Разработка ресурсосберегающей биотехнологии концентратов молочной сыворотки с регулируемым углеводным и аминокислотным составом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.04, кандидат технических наук Донской, Никита Сергеевич

• Донской, Никита Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Донской, Никита Сергеевич

Введение

Глава 1 Анализ состояния вопроса и задачи исследования

1.1 Современные направления получения продуктов на основе производных компонентов молочной сыворотки

1.2 Технологические способы гидролиза лактозы при производстве продуктов функционального питания

1.3 Методы гидролиза сывороточных белков молока

1.4 Возможности применения электрофизических методов обработки технологических фракций молочной сыворотки

1.5 Обоснование направления и задачи исследований

Глава 2 Организация, объекты и методы проведения исследований

2.1 Организация и схема эксперимента

2.2 Объекты исследования

2.3 Физико-химические и биохимические методы исследования

2.4 Математическое планирование и обработка результатов экспериментов

Глава 3 Исследование влияния технологических факторов на процесс ферментативного гидролиза лактозы

3.1 Исследование закономерностей ферментативного гидролиза лактозы в пермеате творожной сыворотки

3.2 Оптимизация процесса ферментативного гидролиза лактозы

3.3 Изучение ферментативного гидролиза с электрофизической обработкой лактозосодержащего сырья

Глава 4 Исследование влияния технологических факторов на процесс ферментативного гидролиза сывороточных белков

Глава

Схема проведения ферментативного гидролиза сывороточных белков

Результаты определения активности панкреатина

Исследование кинетики ферментативного гидролиза сывороточных белков

Оптимизация процесса ферментативного гидролиза сывороточных белков

Разработка технологии концентратов с регулируемым углеводным и аминокислотным составом

Технологический процесс получения концентратов

Оценка экономической эффективности производства концентратов с регулируемым углеводным и аминокислотным составом

Маркетинговые исследования

Расчет себестоимости гидролитического концентрата сывороточных белков

Адаптация системы ХАССП для контроля технологического процесса производства концентратов сывороточных белков 107 Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка ресурсосберегающей биотехнологии концентратов молочной сыворотки с регулируемым углеводным и аминокислотным составом»

Необходимой чертой современных технологий получения продуктов является стремление уменьшить риски и увеличить эффективность производства путём разработки средств и методов повышения стойкости сырья, комплексности переработки и вовлечение в структуру производства продовольствия нетрадиционных видов сырья, применения новых физических и биохимических методов его обработки, вовлечение новых материалов для обеспечения наилучших условий хранения продукции.

Появление качественно новых технологий, как правило, достаточно редкий, требующий длительной теоретической и экспериментальной проработки процесс. Несмотря на высокий динамизм развития науки и техники, скорость внедрения и эффективность использования подобных технологий мало предсказуемы [11].

Ярким примером является ситуация, сложившаяся с переработкой молочной сыворотки. За рубежом широкое развитие и использование мембранных методов обработки не только способствовало увеличению промышленных объемов переработки сыворотки, но и появлению востребованных рынком новых видов концентратов белков и целого ряда других продуктов. В нашей стране недооценка роли данной техники и недостаточные объемы финансирования, в значительной степени тормозят проблему промышленной переработки сыворотки.

Научные исследования в области применения мембранной техники в отечественной молочной промышленности были начаты во второй половине 1970-х годов, и уже в 1977 были выданы исходные требования на проектирование УФ-установок на мембранах первого поколения. С 1983 года Минхимпрому СССР было дано задание по освоению серийного производства мембран второго поколения. Тогда как, внедрение процессов УФ и ООС в мире началось в 1950-1960-е годы после создания полимерных мембран первого поколения (на основе ацететцеллюлозы); в 1970-е годы появились мембраны второго поколения (на основе полисульфона), а затем и мембраны третьего поколения (метоллокерамические). Наиболее широкое применение для переработки молочного сырья мембранные процессы нашли в США, Франции, Дании, Нидерландах, Новой Зеландии, Австралии и Японии.

Внедрение мембранных технологий в молочной промышленности в то время задерживалось по таким причинам как небольшой выпуск мембранной техники (лишь 40 установок, вместо 130), неработоспособность большинства установок, не организовано производство технических моющих средств для мембранной техники.

На сегодняшний день в отрасли не меньше проблем, чем 20-30 лет назад, хотя сущность и приоритетность их изменилась, в частности, появился свободный доступ к технологиям и технике любых мировых компаний, накопивших огромный опыт за последние десятилетия. Ни в коем случае не следует пытаться самим пройти этот путь снова - это невозможно: нет материально-технической базы, кадров, средств и т.д.

