Молочный сахар

Молочный сахар (лактоза) - уникальный углевод животного происхождения, который выполняет в организме человека энергетические, структурно-пластические и другие важные физиологические функции. Поэтому потребителями лактозы как продукта являются фармакопейная, медицинская, микробиологическая, биохимическая и пищевая промышленность. В соответствии с потребностями промышленности производят десять видов и сортов молочного сахара по отраслевому стандарту «Молочный сахар». Для медицинских целей производят фармакопейный и рафинированный молочный сахар; для пищевых продуктов - пищевой молочный сахар; для технических целей, а также ферментации и рафинации - сахар-сырец (по стандарту Международной молочной федерации (ММФ) он называется технической лактозой). В качестве промышленного полуфабриката производят кристаллизат молочного сахара.

Общая технологическая схема производства молочного сахара различных кондиций представлена на рисунке 2. Производство молочного сахара в аппаратурном оформлении представлено на рисунке3.

Молочный сахар-сырец выпускается нескольких видов в зависимости от содержания лактозы, воды и азотистых соединений: улучшенный, высшего и первого сорта. Средний состав молочного сахара-сырца, %: массовая доля воды - 2,0-3,0; золы - 1,5-3,0; азотистых соединений - 1,0-3,0; лактозы - 95,5 (сахар-сырец улучшенный) и 93,1 (высшего сорта) и 90,0% (сахар-сырец первого сорта).

Технологический процесс производства молочного сахара-сырца заключается в следующем.

Приемка и оценка качества сырья.

Промежуточное резервирование сырья при 10 °С. В этом случае проводят предварительную пастеризацию.

Очистка от молочного жира и казеиновой пыли на сепараторах, в частности используют саморазгружающийся сепаратор марки А1-ОХС. В результате сепарирования из сыворотки выделяют казеиновую пыль в виде белковой массы с влажностью 80-85% и подсырные сливки. Белковая масса может использоваться в производстве плавленого сыра, творожных изделий и других белковых продуктов, а сливки - в производстве масла.

Тепловая обработка очищенной сыворотки проводится с целью для выделения сывороточных белков. Используется тепловой метод коагуляции, при котором сыворотку нагревают до 90-95 °С. Если в качестве сырья для получения лактозы используется подсырная сыворотка, то ее подкисляют до 30-35 °Т, а если творожная или казеиновая сыворотка -ее раскисляют щелочью до 10-15 °Т.

Для отделения белковых веществ можно использовать фильтрование, но в основном применяется центрифугирование. Используются сепараторы Ж5-ОТС. В результате получают осветленную сыворотку и белковую массу из сывороточных белков (альбуминное молоко) с массовой долей сухих веществ 6-10%. Осветленная сыворотка направляется дальше по технологическому процессу, а альбуминное молоко используется в производстве белковых молочных продуктов.

Сгущение очищенной и осветленной сыворотки проводят до концентрации сухих веществ 60-65%) в вакуум-выпарных установках при температуре 50-65 °С для предупреждения карамелизации молочного сахара. Окончание процесса сгущения определяют по плотности сыворотки, которая должна составлять 1300 кг/м³ при температуре 60-65 °С. Для предупреждения сильного пенообразования в процессе сгущения используют пеногасители.

Кристаллизация лактозы проводится в кристаллизационно-охладительных установках при длительном или ускоренном режимах. При длительном режиме начальная температура 90 °С, а в конце процесса - 10 °С. Продолжительность длительной кристаллизации составляет около 35 ч. Каждые 30 мин сыворотку перемешивают.

При ускоренной кристаллизации продолжительность процесса составляет около 15 ч, и охлаждение проводят от начальной температуры 70 °С, до конечной - 10 °С, со скоростью охлаждения 5,5 °С в час. Отделение кристаллов от мелассы (межкристалловой жидкости) осуществляют центрифугированием или фильтрованием.

Кристаллизованный молочный сахар должен иметь влажность 8-12%.

Сушка кристаллов проводится в сушилках барабанного типа либо в псевдоожиженном слое. Температура греющего воздуха на входе в сушилку - 130-140 °С, на выходе 65-75 °С. Молочный сахар охлаждают в пневмотранспорте и отправляют на фасовку и упаковку.Хранят в мешках бумажных с полиэтиленовыми вкладышами в течение 12 мес.

Пищевой молочный сахар Состав молочного сахара: лактоза -95,7%; влага - 1,8%; зола - 1,5%; азотистые соединения - 0,16%.

