретение № 2405629 от 10.12.2010.
9. Технология переработки сои
В процессе пищеварения белки подвергаются последовательному
ферментативному гидролизу, распадаются на аминокислоты и всасываются в
кровь. Содержащиеся в зерне сои ингибиторы обладают способностью
необратимо
подавлять
активность
ферментов,
создавая
устойчивое
препятствие к усвоению белка, что приводит к ухудшению переваривания
сои в организме человека или животного.
Современные способы переработки сои основаны на действии
высоких температур, позволяющих нейтрализовать содержащиеся в зерне
культуры
вещества
антипитательной
направленности.
Существующие
методы характеризуются низкими технико-экономическими показателями,
легко вызывают перегрев зерновой массы, порчу и снижение биологической
ценности белка.
27
Целью
разработки
является
создание
технологии
удаления
ингибиторов из зерна сои, исключающей снижение пищевой ценности
белков.
В качестве пути решения сложившейся проблемы предлагается
технология, сущность которой заключается в том, что соя подвергается
дополнительной акустической обработке от 2 ультразвуковых излучателей
мощностью 1,6 кВт, создающих плотность акустической кавитации не менее
4 Вт/см2 в течение 10 мин.
Такая технология позволит повысить перевариваемость сои за счет
удаления ингибиторов, улучшает санитарные характеристики зерна за счет
устранения загрязнений и уничтожения патогенной микрофлоры и
вредителей. Зерно сои, обработанное по данной технологии, может быть
использовано для получения биокорректоров в пищевой промышленности
и
в
кормопроизводстве.
Экономическая
эффективность
технологии
достигает 50%.
Устройство для температурно-ультразвуковой обработки зерна
защищено патентом на полезную модель №115165 от 27. 04.2012. Кроме
того, подана заявка на более совершенную опытно-конструкторскую
установку
для
проведения
биотехнологической
обработки
сои
в
ультразвуковом поле.
10. Получение кормового белка
В целях восполнения недостатка переваримого протеина в рационах
кормления животных необходима разработка новых высокоценных белковых
биологически
активных
кормовых
добавок
из
интрадуцированных
лекарственных и кормовых растений.
Перспективным направлением в решении указанной проблемы
28аствется использование растений амаранта, расторопши пятнистой, вайды,
эхиноцеи, льна масличного, содержащих комплекс высокоценных белков и
незаменимых
аминокислот,
полиненасыщенные
28
жирные
кислоты,
жирорастворимые витамины и флаволигнаны, для производства кормовых
добавок в виде жмыха, шрота, гранул, травяной муки, зеленой массы, силоса
и соломы.
Получены патенты и авторские свидетельства на районированные в
Поволжье сорта расторопши пятнистой, вайды, амаранта, прутняка,
гулявника, технологии выращивания и уборки расторопши в Поволжье.
Использование кормовых добавок, произведенных из перечисленных
видов
растительного
сырья,
обеспечивает
нормализацию
белкового,
углеводного, липидного и минерального обмена веществ, усиливает защиту
организма от токсикологических и радиационных поражений, повышает
уровень переваримости кормов, способствует увеличению надоев молока и
повышению интенсивности роста молодняка, откармливаемого на мясо, на
10-15%
по
сравнению
с
использованием
традиционных
кормов.
Экономический эффект на одну голову у лактирующих коров достигает 1500
рублей, у молодняка на откорме – 500 руб. чистой прибыли.
11. Технология электрообработки молока
Одной из основных задач молочной промышленности является
разработка методов и технологий обработки молока для обеспечения
стабильности его свойств и сроков хранения.
Коровье молоко занимает важное место в питании человека как
источник белков, жира, макро- и микроэлементов и витаминов.
В последние годы в Волгоградской области
несколько возросло
производство сырого молока и молочных продуктов. В 2012 г. в
Волгоградской области было произведено 479,5 тыс. тонн молока. Качество
молока
остается
актуальной
проблемой
для
молочных
заводов
и
производителей всех форм собственности. Анализ применяемой технологии
в ряде случаев не отвечает
требованиям сегодняшнего
29
дня из-за
изношенности оборудования производства молока. Необходимы новые
технологии обработки молока.