Наиболее очевидна целесообразность использование мембранных процессов для переработки сыворотки с целью извлечения из нее отдельных компонентов, в первую очередь белковых. Реализуя штучные проекты различных мембранных процессов и доказывая их успешность для России, можно будет добиться того, чтобы эти технические решения стали широким достоянием отрасли. И тогда, возможно, «второе пришествие» в нее нанотехнологий будет вполне успешным [30].

Перспективным направлением промышленной переработки молочной сыворотки является получение сгущенных и сухих концентратов с регулируемым углеводным и аминокислотным составом. Производство подобных концентратов позволит решить две проблемы: рациональное использование . вторичных ресурсов молокоперерабатывающей промышленности на пищевые цели;

- создание добавок для различных отраслей пищевой промышленности с заданными физиологическими и функциональными свойствами.

В целом, развитие новых технологий ограничено так же требованиями к безопасности продовольственных товаров, различными отраслевыми и законодательными мерами и потребительскими предпочтениями конечного потребителя [19]. На современном этапе наличие эффективных технологий переработки молочной сыворотки является важным инструментом экономического развития предприятий.

Проблемой является необходимость организации централизованного сбора сыворотки на предприятиях с целью обеспечения ее рентабельной и крупномасштабной переработки. При этом следует использовать положительный опыт передовых стран, в которых на перерабатывающие предприятия достаточно значительная часть сыворотки доставляется в подсгущенном виде. Следует так же учитывать, что в ближайшее время производство сухой сыворотки останется основным сегментом ее промышленной переработки. В то же время совершенно ясно, что без возрождения производства молочного сахара и более широкого использования современных технологий вопросы эффективной переработки сыворотки решить не удастся [19].

Для их освоения необходима разработка методов и технических средств для переработки различных видов молочной сыворотки, направленных на регулирование ее белкового, углеводного, минерального и кислотного состава, а также физико-химических свойств с получением сухих и сгущенных концентратов. Особое значение при этом имеет создание системы унификации свойств поступающей на переработку сыворотки, разнообразие которой связано не только с различиями ее видов, но и со спецификой и различиями в технических и технологических условиях ее получения на различных предприятиях.

В последние годы уделяется усиленное внимание глубокой переработке молочной сыворотки - получению производных из отдельных компонентов (гидролизаты белков и производные лактозы). Следует отметить, что продукты гидролиза (аминокислоты, глюкоза и галактоза) это превосходные компоненты при составлении рецептур здоровой пищи, так называемых продуктов функционального питания.

В работе рассмотрена проблема переработки технологических фракций (пермеат и ретентант) молочной сыворотки, с применением современных биотехнологий для получения продуктов и пищевых добавок с регулируемым углеводным и аминокислотным составом.

Целью диссертационной работы является разработка технологии пищевых концентратов на основе ферментативного гидролиза лактозы и протеолиза сывороточных белков с применением современных мембранных и электрофизических методов обработки технологических фракций молочной сыворотки.

На защиту выносятся следующие основные положения и результаты работы:

• научно-техническое обоснование выбора направления исследований и целесообразности разработки биотехнологии концентратов с регулируемым углеводным и аминокислотным составом на основе технологических фракций молочной сыворотки;

• результаты экспериментальных исследований с анализом закономерностей процессов ферментативного гидролиза лактозы из пермеата творожной сыворотки и оптимизированные технологические параметры производства гидролизата лактозы;

• результаты экспериментальных исследований с анализом закономерностей процессов ферментативного гидролиза ультраконцентрата творожной сыворотки ферментом панкреатин и оптимизированные технологические параметры производства гидролизата сывороточных белков;

• технология и аппаратурное оформление процесса производства концентрата сывороточных белков гидролизованных и концентрата с гидролизованной молочной сывороткой;

• анализ экономической эффективности и экологической безопасности разработанной технологии.

Заключение диссертации по теме «Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств», Донской, Никита Сергеевич

выводы

1. На основании анализа современных тенденций развития молочной N промышленности и пищевой биотехнологии обосновано применение молочной сыворотки в качестве сырья для получения концентратов с гидролизованными компонентами, на принципах логистики ресурсосбережения.

2. Экспериментально доказана целесообразность использования методов ферментативного гидролиза лактозы и сывороточных белков с предварительным применением электрохимической активации технологических фракций молочной сыворотки.

3. Использование процесса лазерной активации («ноу-хау») позволяет сократить дозу внесения препарата «Лактоканесцин» на 30 - 50 % при сохранении стабильно высоких значений степени гидролиза лактозы (не менее 50% от исходной концентрации лактозы в пермеате).

