СГУЩЕННЫЕ И СУХИЕ КОНЦЕНТРАТЫ
С целью длительного хранения и сокращения расходов на транспортировку молочную сыворотку концентрируют путем удаления влаги с получением сгущенных и сухих продуктов.
Сгущенная молочная сыворотка. Сгущение сыворотки необходимо перед сушкой, при производстве молочного сахара, напитков и сиропов. Сгущение молочной сыворотки (удаление части влаги) можно осуществить различными способами: выпариванием, вымораживанием, гиперфильтрацией (обратный осмос). Наиболее распространенным является способ выпаривания. Процесс удаления влаги проходит при кипении жидкости в пространстве с пониженным давлением и постоянной температурой. Способ вымораживания представляет интерес с энергетической точки зрения и позволяет за счет низких температур процесса сохранить биологическую ценность всех компонентов сыворотки. Концентрирование сухих веществ молочной сыворотки гиперфильтрацией находит все большее применение.
Степень сгущения молочной сыворотки определяется требованиями технологического процесса (для сухой сыворотки 15-30, молочного сахара 60-65 % сухих веществ), требованиями потребителей и техническими возможностями аппаратов.
Исходя из принципа анабиоза, консервирующее воздействие в сгущенной сыворотке обеспечивается за счет осмотического давления и молочной кислоты. В натуральной молочной сыворотке осмотическое давление составляет 0,74 МПа. Следовательно, для микроорганизмов, имеющих внутриклеточное давление на уровне 0,6 МПа, создаются оптимальные (изотонические) условия для развития. Этим объясняется быстрая порча молочной сыворотки при хранении. При сгущении сыворотки в 5 раз осмотическое давление повышается до 7,4 МПа, т.е. в 10 раз, что создает неблагоприятные (гипертонические) условия для развития микроорганизмов.
Ингибирующее действие молочной кислоты на микроорганизмы для подсырной сыворотки проявляется при сгущении в 8-10 раз, а творожной 3-5 раз (кислотность выше 100°Т).
При сгущении соленой сыворотки следует учитывать консервирующее действие поваренной соли.
Текучесть сгущенной сыворотки обусловлена содержанием сухих веществ и температурой. Состояние сгущенной молочной сыворотки можно разделить по консистенции на три группы: текучая, пастообразная (тестообразная) и твердая (блочная). Эти условные показатели имеют важное практическое значение, т.к. определяют виды упаковки и способы транспортировки сгущенной сыворотки, а также направления ее использования. В горячем состоянии (60-70°С) сгущенная сыворотка сохраняет свою текучесть при концентрации сухих веществ 60-70 %. Охлаждение сгущенной сыворотки приводит к кристаллизации лактозы и она приобретает пастообразную консистенцию. Теоретически, с учетом растворимости лактозы, предельная концентрация сухих веществ в сгущенной сыворотке с исключением кристаллизации лактозы составляет при 20°С 30-35 %, а при 10°С – 20-25 % сухих веществ. Практически, с учетом наличия в сухом веществе молочной сыворотки несахаров, обладающих мелассообразующей способностью, видимая кристаллизация лактозы наступает при содержании сухих веществ 35-40 %.
Блок в сгущенной молочной сыворотке образуется при содержании сухих веществ выше 75% и охлаждении до 10°C.
Практически молочную сыворотку сгущают от 2 до 15 раз с критическими точками 13, 20, 30, 40, 60 и 75% сухих веществ. Технологическими параметрами, определяющими процесс сгущения сыворотки выпариванием влаги, являются температура и продолжительность. Для сохранения нативных свойств компонентов сыворотки желательна максимальная температура на уровне 50-60 °С. Такой температуре соответствует разрежение 1,15-2,0 Па. Повышение температуры приводит к потемнению продукта и гидролизу лактозы. Снижение температуры затягивает процесс, вызывает обильное пенообразование и может вызвать микробиологическую порчу. С точки зрения ведения процесса наиболее желательным является непрерывный с минимальным тепловым воздействием.
При сгущении молочной сыворотки выпариванием необходимо учитывать температурную, химическую и концентрационную депрессию. Так например, повышение концентрации лактозы до 40% увеличивает температуру кипения на 0,7°С, химическая депрессия в конце сгущения (60% сухих веществ) составляет 7°С.
При гиперфильтрации (обратный осмос) молочной сыворотки лимитирующими факторами являются давление и концентрационная поляризация, особенно сывороточных белков.
Криоконцентрация молочной сыворотки обусловлена, температурным «напором» при замораживании и эффективностью разделения системы «концентрат – кристаллы льда».
Принципиальная технологическая схема производства сгущенной молочной сыворотки включает следующие операции: сбор и определение качества сыворотки, охлаждение (в случае хранения), пастеризацию, сгущение, охлаждение, упаковку, хранение и реализацию. Для уменьшения энергозатрат готовый продукт можно пастеризовать в конце сгущения, используя вакуум-аппарат. Схема технологической линии для производства сгущенной сыворотки включает четыре основных аппаратурно-процессовых единицы: пастеризатор, вакуум-аппарат, кристаллизатор, резервуары, в т.ч. три с простыми однофазными элементами процесса и одна с преобразованием фазового состояния (кристаллизация лактозы).
Сгущенная сыворотка содержит все составные части исходной сыворотки с увеличением объемной массы пропорционально степени сгущения. Кроме того, в процессе сгущения появляются окрашенные вещества (меланоидины) – результат комплексообразования между углеводами и азотистыми соединениями. Физико-химические показатели сгущенной молочной сыворотки приведены в табл.