Молоко достаточно чувствительный к условиям и срокам хранения
продукт. После получения молока необходимо обеспечить сохранение его
нативных свойств, минимальное обсеменение его микрофлорой. После
доения
и первичной очистки молоко должно быть охлаждено до
температуры 4±2ºС в целях замедления сбраживания. При этом охлажденное
молоко должно храниться не более 24 часов. За время перевозки к месту
переработки его температура должна быть не более 10ºС.
Повышение кислотности молока выше 21ºС делает невозможной его
дальнейшую переработку.
Раскисление – наиболее часто встречающийся вид фальсификации,
особенно в летнее время. Для раскисления и предотвращения роста
кислотности применяют щелочные препараты – гидроксиды калия и натрия,
бикарбонат натрия, гидрофосфаты натрия.
К альтернативным методам сохранения качества молока можно
отнести
электрохимическую
обработку
(электрообработку),
иногда
называемую электроактивацией.
Разработаны технологии и способы коагуляции и свертывания казеина
под действием постоянного электрического тока в анодном пространстве
диафрагменного электролизера. Обрат обрабатывается в анодной камере
электролизера при изолектрической точке коагуляции
белков, либо
обработку обрата молока проводят анолитом активированной воды,
количество анолита составляет 0,4-0,65 количества обрата, с последующей
промывкой
казеина
активированной
водой
заданной
кислотности
и
инактивацией микрофлоры, а нейтрализованная сыворотка дополнительно
очищается в электроактиваторе.
Способ свертывания молока осуществляется при помещении молока в
анодное пространство электролизера и обработке при плотности постоянного
электрического тока 0,05-0,3А/см2 с использованием платинового анода.
30
Одновременно в катодное пространство заливается электролит, при этом
анодное пространство отделено от катодного диафрагмой, в качестве которой
используется керамический стакан или целлофан, натянутый на поверхность
перфорированной полиэтиленовой трубки. В качестве катода используется
железо, графит, в качестве анода – платиновый электрод. В катодное
пространство заливается 20%-ный раствор сернокислого натрия или
углекислого натрия, в анодное пространство пастеризованное или сырое
молоко в количестве 300 мл. В анодное пространство опускается
вертикально
платиновый
электрод
и
пропускается
постоянный
электрический ток. В диапазоне анодных плотностей тока 500-3000 А/м2
(0,05-0,3 А/см2) происходит свертывание молока с образованием плотного
сгустка молочного вкуса и запаха подобного творогу, получаемому
кислотно-сычужным
способом. Время свертывания 5-16 мин. Для
ускорения времени образования сгустка процесс свертывания молока
осуществляют при слабом помешивании его с помощью магнитной
мешалки. Показатели процесса свертывания молока данным способом
представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Показатели процесса свертывания молока
Плотность тока
А/м2
молока
конечного
продукта
рН молока
рН конечного
продукта
Характеристика продукта
Творог
500
16
7
16
22
6,8
4,6
3000
5
30
16
40
6,8
4,8
Нежная консистенция,
слабокислый вкус,
кисломолочный запах
-
Время
свертывания
молока, мин.
Напряжение,
В
Конечный
продукт
Температура, ºС
Предлагаемый способ свертывания молока позволяет ускорить
процесс свертывания по сравнению в 50 раз и исключить использование
дорогостоящего сычужного ферментного препарата, упростить процесс за
31
счет исключения операций введения хлористого кальция, поддержания
определенной температуры и рН молока.
Разработаны технологии электрообработки молока для снижения
кислотности и повышения его сроков хранения при стабилизации
качественных показателей. Эти технологии рассматриваются также для
консервирования и активации молока.
Установка для раскисления молока включает как минимум одну
диафрагменную электрохимическую ячейку, выполненную вертикальной,
цилиндрической,
с цилиндрическим анодом и
установленными
коаксиально.