Особенности технологии пищевого молочного сахара состоят в дополнительной операции - рафинировании, которую проводят при 70-80 °С в течение 30 мин при постоянном перемешивании. Для удаления примесей применяют осветляющий активированный уголь и гидросульфат натрия.

Рафинированный молочный сахар. Состав: лактоза - 98,6%, влага -1,0%, зола - 0,3%. В качестве сырья используют молочный сахар-сырец высшего сорта. Дополнительные операции технологического процесса: растворение сырца в горячей воде температурой около 90 °С; очистка и фильтрация для выделения активированного угля и красящих веществ, размол сухого порошка молочного сахара.

Продукты на основе биологической обработки сыворотки

К инновационным продуктам на основе биологической обработки молочной сыворотки можно отнести продукты, полученные в результате биотехнологической обработки лактозы, в частности, глюкозо-га-лактозные сиропы ферментативного и кислотного гидролиза, а также бифидогенные продукты на основе лактулозы.

Лактоза представляет собой дисахарид, состоящий из моносахаридов глюкозы и галактозы. Лактозу можно расщепить до моносахаридов с помощью кислотного или ферментного гидролиза. Для обеспечения кислотного гидролиза сыворотку нагревают до 100 °С и пропускают через катионообменную смолу в водородной форме. Степень гидролиза регулируется уровнем рН, температурой и продолжительностью гидролиза. В процессе кислотного гидролиза продукт приобретает коричневый цвет. Поэтому его рекомендуется обрабатывать активированным углем. Для ферментативного гидролиза используют фермент р-галактозидазу (лактазу), которая может непосредственно вноситься в сыворотку или закрепляться на носителе, через который пропускается сыворотка (иммобилизированный фермент). В первом случае дорогостоящий фермент используется один раз, но его необходимо в продукте инакти-вировать, для чего его подвергают тепловой обработке или воздействию рН. Во втором случае благодаря иммобилизации фермента возможно его многократное использование, но тогда требуются специальные носители для фермента, которые обеспечивали бы необходимые условия ферментативного гидролиза, были бы эффективны при эксплуатации и доступны для санитарной обработки.

После гидролиза сыворотки водный раствор глюкозы и галактозы сгущают и получают глюкозо-галактозный сироп, который слаще лактозы и его могут потреблять люди, страдающие непереносимостью лактозы или различными формами лактазной недостаточности.

Глюкозо-галактозный сироп - это прозрачная, вязкая жидкость желтого цвета с карамельным привкусом, по внешнему виду напоминающая свежесобранный мед.Технология производства глюкозо-галактозного сиропа на основе кислотного гидролиза состоит из следующих операций.

Подсырную сыворотку очищают от белков на ультрафильтрационной установке. Концентрат белков (ретентат) используют в производстве белковых продуктов, а полученный фильтрат (пермеат) подсырной сыворотки направляется на подсгущение в обратноосмотическую установку или в вакуум-аппарат.

В подсгущенный фильтрат добавляют НС1 до рН 4,6, нагревают до 95 °С и выдерживают при этой температуре 15-20 мин. Далее смесь направляют на сепарирование, в результате чего получают чистый раствор лактозы. После добавления очередной порции соляной кислоты доводят рН среды до 0,5-1,5 ед., нагревают до 95-99 °С и в течение 4 ч проводят кислотный гидролиз. Для удаления солей, придающих специфический соленый сывороточный вкус, гидролизат направляют на деминерализацию, которую можно проводить с помощью электродиализа или ионо-обмена. Принципиальная аппаратурная схема ионообменной установки для деминерализации представлена на рисунке 3.

После обессоливания проводят сгущение гидролизата до концентрации сухих веществ 60%. Рафинирование сгущенного гидролизата проводят активированным углем при температуре 70-75 °С с выдержкой 10-15 мин. Далее сироп фильтруют и фасуют. Срок хранения готового продукта не должен превышать 30 сут. при температуре до 20 °С.

Продукты на основе лактулозы

Лактулоза - это производная лактозы, представляющая собой ди-сахарид, состоящий из галактозы и глюкозы. Лактулоза в природе встречается в основном в женском молоке и является мощным фактором роста бифидо- и лактобактерий. В результате метаболизма лактулозы в желудочно-кишечном тракте снижается образование аммиака и уменьшается его всасывание в кровь. Установлено, что лактулоза участвует в повышении иммунитета. Поэтому лактулозу и продукты на ее основе рекомендуют для детского, геродиетического и лечебного питания. За последние годы разработан и выпускается отечественной промышленностью следующий ассортимент продуктов на основе лактулозы: сироп лакто-лактулозы; лактулоза пищевая; концентрат лактулозы; концентрат лактулозы «Лактулак» и «Лактусан»; углеводный модуль «Алкософт»; продукт «Биталакт», а также ряд продуктов комового назначения. Ассортимент этих продуктов расширяется и, по мнению разработчиков, они относятся к продуктам XXI века.