4. Установлены оптимальные условия протекания процесса биотрансформации лактозы в пермеате творожной сыворотке, позволяющие достичь степени гидролиза на уровне 80% от исходной концентрации лактозы: электрохимическая активация фильтрата до достижения рН (4,5±0,25), термостатирование в течение 2,5-3 часов при температуре (53,75+2,25) °С. Приоритет подтвержден патентом РФ.

5. Изучены особенности ферментативного гидролиза сывороточных белков в ультраконцентрате (ретентате) творожной сыворотки с использованием процесса электроактивации, в качестве регулятора активной кислотности среды.

6. Установлены условия протекания гидролиза сывороточных белков с максимальным выходом целевых продуктов гидролиза: термостатирование в течение 13-15 часов при температуре (48-53) °С, электрохимическая активация концентрата до значений рН (8,8-9,3), при этом концентрация аминного азота составляет 40-45 мг%.

7. Результаты экспериментальных исследований легли в основу разработки ресурсосберегающей биотехнологии концентратов с гидролизо ванными компонентами молочной сыворотки нормируемого состава. По результатам исследований и опытно-промышленных выработок разработан стандарт организации на концентрат сывороточных белков гидролизованный и концентрат гидролизованный из молочной сыворотки.

8. Маркетинговая и технико-экономическая оценка разработанной биотехнологии концентрата с гидролизованными сывороточными белками, подтвердила ее безотходность и конкурентоспособность.

9. Экологический мониторинг, определение рисков и критических контрольных точек, с использованием принципов НАССР для разработанной биотехнологии, подтвердили ее полную безопасность.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Донской, Никита Сергеевич, 2010 год

1. Аванесов, Е. К. НАССР синоним безопасности Текст. / Е. К. Аванесов // Молочная промышленность. - 2005. - №10. - С. 13-14.

2. Авдалян, Г. В. Технология глюкозо-галактозного сиропа на основе кислотного гидролиза лактозы.// Автореферат. Москва 1990г.

3. Антонов, В. К. Химия протеолиза. М.:Наука.-1983.-367 с.

4. Ахназарова, С. Л. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии Текст. / С. Л. Ахназарова, В. В. Кафаров. М.: Высшая школа, 1978.-319 с.

5. Балаболкин, И. И. Современная концепция патогенеза и принципы терапии аллергических заболеваний у детей Текст. / И. И. Балаболкин//Педиатрия.-2003.-№ 4.-С.52-57.

6. Баратова, Л. А., Определение аминокислотного состава белков Текст. / Л. П. Белянова // Методы биохимического эксперимента.- М: Изд-во МГУ.-1974.- С.1-36

7. Бахир, В. М. Электрохимактивация новая техника, новые технологии. Электрохимические реакторы РПЭ Текст. /В. М.Бахир, Ю. Г.Задорожний// - Вып. 4. - ВНИИИМТ. - Москва. - 1991. - 157 с.

8. Бахир, В. М. Электрохимическая активация: история, состояние, перспективы / Ю. Г. Задорожный, Б. И. Леонов и др.// Академия медико-технических наук Российской Федерации. /Под ред. В. М. Бахира . М.: ВНИИИМТ, 1999. 256 с.

9. Бахна, С. Аллергия к молоку Текст. / С. Бахна, Д. Хейнер// Пер. с англ.- Москва: Медицина.- 1985.-206 с.

10. Береславская, В. А. Конкурентные преимущества в производстве и реализации продукции Текст. / В. А. Береславская // Молочная промышленность. 2005. - №1. - С. 49-50.

11. Большаков, О. В. Проблемы здорового питания государственный статус Текст. /О. В. Большаков //Молочная промышленность. - 1998. -№ 2. - С. 4.

12. Боровик, Т. Э. Диетотерапия при пищевой аллергии у детей раннего возраста Текст. /Т. Э. Боровик, В. А. Ревякина, С. Г.- Макарова// Российский аллергологический журнал. 2004. — №4.- приложение.

13. Бурыкина, И. М. Анализ критических контрольных точек Текст. / И. М. Бурыкина, М. В. Щемелева, Г. В. Хитрова //Молочная промышленность. -2003. -№10. С. 13-15.

14. Бурыкина, И. М. Система НАССР: анализ потенциальной опасности Текст. / И. М. Бурыкина, Н. Д. Гомзикова, С. Ф. Бондаренко // Молочная промышленность. -2003. — №9. С. 13

15. Бурыкина, И. М. Система НАССР: предпосылки внедрения и принципы разработки Текст. / И. М. Бурыкина, Н. В. Верещагина, Ю. А. Орлов и др. // Молочная промышленность. — 2003. — №8. С. 16.16.17,18,19