стержневым
Диафрагма
катодом,
выполнена
из
ультрафильтрационной керамики на основе оксидов циркония и установлена
таким образом, что соотношение объемов анодной и катодной камер
составляет 0,7-0,8:1. Приспособления для ввода и вывода молока и
электролита (в анодной камере) выполнены в виде штуцеров в нижней и
верхней частях камер и соединенных с линиями подачи и отвода воды и
молока). Установка содержит емкость для солевого раствора, дозатор,
регулятор расхода и выпрямитель. В катодную камеру подают молоко, в
анодную – раствор хлорида натрия 1-2 г/л. Использование в качестве
электролита NaCl позволяет снизить затраты энергии за счет увеличения
электропроводности электролита, снизить кислотность молока.
Для
раскисления
молока
также
используются
установки
с
диафратменным электролизером с циркуляцией молока и электролита.
Молоко с повышенной кислотностью поступает в катодные камеры,
давление в которых на 0,5-1,0 кг/см2 больше, чем в анодных, через которые
протекает электролит.
В качестве электролита используется вода, но лучше – водный
раствор хлорида натрия. Параметры системы при электрохимической
активации (ЭХА) молока показаны в таблице 2.
Таблица 2 – Параметры ЭХА молока (электролит – вода)
Параметры ЭХА
Параметры молока
32
напряжение,
В
сила тока,
А
кислотность,
ºТ
массовая
доля жира, %
–
1
2
3
4
5
8
–
0,02
0,05
0,1
0,2
0,5
1,2
22
22
22
21
20
19
17
3,3
3,3
3,3
3,3
3,2
3,2
3,1
массовая
доля белка,
%
2,8
2,8
2,8
2,8
2,65
2,5
2,4
плотность,
кг/м3
1030
1030
1030
1030
1028
1028
1027
При использовании напряжения 1-2 В кислотность молока не меняется.
При напряжении 3 В кислотность меняется незначительно (на 1°Т). При
увеличении напряжения выше 4 В изменяются органолептические параметры
молока, вкус становится пресным, консистенция – водянистой, цвет – слегка
голубоватый.
Проведенные микробиологические исследования позволили установить,
что во время электрообработки молока происходит эффективная очистка его от
клеточных компонентов (лейкоцитов, эпителиальных клеток, эритроцитов) и
микроорганизмов, которые попадают от коров с субклинической формой мастита.
На втором этапе с использованием в качестве электролитов растворов
NaCl и NaHCO3 показано, что титруемая кислотность снижалась на 4-9ºТ
Например, при напряжении 6 В, силе тока 1,7-3,0 А, концентрации NaCl 0,21% кислотность молока снижалась с 23 до 18ºТ. При пропускании
электролита – водного раствора NaHCO3 концентрацией до 1%, - в молоке
обнаружено наличие ионов НCO3-. После обработки с раствором NaCl
органолептические показатели молока улучшились.
Результаты эксперимента показали целесообразность и перспективу
применения активации молока с целью регулирования его кислотности без
изменения состава.
На основе проведенной работы разработаны рецептуры молочных
напитков с использованием соков.
При ЭХА в катодной и анодной камере при использовании
соответственно молока и питьевой воды (либо раствора NaHCO3) протекают
следующие процессы:
33
на катоде: 2H2O +2e→H2 + 2ОНна аноде: 2H2O – 4e→4H+ + O2
В катодной камере происходит подщелачивание, в анодной камере –
подкисление жидкостей, и соответственно выделение газов – водорода и
кислорода. Технология электрообработка молока имеет ряд достоинств:
простота, удобство и возможность использования в хозяйствах с небольшим
дойным стадом.
Молоко, благодаря наличию разнополярных заряженных частиц,
прежде всего ионов, обладает определенной электропроводимостью. Молоко
подвергали электрообработке с помощью постоянного электрического тока
на лабораторной установке небольшой производительности, состоящей из
двух электродов (катод – пластина из нержавеющей стали, анод –
графитовый стержень), подключенной к источнику тока. С целью
предотвращения попадания электролита в молоко анод помещали в пористый
керамический сосуд, электролизом служил 10%-ный раствор сульфата калия.