Сироп лакто-лактулозы используют при производстве продуктов детского питания, для гуманизации молока сельскохозяйственных животных. Сироп лакто-лактулозы - жидкость с небольшим осадком, растворимым при нагревании. Цвет - от светло - до темно-коричневого.

Вырабатывается из раствора молочного сахара-сырца путем рафинирования, частичной изомеризации лактозы в лактулозу и концентрирования изомера.

Технология сиропа лакто-лактулозы состоит из следующих операций.

Приготовление раствора. Растворяют сахар-сырец при температуре 70 °С и получают раствор с концентрацией лактозы 15%. Раствор рафинируют, очищая его от балластных веществ. Для рафинирования применяют активированный уголь, а процесс ведут при 70 °С в течение 20-30 мин при постоянном перемешивание. Раствор фильтруют для удаления активированного угля и красящих веществ. Далее проводят изомеризацию, она включает три процесса.

Известкование раствора лактозы. В раствор лактозы вносят раствор щелочи натрия (NaOH) или кальция (Са(ОН)₂₎. Доводят рН среды до 10 ед.

Термостатирование. Нагревают и выдерживают раствор лактозы и щелочи при температуре 70 °С в течение 15-20 мин.

Нейтрализация. Доведение рН среды до нейтрального состояния: для этого в раствор добавляют лимонную кислоту до рН 6,5-6,8 ед.

Затем проводят фильтрацию раствора, сгущение на вакуум-выпарной установке при 70 °С, охлаждение и кристаллизацию углеводов. Кристаллизацию проводят при непрерывном перемешивании и охлаждении до 5-10 °С со скоростью 2-3 °С в час. При температуре 5-10 °С сироп выдерживают 1-2 ч и подают на центрифугирование для отделения кристаллов лактозы от сиропа лакто-лактолузы. Сироп направляют на фасовку, а кристаллы лактозы - на повторное использование в производстве сиропа лакто-лактулозы. Фасуют сироп во фляги, хранят в течение 3 мес. при 10-15 °С. Готовый продукт содержит 50% сухих веществ, в том числе 32% лактулозы.

Лактулоза пищевая вырабатывается из молочного сахара-сырца не ниже высшего сорта или из рафинированной и пищевой лактозы и содержит 50% сухих веществ, в том числе 35% лактулозы.

Концентрат лактулозы вырабатывают с концентрацией сухих веществ 55% по следующей технологической схеме: Приготовление раствора лактозы и очистка его от взвешенного осадка; изомеризация лактозы в лактулозу, электродиализная обработка раствора лактулозы; рафинирование; ионообменная обработка на ионообменных смолах; фильтрация; сгущение вакуум-выпариванием; кристаллизация и отделение кристаллов лактозы; досгущение; вторичная кристаллизация лактозы и отделение кристаллов; пастеризация концентрата лактулозы; расфасовка, упаковка и хранение.

Используют концентрат лактулозы в качестве бифидогенной добавки в молочные продукты для питания детей раннего возраста, начиная с первых дней жизни, и в продукты лечебно-профилактического назначения.

Концентрат лактулозы «Лактулак» с концентрацией сухих веществ 50% вырабатывают в зависимости от исходного сырья трех видов. «Лактулак-1» вырабатывают из молочного сахара-сырца, «Лактулак-2» - из молочного сахара-сырца или мелассы рафинированного молочного сахара, «Лактулак-3» - из рафинированного молочного сахара. Продукт используется в детском, лечебном, лечебно-профилактическом питании и при производстве фармацевтических средств.

Углеводный модуль «Алкософт» выпускается в форме сиропа с концентрацией сухих веществ 55% и используется в качестве добавки к безалкогольным, слабоалкогольным и алкогольным напиткам для частичного или полного снижения их токсичности и улучшения органолеп-тических показателей.

Концентрат лактулозы «Лактусан» выпускается в форме сиропа с концентрацией сухих веществ 55%. Его используют как фактор роста би-фидобактерий в производстве пробиотиков и в качестве лечебно-профилактического средства при дисбактериозе у детей и взрослых людей.