Во время обработки молока сила тока постоянно снижалась, что
говорит
об
уменьшении
электропроводимости
молока
в
процессе
электролиза. Время обработки находилось в прямой зависимости от силы
тока. Чем больше сила тока, тем меньше времени нужно для обработки
молока. Например, при силе тока 0,3 А рН изменяется от 6,57 до 8,3 за 9
минут, при этом улучшаются органолептические показатели молока,
исчезают посторонние запахи и привкусы, свойственные несвежему молоку.
В молоке, обработанном электролизом, не только снижается кислотность, но
и значительно уменьшается количество бактерий с 3-4 млн./см3 (в контроле)
до 10 тыс./ см3 в опыте. Термоустойчивость обработанного молока
увеличивается: группа устойчивости по алкогольной пробе изменяется до I.
Для исследования качества обработанного молока его заквашивании
термофильными стрептококком.
В опытном молоке закваска развивается лучше, о чем свидетельствует
более интенсивное нарастание кислотности. Слабый сгусток образуется в
34
опытном молоке на 40 минут раньше. Готовый творог из опытного молока
имеет более низкую влажность и более высокое содержание сухого вещества.
При хранении молока в нем развивается микрофлора, сбраживающая лактозу
с
выделением
молочной
кислоты.
Повышение
кислотности
молока
затрудняет или делает невозможным его пастеризацию и дополнительную
обработку.
Электрообработка молока позволяет снизить его кислотности за счет
удаления
из
молока
ионов
водорода,
улучшить
органолептические
показатели молока и его биологические свойства.
В результате развития молочнокислых бактерий, сбраживающих
молочный сахар в молочную кислоту, в молоке повышается кислотность. Для
продления срока хранения молока его обычно охлаждают или пастеризуют.
Альтернативой данному процессу являются современные разработки по ЭХА
водных растворов, в частности, раскислению молока. Суть их состоит в том,
что обработка молока в электроактиваторе позволяет поднять рН молока до
требуемого уровня, и таким образом, восстановить уровень кислотности.
Кислотность молока по шкале Тернера при этом может находиться в
требуемых пределах. При этом возрастает термоустойчивость молока.
Разработана
конструкция
бездиафрагменного
электролизера.
Особенностью схемы электролизера является применение в ней одинаковых
по форме (симметричных) и нерастворимых графитовых электродов с
источником
постоянного
тока
с
периодической
автоматической
переполюсацией. Электролизер вертикального типа с подачей молока снизу и
отвода сверху. Обработка может идти в замкнутой схеме или со сливом в
открытую
емкость.
Размеры
электродов
и
размер
зоны
активации
устанавливаются применительно к требуемой марки электролизера, согласно
расчетам. Электроактивация ведется на бездиафрагменном электролизере с
графитовыми электродами с расходом молока 300 л/ч. Напряжение
постоянного тока 24В, сила тока 15А, кислотность исходного молока 17,5ºТ,
35
окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) +220мВ, температура
26ºС. Показатели электрообработки молока представлены в таблице 3.
Таблица 3 – Физико-химические и технологические свойства молока
Физико-химические показатели молока
Кислотность, ºТ
Термоустойчивость по алкогольной пробе, % спирта
Плотность, кг/м3
Массовая доля жира, %
Массовая доля белка, %
Массовая доля углеводов, %
Окислительно-восстановительный потенциал, мВ
Исходное
молоко
17,5
68
1029
3,5
3,4
4,8
7220
Активированное
молоко
16,5
75
1029
3,5
3,4
4,8-4,85
-350
На выходе из электролизера молоко имеет кислотность на 1ºТ ниже.
Термостойкость молока возрастает. Плотность, массовая доля жира, белков и
углеводов не изменяется.
Органолептически отмечается повышение сладости, что объясняется
частичной изомеризацией лактозы в лактулозу (в катодной зоне) и распад на
глюкозу и галакозу с более сладким вкусом (в анодной зоне).
Но самое важное – ОВП обработанного молока меняется с
положительного на отрицательный (от +220 до -350мВ). Это обстоятельство
позволяет констатировать факт получения безмембранной электроактивации
продукта, т.е. активированного молочного продукта, оставаясь неизменным
по стандартным показателям качества (плотности, жирности, содержание
белка). Продукт приобретает повышенные свойства физиологической
активности для организма человека и млекопитающих животных, которые
находятся в пределах ОВП от -150 до -350мВ по литературным данным. Это
свойство делает активированное молоко легкоусвояемым.
Обобщение результатов исследований процессов электрообработки
молока, влияние их на его качественные показатели и хранимоспособность
показало, что повышение качества, упрощение технологий и аппаратурного
оформления
возможно
достичь
при
36
применении
электрохимических
установок известного типа, в том числе электролизеров постоянно тока
известных конструкций и материалов.
Электрообработка позволяет ускорить процесс свертывания молока в
производстве сыра и творога, снизить титруемую кислотность молока на 12ºТ, стабилизировать содержание составных частей молока, обеспечить
новое качество, например, ОВП, упростить технологии и аппаратурное
оформление процессов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Реализация рекомендаций направлена на развитие и внедрение
энергосберегающих технологий в сельскохозяйственное производство на
территории Волгоградской области.
Использование биотехнологий в сельском хозяйстве ориентировано
на стабильное развитие сельскохозяйственного производства, решение
проблемы продовольственной безопасности, получение высококачественных,
экологически
чистых
продуктов
питания,
переработку
отходов
сельскохозяйственного производства.
В рекомендациях наиболее приоритетными являются следующие
направления:
– развитие биотехнологий в животноводстве и кормопроизводстве;
–
развитие
биотехнологий
в
пищевой
и
перерабатывающей
промышленности.
В целях дальнейшего совершенствования биотехнологий необходимо
привлечь следующие перерабатывающие предприятия: ОАО «Еланский»
маслосыркомбинат;
ОАО
«Маслодельный-сыродельный
37
комбинат
«Михайловский»; ООО «Сарепта»; ООО «Пивовар»; ООО «Новоанненский
элеватор».
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Бекер М.Е., Лиепиньш Г.К., Райпулис Е.П. Биотехнология. – М.:
Агропромиздат, 1990. – 334 с.
2. Биотехнология. Принципы и применение: Пер. с англ. / Под ред. И.
Хиггинса, Д. Беста, Дж. Джонса. – М.: Мир, 1988. – 480 с.
3. Биотехнология микробных ферментов / Под ред. А.Г. Лобанка, Н.И.
Астаповича, Р.В. Михайлова и др. – Минск: Наука и техника, 1989. – 204
с.
4. Биотехнология в животноводстве / В.Ф. Красота, Б.П. Затеряев, Е.К.
Меркурьева, А.К. Никитин. М.: Колос, 1994. – 127 с.
5. Голубев В.Н., Жиганов И.Н. Пищевая биотехнология. – М.: Делипринт,
2001.– 123 с.
6. Грачева И.М., Кривова А.Ю. Технология ферментных препаратов. - М.:
Агропромиздат, 1987. – 335 с.
7. Кислухина О., Кюдулас И. Биотехнологические основы переработки
растительного сырья. – Каунас: Технология, 1997. – 183 с.
8. Рогов И.А., Антипова Л.В., Шуваева Г.П. Пищевая биотехнология: В 4
38
кн. Кн. 1 Основы пищевой биотехнологии. – М.: Колос, 2004. – 440 с.
9. Сельскохозяйственная биотехнология / Под ред. В.С. Шевелухи. – М.:
Высшая школа, 1998. – 416 с.
10. Сельскохозяйственная биотехнология: Учеб. / В.С. Шевелуха, с. 29 Е.А.
Калашникова, Е.С. Воронин и др. / Под ред. В.С. Шевелухи. 2-е изд.
перераб. и допол. – М.: Высшая школа, 2003. – 469 с.
11. Синицын
А.П.,
Райнина
Е.И.,
Лозинский
В.И.,
Спасов
С.Д.
Иммобилизованные клетки микроорганизмов. – М.: Изд-во МГУ, 1994. –
288 с.
39
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа