МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГАОУ ВО «СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

УТКИН ВИКТОР ПАВЛОВИЧ

ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ ТВОРОЖНОЙ СЫВОРОТКИ

ОБОГАЩЕННОЙ ЭКСТРАКТОМ СТЕВИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ

УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИИ

Специальность 05.18.04 – Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и

холодильных производств

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Бабенышев С.П.

Ставрополь – 2016

2

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Экологические и экономические предпосылки применения

мембранной технологии переработки творожной сыворотки

1.2 Основные методы переработки творожной сыворотки

1.3 Способы повышения эффективности процесса

ультрафильтрации белковых растворов

1.4 Натуральные подсластители растительного происхождения

1.5 Цель и задачи исследований

10

10

16

22

29

32

ГЛАВА 2 ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТЫ И МЕТОДИКИ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Общая схема проведения экспериментальной работы и

основное лабораторное оборудование

2.2 Обоснование выбора типа мембран для ультрафильтрации

обогащенной добавлением экстракта стевии творожной сыворотки

(ОТС)

2.3 Обоснование конфигурации аппарата и выбора основных

параметров процесса ультрафильтрации ОТС

2.4 Математическая обработка результатов исследований

34

34

38

43

47

ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА ОБЩЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ

СХЕМЫ ПЕРЕРАБОТКИ ОТС

3.1 Блок-схема выработки пермеата и ретентата из ОТС

3.2 Экспериментальное определение основных рабочих параметров

процесса ультрафильтрации ОТС

3.3 Оптимизация основных параметров процесса ультрафильтрации

ОТС

50

50

52

67

3

ГЛАВА 4 ТЕХНОЛОГИЯ И ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ

АСПЕКТЫ ПЕРЕРАБОТКИ ОТС

4.1 Физико-химические свойства пермеата ОТС

4.2 Физико-химические свойства ретентата ОТС

4.3 Основные направления использования пермеата и ретентата,

полученных ультрафильтрацией ОТС

4.4 Разработка рецептуры и технологии молочных напитков на

основе ретентата ОТС

4.5 Разработка рецептуры и технологии молочных напитков на

основе пермеата ОТС

4.6. Порядок мойки и регенерации ультрафильтрационных мембран

ГЛАВА 5 ТЕХНОЛОГИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ

ОТС

5.1 Технологические аспекты получения глюкозо-галактозного

сиропа и молочных напитков из пермеата и ретентата ОТС

5.2 Экономическая эффективность комплексной переработки ОТС

5.3 Экологическая и социальная составляющие технологии

переработки ОТС

72

72

84

88

92

95

96

104

104

107

115

ВЫВОДЫ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

119

121

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 122

ПРИЛОЖЕНИЯ 145

4

ВВЕДЕНИЕ

С каждым годом расширяется ассортимент продуктов питания и растут

объёмы их производства, несмотря на то, что при этом рационально используется

всего 20-25% природного сырья. Всё остальное перерабатывается на корма,

удобрения или сбрасывается в окружающую среду, оказывая на нее крайне

негативное воздействие. А вместе с тем, например, творожную сыворотку, давно

принято считать ценным вторичным молочным сырьём [1]. Но её полная

переработка на пищевые цели до сих пор сдерживается как недостаточным

обеспечением перерабатывающих производств новейшими технологическими

разработками, так и практически полным отсутствием серийных образцов

соответствующего доступного по цене современного оборудования.

Развитие мембранной технологии, в частности ультрафильтрации

вторичного молочного сырья, позволяет значительно повысить степень

переработки творожной сыворотки и тем самым способствовать уменьшению

доли её выбросов в природную среду. Данные литературных источников

[74,91,122], опыт промышленного применения мембранной техники [129,136]

убедительно свидетельствуют о том, что основными преимуществами

мембранных процессов разделения, в сравнении с традиционно применяемыми в

молочной промышленности, являются их низкая температура, а следовательно и

малая энергоемкость при небольших габаритах соответствующего оборудования.

Это дает основания полагать, что на этой основе возможно дальнейшее успешное

формирование системы комплексной переработки всего молочного сырья [161].

Однако следует отметить, что при баромембранном разделении творожной

сыворотки, как впрочем, и большинства высокомолекулярных полидисперсных

жидких систем пищевой промышленности, возникает проблема низкой

эффективности технологического оборудования. Это, прежде всего, связано с

явлением, так называемой концентрационной поляризации. Оно характеризуется

формированием слоя повышенной концентрации некоторых частиц дисперсной

фазы в мембранной зоне аппарата при баромембранном разделении практически

любой высокомолекулярной полидисперсной жидкой системы. Это явление

5

негативно сказывается на проницаемости мембран и приводит к снижению

производительности соответствующего оборудования.

Определение оптимальных параметров процесса ультрафильтрации

любых видов молочной, в том числе и творожной, сыворотки на основе

количественного определения уровня концентрационной поляризации сопряжено

с проведением большого объема экспериментальных исследований. Разработка

же теоретических основ баромембранного разделения молочного сырья может

быть связана с серьёзными материальными затратами, не гарантирующими даже

крупным промышленным предприятиям по переработке молока получение

коммерчески оправданного результата. Всё это позволяет считать, что

дальнейшее исследование закономерностей процесса ультрафильтрационного

разделения творожной сыворотки и совершенствование технологии её

переработки, как одного из основных видов вторичного сырья молочной

промышленности в настоящее время является актуальной научной задачей.

Продолжающийся рост стоимости основных видов энергоносителей,

ужесточение требований к качеству пищевой продукции в условиях жесткой

конкуренции с поставляемыми из-за рубежа продовольственными товарами

стали реальностью всего отечественного перерабатывающего производства. А

если принять во внимание и обусловленную внешнеполитическими факторами

необходимость импортозамещения, то проблема скорейшей разработки и

внедрения новых энергоэффективных технологий в молочной промышленности

приобретает особую остроту. Однако на большинстве молокоперерабатывающих

предприятий баромембранная техника не применяется, скорее всего, по

следующим объективным причинам:

- отсутствие адаптированных для каждого конкретного предприятия

технических условий и технологического регламента, позволяющих

организовать экономически выгодное производство сертифицированной

продукции;

- отечественное машиностроение серийно пока не производит в

достаточном количестве баромембранное оборудование, что в свою очередь не

6

позволяет компоновать современные технологические линии комплексной

переработки молочного сырья;

- попытки отдельных предприятий решить наукоёмкие технические и

технологические задачи не приводят к желаемым результатам ввиду

недостаточной квалификации собственного инженерного корпуса.

Следует отметить, что в настоящее время результаты исследований

многих отечественных и зарубежных учёных в области мембранной технологии

переработки молочного сырья [51] позволили в значительной мере приблизиться

к решению проблемы комплексной переработки творожной сыворотки. Тем не

менее, недостаточные объёмы теоретических и экспериментальных данных в

области её ультрафильтрационного разделения обуславливают необходимость

проведения собственных исследований направленных на поиск пути

дальнейшего повышения эффективности соответствующего процесса. На этом

сформулированы следующие методологические основы диссертационной

работы.

Рабочая гипотеза состоит в предположении о том, что эффективность

переработки творожной сыворотки повышается путём предварительного

добавления экстракта растительного сырья (Steviа rebaudiana Bertoni) и

последующего её баромембранного разделения в ультрафильтрационном

аппарате кассетного типа, что позволит адаптировать известные методы

производства молочных напитков и глюкозо-галактозного сиропа..

Область исследований. Изучение физико-химических свойств,

органолептических показателей и разработка комплексной технологии продуктов

ультрафильтрационного разделения творожной сыворотки на полимерных

мембранах в аппаратах кассетного типа.

Объекты исследований – образцы молочной сыворотки, полученной

согласно ГОСТ Р 53438-2009 при выработке зерненного творога на ОАО МК

«Ставропольский».

7

Научная новизна:

- обоснована целесообразность обогащения творожной сыворотки

компонентами сырья растительного происхождения Stevia rebaudiana Bertoni для

повышения эффективности процесса её баромембранного разделения;

- изучены состав, физико-химические свойства и органолептические

показатели обогащенной творожной сыворотки, как объекта ультрафильтрации,

её пермеата и ретентата;

- определены математические зависимости, описывающие влияние

основных факторов на проницаемость и селективность полимерных мембран при

ультрафильтрации обогащенной творожной сыворотки на аппаратах кассетного

типа;

- установлены оптимальные значения рабочего давления, скорости

циркуляции, граничные показатели - массовой доли сухих веществ, температуры

обогащенной творожной сыворотки и длительности процесса её

ультрафильтрации;

- обоснованы параметры концентрирования и электродиализной

обработки пермеата обогащенной творожной сыворотки при использовании β–

галактозидазы в технологии выработки глюкозо-галактозного сиропа.

Практическая значимость работы:

- разработана технологическая схема и апробирована технология

переработки творожной сыворотки на основе обогащения её состава

добавлением экстракта растительного сырья - Stevia rebaudiana и последующего

ультрафильтрационного разделения на аппарате плоскорамного типа;

- на напитки с различными рецептурами, включающими в себя ретентат и

пермеат ОТС, разработан проект ТИ (Приложение Б) и утверждена техническая

документация: СТО 21990691-001-2015 «Молочные напитки обогащенные на

основе молочной сыворотки и смеси природных полисахаридов» (Приложение В),

а также получены патенты № 2489891 «Способ получения молочного фруктово-

овощного напитка» с приоритетом от 20.08.2013 г. (Приложение Г) и № 2573932

«Способ получения сывороточного фруктово-овощного напитка» с приоритетом

8

от 27.01.2016 г. (Приложение Д).

Апробация. Основные положения работы доложены на: VII

международной научно-практической конференции XIX Международной

агропромышленной выставки «Агроуниверсал – 2013»; Всероссийской научно-

практической конференции «Инновационные идеи молодежи Ставропольского

края - развитию экономики России» 2014; III-ей ежегодной научно-практической

конференции Северо-Кавказского федерального университета: «Актуальные

проблемы строительства, транспорта, машиностроения и техносферной

безопасности» 2015; научно-практической конференции, посвященной 85-летию

Донского государственного технического университета, 2015: «Инновационные

направления развития в образовании, экономике, технике и технологиях»;

международной научно-практической конференции: «Достижения и проблемы

современных тенденций переработки сельскохозяйственного сырья: технологии,

оборудование, экономика», Кубанский государственный технологический

университет, г. Краснодар 2016.

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 25

публикациях, из них 10 в журналах, рекомендованных ВАК РФ, а также в 2

патентах РФ..

Результаты проведенных исследований были представлены и отмечены

наградами:

- конкурса «УМНИК-2014», проведенного на всероссийской научно-

практической конференции «Инновационные идеи молодежи Ставропольского

края - развитию экономики России» (Приложение А);

- XIX Международной агропромышленной выставки «Агроуниверсал –

2013»;

- разрабатываемая технология молочного напитка из ретентата и пермеата

ОТС представлена на выставках «Инновации года» (Приложение Ё) (Ставрополь,

ноябрь 2013г.) и «Агроуниверсал» (Ставрополь, март 2013г). На Всероссийском

конкурсе научных работ аспирантов и молодых учёных получен диплом 2-й

степени (Кемерово, ноябрь 2013).

9

На защиту выносятся следующие основные положения:

- методика исследования процесса ультрафильтрации обогащенной

творожной сыворотки на аппаратах кассетного типа;

- зависимости проницаемости и селективности ультрафильтрационной

мембраны от величины рабочего давления и скорости циркуляции обогащенной

творожной сыворотки в канале плоскорамного мембранного аппарата;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований, на основе

которых обоснована целесообразность и определена перспективность

использования пермеата и ретентата при производстве молочных продуктов, и

пермеата обогащенной творожной сыворотки для выработки напитков с

экстрактами стевии;

- технологическая схема комплексной переработки обогащенной творожной

сыворотки с применением ультрафильтрационной установки плоскорамного типа;

- предполагаемые составы молочных напитков с добавлением пермеата и

ретентата ОТС.

10

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Экологические и экономические предпосылки применения мембранной

технологии переработки творожной сыворотки

В течение последних нескольких лет ежегодное производство цельного

молока в Российской федерации составляет около 37млн.тонн. Из этого

количества примерно 30-35 % идёт на изготовление творожных продуктов [24], в

результате чего в качестве так называемого побочного продукта получается до 8

млн. тонн творожной сыворотки. По некоторым данным [185] не более 26-27 % от

этого объема подвергаются промышленной переработке на пищевые цели. А

между тем этот вид молочной сыворотки содержит около половины сухих

веществ цельного молока [135, 122] и, следовательно, её слив в канализацию

можно считать, как ежегодную потерю исходного сырья до 3 млн. тонн [73,80].

С другой стороны, нормальное функционирование молочной отрасли

России требует повышения эффективности производства. В первую очередь это

касается ресурсосбережения, так как затраты на сырье достигают 80 %

себестоимости молочных продуктов [158]. Проблема дефицита сырья может быть

решена за счет использования молочной сыворотки, ресурсы которой только в

нашей стране составляют около 3 млн. т в год. В сыворотку переходит более 50 %

сухих веществ, в том числе 30 % белков, в пересчете это составляет примерно 10

тыс. т молочного жира, 160 тыс. т молочного сахара и 30 тыс. т белка. Кроме

того, 1 т молочной сыворотки, сливаемой в канализацию, загрязняет водоемы так

же, как 100 т хозяйственно-бытовых стоков. По данным Международной

Молочной Федерации, объемы сыворотки в мире составляют более 130 млн. т. и

проблема ее переработки во многих странах остается актуальной (рисунок 1.1).В

Европе и США, занимающих лидирующее положение в мире по производству

молока, сыродельная промышленность производит около 17 млн. т сыра в год.

Структура переработки получаемой при этом сыворотки представляет интерес с

точки зрения ее основных направлений (рисунок 1.2, 1.3).

11

Рисунок 1.1 - Объемы молочной сыворотки, в % мирового производства [140]

Рисунок 1.2 - Направления переработки молочной сыворотки в Европе [188]

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

12

Рисунок 1.3 - Направления переработки молочной сыворотки в США [188]

Рисунок 1.4 - Структура использования молочной сыворотки в России [188]

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%

50%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

13

Анализ данных по использованию молочной сыворотки в России (рисунок

1.4), позволяет оценить величину неиспользованного потенциала сырьевых

ресурсов в молочной отрасли пищевой промышленности.

Переработка молочной сыворотки в нашей стране, несмотря на имеющиеся

разработки в этой области [69,70,85,135,181,193], сдерживается по нескольким

причинам:

1. В средствах массовой информации должным образом не ведется

пропаганда здорового образа жизни.

2. Отсутствие доступных кредитных средств для предприятий пищевой

промышленности сдерживает развитие массового производства продуктов

питания и напитков, вырабатываемых на основе молочной, в том числе и

творожной, сыворотки.

3. Экологические службы проявляют излишний либерализм в

отношении сброса молочной сыворотки в окружающую среду.

Рациональное использование ценного вторичного сырья - молочной

сыворотки возможно только на основе реализации промышленной безотходной

технологии его переработки с полным использованием всех компонентов

[135,166]. Основным загрязняющим окружающую среду агентом, являются

сточные воды, содержащие молочную сыворотку (её показатель БПК составляет

50 000 мг О2/л), в составе которой находится большое количество окисляющихся

органических веществ (белки, жир и углеводы). Причем в пересчете на БПК эти

компоненты составляют до 80 % всех органических загрязнений от их общего

количества в жидких стоках [155]. Соответственно попадание её в канализацию, а

затем и непосредственно в водоемы приводит к серьезным экологическим

проблемам. С этой точки зрения организация полной промышленной переработки

молочной сыворотки безальтернативна.

С другой стороны, существующие в настоящее время нормы расхода

питьевой воды на производственные нужды, при переработке 1 т молока,

составляют 1,9 ÷ 6,3 м3, а удельный выход сточных вод (в зависимости от

мощности и типа производства) может быть в пределах 1,5÷5,6 м3

(таблица 1.1).

14

При сбросе 1 м3 таких неочищенных стоков в городские канализационные

коллекторы происходит ежесуточное загрязнение 40÷60 м3 природной воды

(таблица 1.2).

Таблица 1.1 - Удельные расходы сточных вод [118]

№ Предприятия по

производству

Выход сточных вод

на 1 т перераба-

тываемого молока,

м3

Коэффициент часовой

неравномерности

водоотведения

1 Цельномолочной продукции 6 2

2 Молочных консервов 3,2 1,8

3 Сухого молока 3 1,7

4 Сыра 7 2

Таблица 1.2 - Среднесуточные показатели загрязнений сточных вод [118]

№ Состав

сточных вод

Единица

измерений

Вырабатываемая продукция

Цельномолочная

Молочные

консервы, сухое

молоко

Сыр,

масло

1 Взвешенные

в-ва мг/л 350 350 600

2 ХПК в пробе мг/л 1400 1200 3000

3 БПК в пробе мг/л 1200 1000 2400

4 рН - 5 5 5

5 Азот общий мг/л 60 50 90

6 Фосфор мг/л 8 7 16

7 Жиры мг/л до 100 до 100 до 100

Следует отметить, что содержащиеся в сухих веществах молочной

сыворотки лактоза, идеально сбалансированные по своему составу белки,

витаминный и минеральный комплексы представляют собой биологически

ценные компоненты пищевых продуктов. Энергетическая ценность (до 20 ккал на

100 г) такого сырья, получаемого при производстве творога, в 3,5 раза ниже

цельного молока, что позволяет рассматривать его как биологически

полноценный полуфабрикат с диетическими свойствами [37,69]. К тому же

сывороточные белки, которые содержатся в молочной сыворотке (таблица 1.3),

15

представляют собой ценнейшее сырьё для производства многих продуктов

питания [58,59,96,98,110,117,121,137,147,195].

Таблица 1.3 - Составные части молока и молочной сыворотки [163]

Составные части Примерное содержание, %

молоко молочная сыворотка

Вода

В эмульгированном состоянии:

Молочный жир

Жирорастворимые витамины

Белки в коллоидном состоянии:

Казеины

Альбумины

Глобулины

В истинном растворе:

Лактоза

Водорастворимые витамины

Продукты расщепления белка

86-88

3,0-4,5

(16-25)∙10-5

2,8-3,2

0,52

0,08

4,7-4,8

0,02

0,03

93-94

0,23-0,35

(0,78-1,1)∙10-5

0,63-0,72

0,49

0,076

4,5-4,6

0,019

0,028

В коровьем молоке более половины общего состава сывороточных белков

приходится на -лактоглобулин. Важнейшим белком следует назвать -

лактоглобулин, входящий в состав лактозосинтезирующей системы и

участвующий в биосинтезе лактозы. Кроме того, включение сывороточных

белков в пищевые продукты способствует повышению и технологических свойств

готовых изделий, и их питательной ценности.

В настоящее время в решении проблемы переработки молочной сыворотки

наибольшее распространение получило раздельное использование ее

компонентов [24,31,34]. Это позволяет получить ингредиенты, которые сразу же

возвращаются в основное производство: подсырные сливки, концентраты

сывороточных белков, молочный сахар, концентраты белков с полисахаридами

16

(пектин, хитозан), минерализат солей. Кроме того, такой подход дает

возможность вырабатывать сгущенные и сухие сывороточные концентраты,

сухую деминерализованную сыворотку, сухую безлактозную сыворотку, сухую

сыворотку с наполнителями и целый ряд других полуфабрикатов длительного

хранения. Все направления глубокой переработки молочной сыворотки связаны с

биотехнологией, позволяющей получать широкую гамму готовых продуктов [14].

К ним относятся: этиловый спирт, белок, аминокислоты, витамины, антибиотики,

биогаз. Следует подчеркнуть, что экономически выгодно получать из сыворотки

высокоочищенные белковые компоненты. Например, годовая мировая

потребность только в одном из белков - лактоферрине - оценивается в 5 млрд

долларов США.

1.2 Основные методы переработки творожной сыворотки

При переработке различных видов молочной сыворотки, как в производстве

молочного сахара, напитков, так и других продуктов обычно применяются

различные методы ее очистки от белковых компонентов [58, 59, 86, 98, , 111, 120,

125, 189]. Термодинамическая стабильность системы, дисперсную фазу которой

представляют сывороточные белки, в основном определяется наличием на их

поверхности гидратной оболочки, их зарядом, а также структурой глобул.

Эффективность процесса осветления сыворотки определяется выведением белков

из этого равновесного состояния, для чего применяют самые различные физико-

химические способы: изменение кислотно-щелочной реакции среды путем

введения в неё различных химических реагентов, нагревание, механическое

воздействие и т.п. [164]. Широкое практическое применение и распространение в

молочной промышленности получили следующие способы выделения белков из

сыворотки: тепловой, кислотный и кислотно-щелочной.

При тепловой денатурации степень выделения белков достигает всего 35%.

Что обуславливается основными факторами устойчивости системы –

поверхностный заряд белковой частицы и присутствием в сыворотке

17

электролитов [125, 164]. Различные ионы химических реагентов-коагулянтов,

частично сорбируясь на поверхности белковой частицы, приводят к изменению её

заряда, что при повышении температуры приводит к ещё большей потере

устойчивости белков в растворе. В таком случае степень их выделения достигает

уже более 50%. Таким образом, последовательное внесение в молочную

сыворотку различных кислот и щелочей вызывает разрушение межмолекулярных

связей и одновременное смещение диссоциации молекул в сторону

изоэлектрической точки, что обуславливается нейтрализацией поверхностных

зарядов большей части белковых частиц. Сочетание кислотно-щелочной и

термической коагуляции дает возможность изменять значения рН среды в

диапазонах, соответствующих изоэлектрическим точкам практически всех

сывороточных белков, что существенно повышает степень их выделения. Однако

эти способы осветления сыворотки следует отнести к энергоемким. К тому же

получаемые таким образом сывороточные белковые концентраты допускают

денатурацию белков [1,2,9-14]. А при термокислотном способе осаждения белки

теряют в сравнении с нативными ценные свойства – хорошую растворимость и

способность к гелеобразованию. И находят своё дальнейшее применение, чаще

всего, в производстве некоторых сортов сыра и мясных полуфабрикатов в

качестве наполнителей. Питательная ценность таких продуктов если и снижается,

то незначительно, а вот их биологическая, все – таки вызывает сомнения

[123,186,198].

Кроме того, внесение химических реагентов не всегда положительно влияет

на качество конечных продуктов разделения и соответственно ставит под

сомнение целесообразность их использования в пищевом производстве.

Альтернативой термохимическому способу очистки творожной сыворотки

от белковых веществ может быть применение адсорбционного процесса. В общем

случае как сорбенты используют, как правило, инертные материалы природного

происхождения: активированный угль, бентонит, кремнезём и т.п. Большинство

таких веществ отличаются высокой сорбционной емкостью (около 1000 м3/кг),

большим диаметром пор (до 150 нм), удельной пористостью до 25000 м2/кг и

18

низкой степенью усадки материала [138]. Сущность этого способа осветления

заключается в проведении процесса адсорбции основных компонентов

дисперсной фазы сыворотки на поверхности сорбентов с последующей

десорбцией. Что касается его эффективности применения для очистки творожной

сыворотки, то интерес представляют, прежде всего, сорбенты на основе

кремнезема [138] и полученные в виде мельчайших шариков с фиксацией на их

поверхности большого количества ионообменных групп. Их применение дает

возможность извлекать из сыворотки практически все сывороточные белки. Это

обусловлено тем, что их молекулы легко проникают внутрь пор частиц сорбента,

в то время как микроорганизмы, молочный жир и казеин, из-за своих размеров, не

могут проникнуть в поровое пространство и остаются в элюате сыворотки [46].

Применение сорбентов на основе кремнезема даёт возможность практически

селективно выделять в нативном виде белки молочной сыворотки по основным

фракциям с чистотой до 90% [138]. Технологический процесс состоит из

следующих основных этапов:

- смешивание в реакторе сыворотки с сорбентом;

- выделение элюата;

- промывка сорбента (с белком) водой;

- изменение рН среды и отделение белкового раствора от сорбента;

- концентрирование раствора белков;

- высушивание концентрата и его фасовка в тару.

Получаемый готовый продукт содержит до 97% белка и в основном

состоит из α- и β-лактоглобулина, есть незначительные включения лактозы (до

2%), молочного жира и минеральных веществ (около 0,2%) [70]. Однако

концентрирование получаемого этим способом белкового раствора может быть и

с применением процесса вакуум-выпаривания, поэтому вопрос об экономической

эффективности такой очистки творожной сыворотки следует считать открытым.

В этой связи интерес представляют собой низкотемпературный способ

очистки творожной сыворотки от белков с использованием некоторых природных

полимеров [111-113]. Физическая сущность процесса базируется на

19

термодинамической несовместимости белков с полисахаридами, а также явлении

осмоса между растворами с разным химическим потенциалом растворителя. При

введении в творожную сыворотку, например, природного полисахарида,

образуется жидкая двухфазная система, её равновесие обусловливается переносом

растворителя, при этом раствор белка концентрируется, а другая фаза системы

(раствор полисахарида) разбавляется [111-113]. Основное преимущество такого

«безмембранного осмоса» заключаются в его простоте применения [139,140].

Однако следует иметь в виду, что получаемый по этой технологии белковый

концентрат, как правило, содержит остаточные количества природных полимеров,

что не всегда положительно сказывается на его органолептических показателях.

Например, в Северо-Кавказском федеральном университете был разработан

способ выделения белков из молочной сыворотки с использованием в качестве

комплексообразователя водного раствора хитозана [14]. Сущность технологии

заключается в том, что молочную сыворотку после предварительного

сепарирования подают в реактор (где при необходимости её подкисляют до

значения pH 4÷5 чаще всего предварительно зарезервированной кислой

сывороткой). Туда же подают заранее приготовленный (0,25÷1,0% масс.) раствор

гель-хитозана. Полученную смесь при непрерывном перемешивании

выдерживают в течение 25÷30 минут. Температура осаждения белков варьируется

в интервале 15÷20oC. По завершении процесса в растворе образуются хлопья

комплекса белок-хитозан, который отделяют одним из традиционных методов, а

осветленную таким образом творожную сыворотку направляют на дальнейшую

переработку (молочный сахар, напитки и пр.). Этот способ позволяющий

извлекать около 95% белка сыворотки, имеет и существенный недостаток,

заключающийся в том, что низкомолекулярные компоненты молочной сыворотки,

в частности лактоза, равномерно распределяются в обеих фазах системы. Это

обуславливает её неполное отделение. Кроме того, условия термодинамической

несовместимости полисахаридов и белков существенным образом определяются,

как типами белка (глобулины, альбумины, белковые комплексы с липидами и

т.д.), так и полисахаридов (анионные, нейтральные). Необходимый подбор

20

подходящих условий (например, ступенчатое введение полисахаридов в раствор

белка) позволяет успешно осуществить безмембранное фракционирование. Но

при этом значительно усложняется технология переработки дешевой, в сравнении

с цельным молоком, творожной сыворотки. При всех известных преимуществах

этой технологи её широкое применение, на наш взгляд, сдерживается, во-первых,

не достаточным на сырьевом рынке уровнем ценовой доступности используемого

ингредиента. А во-вторых, необходимость применения современного

эффективного, но дорогостоящего оборудования, используемого для выделения

из сыворотки комплекса белок-хитозан. Кроме того, получаемый по этой

технологии готовый продукт сохраняет характерный запах морепродуктов [10].

Для выделения белков из творожной сыворотки можно использовать и

танин [5]. Но для реализации этого способа требуется предварительная очистки

сыворотки от термолабильных фракций белка. А это сопряжено с

необходимостью использования соответствующего технологического

оборудования, т.е. дополнительными затратами. Известен и аналогичный способ

с применением пектина [8].

Таким образом, все перечисленные методы очистки творожной сыворотки

(при всех их преимуществах и недостатках) объединяет то, что степень

эффективности применения каждого из них обуславливается технологией

вырабатываемого конечного пищевого продукта. Соответственно выбор того или

иного способа, следует рассматривать, скорее всего, с экономической точки

зрения, по крайней мере на начальном этапе. То есть, если

молокоперерабатывающее предприятие имеет все необходимые ресурсы для

рентабельного производства конечного продукта из компонентов творожной

сыворотки, то можно считать, что у него есть основания для рассмотрения

вопроса о внедрении вышерассмотренных способов и соответствующих

технологий. В противном случае следует ограничиться наиболее дешевым

методом её переработки на пищевые полуфабрикаты, которые могут быть

востребованы другими предприятиям.

21

Такой подход к решению проблемы безотходного использования творожной

сыворотки, наверное, следует считать компромиссным. Это, с одной стороны,

будет способствовать прекращению варварского сброса ценного пищевого сырья

в городские канализационные стоки, а с другой - не создаёт тяжелые

экономические условия, как правило, для средних и мелких молочных

предприятий, принуждая их к внедрению дорогостоящих методов переработки

сыворотки в конечный продукт. При этом возможным инициирующим фактором

практической реализации такого подхода может стать снижение либерализма

природоохранных структур в отношении хозяйственной деятельности

предприятий молочной промышленности.

С этих позиций заслуживают особое внимание методы баромембранного

разделения творожной сыворотки [103,172]. Широкое распространение они

получил в экономически развитых странах - США, Германии, Франции, и др.

Применение мембранной технологии позволяет получать в нативном состоянии

все компоненты молочной сыворотки и использовать в производстве различных

пищевых продуктов и напитков.

Экологическая чистота, невысокая температура основных рабочих

процессов, простота аппаратурно-технологического оформления обуславливают

достаточно высокую конкурентоспособность применения баромембранного

разделения при переработке высокомолекулярных жидких систем, в том числе и

творожной сыворотки [33,130,180]. Однако широкому использованию, например,

процесса ультрафильтрации в молочной промышленности препятствует низкая

его эффективность, обусловленная следующими основными причинами [31-34]:

- диспаритет цен на вторичное молочное сырьё и неорганические мембраны

нового поколения, допускающие мойку и регенерацию в жестких режимах

современными химическими реагентами;

- низкий показатель проницаемости полимерных мембран, выпускаемых,

как в РФ, так и за рубежом, которые можно применять в пищевой

промышленности.

22

1.3 Способы повышения эффективности процесса ультрафильтрации

белковых растворов

В настоящее время ультрафильтрационное разделение белковых растворов,

в том числе и творожной сыворотки [53,88,99,] применяется достаточно широко.

И вопрос повышения эффективности процесса ультрафильтрации жидких

полидисперсных систем давно обсуждается [26,27,52,61-64,

67,68,71,72,74,183,184,191-193]. Однако, общепринятой единой теории, в

достаточно полной мере дающей описание механизма снижения показателя

проницаемости мембран при ультрафильтрации вторичного молочного сырья

пока нет. Ряд исследователей [179,98] небезосновательно полагают, что одной из

причин этого явления является адсорбция различных соединений в поровом

пространстве мембран, например, солей фосфора и кальция, входящих в состав

молочной сыворотки. Причем степень проявления тех или иных особенностей

такого взаимодействия может в значительной мере зависеть от физико-

химических свойств разделяемых жидких систем [51,179,190]. Авторы работ [63-

65] основным фактором, определяющим интенсивность такой адсорбции, считают

свойства материала самой мембраны. В исследованиях [62-65] показано, что

снижение проницаемости полимерных мембран при ультрафильтрационном

разделении молочной сыворотки, в первую очередь, связано с интенсивным

отложением фосфатов кальция на мембранной поверхности. В качестве мер

предотвращения блокировки пор фосфатами кальция предлагается регулирование

рН и термизация сыворотки при повышенной температуре, предварительная её

электродиализная обработка с целью частичной деминерализации, инактивация

фосфатов кальция и т.д.

Согласно данным [156,157,160] постепенное снижение проницаемости

ультрафильтрационных мембран при баромембранном разделении белковых

растворов связано с повышением концентрации высокомолекулярных

компонентов в примембранной зоне. При этом адсорбирующиеся на поверхности

мембраны частицы образуют слой, который и блокирует поровые каналы [98,179].

23

При этом на начальном этапе формирования этого слоя происходит образование

«первичного» и наиболее прочно закрепленного на поверхности мембраны слоя в

основном белковых отложений. А при последующем взаимодействии белковых

частиц формируются уже менее закрепленные «вторичные» слои. В дальнейшем

в примембранной зоне возможно уже и адгезионное закрепление микрочастиц

самого различного происхождения, например механических примесей, которые в

большем или меньшем количестве практически всегда присутствуют в реальных

белковых полидисперсных жидких системах. В принципе эту точку зрения

следует считать одной из возможных интерпретаций проявления концен-

трационной поляризации [62-65, 179]. Ее влияние на проницаемость

ультрафильтрационных мембран отрицательно так как:

- увеличение осмотического давления в примембранной зоне приводит к

снижению величины трансмембранного давления, т.е. к снижению движущей

силы процесса;

- повышение концентрации высокомолекулярных веществ в примембранной

зоне способствует их осаждению на поверхности мембраны, что и приводит к

частичной или полной блокировке пор.

Исходя из этого, можно предположить, что для увеличения проницаемости

ультрафильтрационных мембран при баромембранном разделении белковых

полидисперсных систем необходимо снизить в первую очередь уровень

концентрационной поляризации. Но выбор того или иного метода снижения её

уровня должен определяться следующими основными факторами:

- физико-химические характеристики самого материала, который

использован для изготовления мембраны [78,124,173,182];

- конфигурация баромембранного аппарата, определяющая возможность

применения конкретного способа повышения проницаемости мембраны [11];

- экономический или другой эффект от увеличения показателя

проницаемости мембраны.

Если принять во внимание, что физико-химические характеристики

материала мембраны и конструкция аппарата определяются объективными

24

показателями, экологическая сторона вопроса отражена в нормативных

документах, касающихся технологии основного производства, то выбор метода

снижения уровня концентрационной поляризации при ультрафильтрации

вторичного молочного должен определяться:

- минимальным уровнем приведенных затрат при его применении в

условиях пищевого производства;

- условиями сохранения нативных свойств ценных белковых компонентов

разделяемой системы.

С точки зрения кинетики процесса ультрафильтрации в основе любого

метода снижения уровня концентрационной поляризации находится принцип

увеличения массоотдачи к центральной области потока разделяемой системы

движущейся в канале баромембранного аппарата из его примембранной зоны

[153-155]. Это может быть достигнуто:

1. Увеличением скорости движения разделяемой системы относительно

поверхности мембраны [62,63]. Создание высокоскоростного циркуляционного

потока в мембранном канале ведет росту сил трения и, как следствие,

значительное снижение давления по длине канала [63]. Соответственно возникает

необходимость применять баромембранные аппараты с короткими каналами, и

каскадные системы, что связано с дополнительными эксплуатационными и

энергетическими затратами.

Увеличение относительной скорости потока разделяемой системы

реализовано в конструкции аппарата [197], у которого поверхность мембран

размещена на вращающихся горизонтальных дисках, установленных на

вертикальном полом валу, через который подается разделяемая система.

Простота и эффективность этого способа предотвращения гелеобразования на

мембранной поверхности сопряжены со сложностью монтажа мембран,

технического обслуживания и ремонта такого аппарата, высокими требованиями

к эксплуатационным параметрам его работы.

2. Применением мембранного канала, конфигурация которого обеспечивает

гидродинамические условия максимального массообмена.

25

Например, у баромембранных аппаратов рулонного типа удельная

поверхность мембран может достигать 400 м2/м

3, а ламинарный режим течения

разделяемой системы дает возможность поддерживать приемлемый уровень

концентрационной поляризации [64]. Но точность изготовления комплектующих,

тщательность сборки всей конструкции значительно увеличивают себестоимость

такого оборудования. А малые размеры мембранного канала обуславливают

необходимость предварительной очистки разделяемых жидких

высокомолекулярных полидисперсных систем от практически любых

механических примесей.

3. Изменение физико-химических свойств материала мембран.

Уровень концентрационной поляризации и соответственно интенсивность

формирования загрязняющих мембранную поверхность отложений зависит от

сорбционных свойств мембраны [179]. Перспективным направлением в

разработке способов уменьшения интенсивности адсорбционного взаимодействия

в самой системе «белок-мембрана» может быть применение некоторых типов

ядерных мембран [28]. Интерес представляют и мембраны, представляющие

собой матрицу из нескольких слоев полимеров, что позволяет варьировать их

сорбционные свойства [179].

Однако химический состав материала мембран, используемых для

ультрафильтрационного разделения молочной сыворотки, жестко обусловлен

требованиями технологий их изготовления и получением допуска к

использованию в пищевой промышленности. Внесение изменений в этой области,

например, модифицирование мембранной поверхности путём плазменного

напыления ультратонких слоев полимеров [28], сопряжено не только с

дополнительными экономическими затратами, но и значительно ограничено

санитарно-гигиеническими требованиями.

4. Интенсификация процесса массообмена в примембранной зоне аппарата

путем турбулизации разделяемого потока.

Интенсивное перемешивание разделяемой высокомолекулярной

полидисперсной жидкой системы может способствовать значительному

26

снижению концентрации частиц дисперсной фазы в примембранной зоне, что

ведёт к увеличению проницаемости мембран [62, 11]. Например, в мембранных

аппаратах трубчатого типа с этой целью иногда используют статические

перемешивающие устройства [1] в виде различных спиралей, размещаемых по

оси мембранного канала. Такого типа турбулизаторы применяют и в аппаратах

плоскорамного типа [62]. Формируемое при этом вихревое движение постоянно

обновляет диффузионный примембранный слой и способствует снижению уровня

концентрационной поляризации. Однако все турбулизаторы создают

дополнительные гидравлическое сопротивление в мембранном канале аппаратов

и способствуют формированию в нём застойных зон, что значительно усложняет

последующую мойку и санобработку мембран.

5. Нетрадиционные способы снижения концентрационной поляризации.

В первую очередь это касается всех методов воздействия с помощью самых

разных физических полей (ультразвукового, гравитационного, центробежных

сил) на примембранный слой разделяемой системы [76]. Возможна их

комбинированное использование в различных конструкциях баромембранных

аппаратов [80]. Известен способ снижения концентрационной поляризации,

основанный на организации обратного тока пермеата [63]. В процессе

ультрафильтрации периодически на короткое время меняют направление

трансмембранного давления, вследствие чего обратный рабочему направлению

поток пермеата вызывает частичное разрушение образовавшихся на мембранной

поверхности отложений и тем самым разблокирует поры. При этом возможно

выведение высококонцентрированного слоя разделяемой системы из аппарата

[75,101,102,134,11].

Известна конструкция баромембранного аппарата, в котором повышенная

интенсивность перемешивания разделяемой системы и одновременно очистка

рабочей поверхности мембран достигается введением в поток некоторого

количества инертных частиц [31]. При этом наиболее эффективно применение

таких подвижных турбулизаторов, когда концентрация ретентата достигает

значительных величин. Проницаемость мембран при этом может увеличиваться в

27

2-2,5 раза [29]. С другой стороны такое увеличение проницаемости мембран

связано с применением устройства, с помощью которого инертные частицы

должны выводиться из рабочей зоны аппарата. Кроме того, механическое

взаимодействие инертных частиц и мембраны продуцирует продукты износа в

ретентате, что может не удовлетворять санитарно-гигиеническим требованиям

производства.

Следует отметить, что все эти решения, прежде всего, связаны с

дополнительными, по сравнению с традиционной компоновкой технологического

оборудования, энергетическими затратами на интенсификацию процесса

массообмена в канале баромембранных аппаратов. Но применение

ультрафильтрации в молочной промышленности связано чаще всего с

переработкой дешевого сырья, например, творожной сыворотки. Поэтому любые

затраты, связанные с изменением конструкции типового мембранного аппарата

как способом снижения концентрационной поляризации следует сопоставлять с

достигаемым экономическим эффектом.

6. Изменение физико-химических показателей разделяемой системы.

С увеличением температуры большинства видов жидких

высокомолекулярных полидисперсных систем, как правило, снижается их

вязкость и возрастает диффузия частиц дисперсной фазы, что способствует

уменьшению уровня концентрационной поляризации [64,196] и увеличению

проницаемости мембран [64]. Некоторые показатели творожной сыворотки, как

объекта ультрафильтрации, можно менять с помощь типовых технологических

операций:

- вязкость: зависит, прежде всего от температуры и массовой доли сухого

вещества;

- гидрофильность сывороточных белков: имеет большое влияние на

межмолекулярное взаимодействие в системе «белок - мембрана» [128,179];

- растворимость белков: регулируется изменением pH разделяемой системы

или путем проведением электродиализной обработки;

- способность сывороточных белков к гелеобразованию: для усиления

28

эффекта турбулизации потока при определенных условиях возможно введение в

разделяемую систему частиц дисперсной фазы, которые не требуется выделять из

ретентата [70];

- способность сывороточных белков к пенообразованию: также определяет

интенсивность физико-химического взаимодействия в системе «мембрана -

разделяемая система», что, ввиду сложности вопроса, требуется выделить в

отдельное направление специальных исследований.

Таким образом, результаты анализа литературных данных [1,4-21,62-65,

99,11,12] позволяют полагать, что в настоящее время пока нет достаточно

эффективных способов уменьшения уровня концентрационной поляризации при

ультрафильтрационном разделении вторичного молочного сырья. Наиболее

перспективным направлением в решении задачи интенсификации процесса

ультрафильтрации творожной сыворотки представляется изменение её состава и

физико-химических свойств, при выполнении следующих основных условий:

- полученные в результате пермеат и ретентат должны быть пригодны для

последующей переработки в производстве пищевых продуктов;

- проницаемость полимерных мембран должна увеличиться;

- экономические затраты на переработку этого сырья не могут превышать

уровень при традиционно используемой мембранной технологии.

С этой точки зрения особый интерес представляет обогащение состава

творожной сыворотки путём добавления в неё подсластителя растительного

происхождения (Stevia rebaudiana Bertoni), направленная на улучшения её

органолептических показателей [108,109,6] и физико-химических свойств, как

объекта ультрафильтрационного разделения, что согласуется с концепцией

создания продуктов из молочной сыворотки и растительного сырья [89].

29

1.4 Натуральные подсластители растительного происхождения

Среди натуральных подсластителей растительного происхождения для

молочной промышленности практический интерес представляет стевиозид (E

960), получаемый из Stevia rebaudiana Bertoni – одного из многочисленных

представителей всего рода Stevia. Листья стевии имеют сладкий вкус, благодаря

содержащимся в них низкокалорийным дитерпеновым гликозидам [108,119]:

стевиозид (5 ÷ 16 %), ребаудиозид А (около 4 %), ребаудиозид С (до 1,4 %),

дилкозид А (примерно 1 %). Кроме этого, в листьях стевии обнаружены пектины,

флавоноиды (никотиновая кислота), аминокислоты, эфирные масла, минеральные

элементы (К, Са, Mg, Р, Zn, Fe и др.), а также витамины группы А, С, Е, Р

(таблица 1.3, 1.4). Если свежий лист стевии по степени сладости сопоставим со

свекловичным сахаром, то сухой лист в 30 ÷ 40 раз, водный экстракт – в 40 ÷ 50

раз, а концентрированный экстракт почти 100 раз его превосходят. Дитерпеновые

гликозиды, определяющие сладость стевии, слаще сахара: стевиозид – в 200,

ребаудиозид А – в 250, ребаудиозид С и дулкозид – в 30 раз соответственно [82].

Таблица 1.3 - Основные компоненты химического состава сухих листьев

Stevia rebaudiana Bertoni, % [87]:

Влага 10,00–11,00

Белки 9,40–10,70

Липиды 0,50–1,90

Углеводы 26,58–28,19

В том числе:

моносахариды 0,82–1,14

дисахариды 0,61–1,40

крахмал 1,57–1,73

пищевые волокна 23,58–23,92

Экстрактивные вещества 37,70–38,10

В том числе:

дитерпеновые гликозиды 16,80–17,20

Минеральные вещества 8,37–8,75

Однако при всех положительных качествах листьев стевии их

непосредственное использование как подсластителя при производстве различных

30

продуктов питания несколько ограничено ввиду того, что они имеют лакричный

(слегка горьковатый) привкус. Это обусловлено содержанием в них некоторого

количества ликуразида (тритерпенового сапонина), которое можно значительно

снизить путём несложной технологической обработки, позволяющей

максимально сохранить в нативном виде дитерпеновые гликозиды [87].

Таблица 1.4 - Основные компоненты химического состава стевии после

технологической обработки [87]:

Показатель Сухие листья стевии Готовый продукт

Вкус и запах

Сладкий, с лакричным

привкусом

Сладкий, без горечи и

привкуса

Цвет Бурый Темно-зеленый

Внешний вид –

Тонкодисперсный

порошок

Степень измельчения, мкм – 20–30

Коэф-т сладости 15–17 20–25

Массовая доля, %:

гликозидов 16,80 18,10

ликуразида 1,20 0,10

пектина 0,50 0,91

протопектина 1,12 0,80

Массовая доля белков, %:

водорастворимые 24,50 23,10

солерастворимые 44,20 45,10

щелочерастворимые 31,90 31,80

Витаминов, мг/100 г:

С 8,66 8,05

Е 23,55 22,37

β-каротина 4,85 5,10

Макроэлементов, мг/100 г:

кальций 2944 2944

калий 1750 1750

магний 1229 1229

натрий 508 508

Фосфор 549 549

Микроэлементов, мг/кг:

железо 54,50 54,50

цинк 34,09 34,09

марганец 14,28 14,28

хром 11,56 11,56

медь 7,47 7,47

селен 0,32 0,32

31

Необходимо отметить, что в результате обработки сырья происходит

снижение содержания водорастворимых белков в готовом продукте, что, скорее

всего, связано с разрушением белковых молекул. Но при этом увеличивается

количество растворимого пектина, за счет уменьшения протопектина,

составляющего основу пектоцеллюлозной оболочки клеток.

Мельниковой Е.И. запатентован способ получения жидкого экстракта на

основе пермеата творожной сыворотки [6,108,109]. По данным авторов

исследований [49,108] получаемый таким способом пищевой полуфабрикат не

только объединяет в своём составе ценные свойства творожной сыворотки, как

основы лечебно-профилактических продуктов питания, но и дефицитные

нутриенты листьев стевии. Он характеризуется и хорошими органолептическими

показателями [49], что обусловлено переходом из листьев стевии в экстракт

глутаминовой и аспарагиновой аминокислотами, повышающими

чувствительность вкусовых рецепторов. Кроме того, установлена повышенная, в

сравнении с пермеатом, антимикробная активность молочно-растительного

экстракта, что расширяет его возможности при использовании как подсластителя

и биологически активной добавки в производстве напитков, мороженого, желе и

т.п. [108].

Таким образом, есть основания полагать, что, во-первых, добавление

компонентов стевии в натуральную творожную сыворотку может улучшить её

органолептические показатели и обогатить состав продуктов питания,

приготовленных на такой основе, целым рядом полезных веществ [82]. А, во-

вторых, при определенных условиях – изменить физико-химические свойства

сыворотки, как объекта ультрафильтрации в результате взаимодействий в системе

«белок-низкомолекулярные углеводы» (Б-НУ) [21,187,185,199].

На основании анализа данных из литературных источников была

сформулирована следующая гипотеза. Технология переработки творожной

сыворотки на основе обогащения её состава путём добавления компонентов

натурального подсластителя растительного происхождения Stevia rebaudiana

Bertoni и последующей её ультрафильтрации повышает эффективность

32

использования этого вида вторичного молочного сырья в пищевом производстве.

Недостаточный объем или полное отсутствие данных о рабочих параметрах

процесса и технологии ультрафильтрации творожной сыворотки обработанной

компонентами натурального подсластителя растительного происхождения Stevia

rebaudiana Bertoni обусловили необходимость проведения собственных,

направленных на проверку выдвинутой научной гипотезы, исследований.

1.5 Цель и задачи исследований

На основании анализа данных из открытых литературных источников были

сделаны следующие выводы, определившие формулировку цели

диссертационного исследования:

1. В настоящее время, как в РФ, так и за рубежом происходит осознание

остроты проблемы охраны окружающей среды, сформировалась заметная

тенденция в развитии мембранных технологий, позволяющих осуществлять

полное использование всех компонентов пищевого сырья. В связи с этим задача

разработки методов повышения эффективности процесса ультрафильтрационного

разделения творожной сыворотки является актуальной.

2. Неорганические полупроницаемые мембраны нового поколения, в

отличие от полимерных, характеризуются высокими показателями термической и

химической стойкости. Это позволяет проводить их мойку и регенерацию в

жестких режимах. Однако они значительно дороже ацетатцеллюлозных или

полисульфонамидных мембран.

3. Из традиционно применяемых методов увеличения проницаемости

мембран при ультрафильтрационном разделении жидких высокомолекулярных

полидисперсных систем, к которым относится и творожная сыворотка, наиболее

перспективным следует считать изменение физико-химических свойств объекта

баромембранного разделения.

Целью исследования является разработка технологии комплексной

переработки творожной сыворотки путём обогащения экстрактом стевии с

33

последующей ультрафильтрацией в аппаратах кассетного типа.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие

основные задачи:

1. Обосновать целесообразность обогащения творожной сыворотки компонентами

сырья растительного происхождения (Stevia rebaudiana Bertoni) и изучить её

физико-химические характеристики, а также ретентата и пермеата, получаемых

при ультрафильтрации.

2. Установить зависимости, описывающие влияние основных факторов на

проницаемость и селективность полимерных мембран при ультрафильтрации

обогащенной творожной сыворотки на аппаратах кассетного типа и определить

рациональные значения основных параметров процесса.

3. Изучить влияние фактора концентрирования на содержание сухих веществ,

органолептические характеристики пермеата обогащенной творожной сыворотки

компонентов, получаемого при её ультрафильтрации.

4. Разработать рекомендации по дальнейшему совершенствованию общей

технологической схемы переработки творожной сыворотки на основе применения

процесса её ультрафильтрационного разделения и обосновать основные пути

использования полученных в результате ультрафильтрации обогащенной

творожной сыворотки пермеата и ретентата в пищевом производстве.

5. Определить экономическую эффективность, экологическую и социальную

значимость результатов проведенных исследований.

34

ГЛАВА 2 ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТЫ И МЕТОДИКИ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Общая схема проведения экспериментальной работы и основное

лабораторное оборудование

В соответствии с поставленной целью и сформулированными задачами

исследований была составлена общая программа и подобраны стандартные

методики проведения теоретических и экспериментальных работ. Научная

информация по тематике диссертации собрана на основании анализа

общедоступных фондов федерального государственного бюджетного учреждения

«Федеральный институт промышленной собственности» (ФИПС), библиотек РГБ,

СКФУ и открытой сети Интернет. Основная часть экспериментальных

исследований выполнена в учебно-исследовательских лабораториях института

транспорта, строительства и машиностроения (ИСТиМ), а также института живых

систем (ИЖС) федерального государственного автономного образовательного

учреждения высшего профессионального образования «Северо-Кавказский

федеральный университет» (СКФУ) и технологического института сервиса

(филиал) ФГБОУ ВО «Донской государственный технический университет»

(СТИС). Апробация результатов исследований выполнена в экспериментальном

цехе АО «Молочный комбинат «Ставропольский» (МКС) и в дочерней компании

АО «МЕГА» (Чешская республика).

Вся работа, выполненная в рамках темы диссертационного исследования,

структурно проведена в три основных этапа:

- изучение научно-технической литературы по комплексной переработке

вторичного молочного сырья, открытых данных о результатах деятельности

ООО «МЕГА ПрофиЛайн», МКС и ряда других предприятий, занятых в молочной

отрасли пищевой промышленности; на основе анализа сформированной

информационной базы и результатов собственных экспериментальных

исследований, проведенных по программе всероссийского молодежного научно-

35

инновационного конкурса «УМНИК - 2014» были сформулированы цель и задачи

исследовательской работы;

- планирование, организация и проведение экспериментальных работ:

подобрана традиционная методика (таблица 2.1), использовано готовое

лабораторное и на базе промышленного аппарата изготовленное

ультрафильтрационное оборудование; проверка воспроизводимости полученных

научных результатов выполнена в рамках договора о творческом содружестве

между ООО «МЕГА ПрофиЛайн», ИСТиМ и ИЖС СКФУ;

- обработка результатов исследований, формулирование основных

выводов, разработка практических рекомендаций и оформление технической

документации, в том числе заявок на полученной объекты интеллектуальной

собственности.

Для определения основных характеристик объектов исследований и

параметров технологических процессов использовались общепринятые и

стандартные методы, приведенные в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Методы и методики исследований

№

п/п

Наименование

показателя Наименование метода

ГОСТ, другие

источники

1 2 3 4

Творожная сыворотка

1 Отбор и подготовка проб

к анализу

По стандартным

методикам

ГОСТ 26809-

86

2 Титруемая кислотность Титрование ГОСТ 3624-92

3

Активная кислотность

(концентрация ионов

водорода)

Потенциометрический

метод с использованием

рН-метра рН-150 в

диапазоне измерения от 0

до 14 единиц рН с

основной допускающей

погрешностью в пределах

±0,05 единиц

ГОСТ 26781-

85

4 Массовая доля влаги и

сухого вещества

Метод высушивания на

анализаторе влажности

«Эвлас-2М»

ГОСТ 3623-73

5 Массовая доля белка Рефрактометрический ГОСТ 25179-

90

36

Окончание таблицы 2.1

№

п/п Наименование показателя Наименование метода

ГОСТ, другие

источники

1 2 3 4

Творожная сыворотка

6 Плотность Ареометрический метод ГОСТ 3625-84

7 Температура Термометрический метод ГОСТ 26754-85

8

Отбор и подготовка проб

для микробиологического

анализа

По стандартным

методикам

ГОСТ 266 68-

85; ГОСТ 266

69-85

9

Бактерии группы

кишечной палочки

(БГКП)

Метод разведений и

посева на среду Кесслер ГОСТ 9225-84

Водный экстракт стевии

1 Разделение жидких

неоднородных систем

Методами фильтрования

и центрифугирования ГОСТ 16887-71

2

Сроки годности и условия

хранения пищевых

продуктов

По стандартным

методикам

МУК 4.2.1847-

04

3 Внешний вид, вкус, запах,

консистенция Органолептический метод

4 Соки фруктовые и

овощные

Метод определения

относительной плотности

ГОСТ Р 51431-

99

5 Соки фруктовые и

овощные

Метод определения

титруемой кислотности

ГОСТ Р 51434-

99

6 Температура Термометрический метод ГОСТ 26754-85

7

Отбор и подготовка проб

для микробиологического

анализа

По стандартным

методикам

ГОСТ 266 68-

85; ГОСТ 266

69-85

8 Фотоаппарат Canon D600 Фотографии поверхности

мембран

9 Соки фруктовые и

овощные

Метод определения D-

глюкозы и D-фруктозы

ГОСТ Р 51240-

98

10 Продукты переработки

плодов и овощей

Методы определения

сухих веществ или влаги ГОСТ 28561-90

11 Продукты переработки

плодов и овощей

Титриметрический метод

определения пектиновых

веществ

ГОСТ 29059-91

Органолептическую оценку полуфабрикатов и готовых продуктов

осуществляли по ГОСТ Р ИСО 3972-2005 и ГОСТ 28283-89 [21]. Базовая схема

37

проведения исследований представлена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1- Общая схема проведения исследовательской работы

Аналитический обзор

патентно-

информационной

литературы по

проблеме повышения

эффективности

баромембранной

переработки

вторичного молочного

сырья

Обоснование способа

интенсификации

процесса

ультрафильтрации

творожной сыворотки

путём изменения ее

физико-химических

свойств, как объекта

мембранного

разделения

Совершенствование

технологии переработки

творожной сыворотки путем

добавления экстракта сырья

растительного

происхождения (Steviа

rebaudiana Bertroni) c

последующей

ультрафильтрацией в

аппаратах кассетного типа и

определение путей

использования получаемых

и ретентата и пермеата

2 Экспериментальная часть

Определение рациональных

значений параметров процесса

ультрафильтрации обогащенной

компонентами экстракта стевии

творожной сыворотки

Разработка энергоэффективной

комплексной технологии производства

напитков (из ретентата) и глюкозо-

галактозного сиропа (из пермеата) на

основе творожной сыворотки с

добавлением экстракта стевии

3 Опытно-промышленная апробация

Разработка технической

документации (СТО и ТИ) на

напитки и глюкозо-галактозный

сироп из творожной сыворотки с

добавлением экстракта стевии

Проведение опытно-промышленной

апробации производства напитка и

глюкозо-галактозного сиропа из

творожной сыворотки с добавлением

экстракта стевии

Расчет ожидаемого экономического эффекта от внедрения технологии

переработки творожной сыворотки путем добавления экстракта сырья

растительного происхождения

(Steviа rebaudiana Bertroni) c последующей ультрафильтрацией

1 Теоретическая часть

38

2.2 Обоснование выбора типа мембран для ультрафильтрации обогащенной

добавлением экстракта стевии творожной сыворотки

При подборе типа мембран, предназначенных для ультрафильтрационного

разделения ОТС, принимались во внимание следующие основные критерии:

- сравнительный коэффициент проницаемости мембраны: количество

пермеата, проникающего через единицу поверхности мембраны единичной

толщины за единицу времени при единичном перепаде давления - кг/(м2·с·Па);

однако при выполнении экспериментальных работ удобнее использовать

показатель проницаемости мембран: кг/(м2·с);

- селективность мембраны: процесс баромембранного (в частности

ультрафильтрационного) разделения жидких полидисперсных систем с

применением полупроницаемых мембран в общем случае можно охарак-

теризовать наличием трех материальных потоков (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 - Схема потоков при ультрафильтрационном разделении жидких

полидисперсных систем

39

Подходящий к мембране поток G1, поток G3, проходящий через

полупроницаемую мембрану и отходящий от мембраны поток G2. С этой точки

зрения под селективностью следует понимать отношение массы М2=G2∙С2 частиц

дисперсной фазы разделяемой системы в потоке, отходящим от мембраны к их

массе М1=G1∙С1 в исходном потоке. Тогда селективность мембраны можно

рассчитать по выражению: Ψ= (G2∙С2/ G1∙С1)∙ 100%.

- химическая стойкость и инертность материала мембраны в отношении

компонентов разделяемой жидкой полидисперсной системы, моющих,

дезинфицирующих и консервирующих веществ: этот показатель относится к

одному из важнейших, т.к. он определяет саму возможность применения

данного типа мембран для баромембранного разделения жидкой полидисперсной

системы по санитарно-гигиеническим требованиям.

- стабильность во времени эксплуатационных характеристик мембраны:

следует отметить, что этот показатель следует соотнести с другими, в первую

очередь, экономическими (себестоимость получаемой товарной продукции,

затраты на мойку, санобработку и дезинфекцию мембраны, её срок эксплуатации

до замены и т.п.).

- стоимость мембраны: при выборе по этому критерию целесообразно

руководствоваться интегральной оценкой, связанной, например, с

себестоимостью готовой продукции или с затратами основного производства.

Анализ литературных данных [79,11,17,143,81,115,145] и результатов

собственных исследований позволил установить, что в настоящее время для

ультрафильтрационного разделения творожной сыворотки целесообразно

использовать полимерные мембраны следующих типов: УАМ-500 и УАМ-150,

которые серийно выпускает ЗАО НТЦ «Владипор» (г. Владимир). Лабораторная

установка Cogent M 1 в базовой комплектации оснащена мембранными кассетами

Пелликон 2. Основные эксплуатационные характеристики этих мембран

приведены в таблице 2.2.

40

Таблица 2.2 – Основные эксплуатационные параметры мембран

Основные

параметры

Тип мембран

УПМ-П УПМ-

67

УАМ-

150

УАМ-

500 Пелликон

2

Давление, МПа

0,1-0,4 0,1-0,4 0,1-0, 5 0,1-0, 5 0,1-0, 5

Предел задержки,

кДа 30-35 45-50 20-25 50-55 65-70

Температура, С0

5-40 5-40 10-50 10-50 5-50

рН моющей среды 2-10 2-10 2-12 2-12 2-12

Период службы, час до 3500 до 3500 до 3000 до 3000 до 4500

Цена за 1 м2, руб. от 550 от 600 от 400 от 400 ---

Комплектование

фильтр-элементов типовое типовое типовое типовое заказ

По базовому параметру (порога задержки) эти мембраны могут быть

использованы для проведения процесса ультрафильтрации молочного сырья. При

эксплуатации в равных условиях полисульфонамидные мембраны (УПМ)

отличаются от ацетатцеллюлозных (УАМ) большей стоимостью и увеличенным

сроком службы. Но при использовании мембранам типа УАМ-500 и УАМ-150

процесс можно вести при повышенном рабочем давлении и осуществлять более

жесткую мойку. Мембраны Пелликон 2 обладают в сравнении с отечественными

аналогичными характеристиками, но их выбор для промышленного

использования сопряжен с валютными затратами, что затрудняет определение

экономической эффективности их применения в пищевом производстве.

Повышенная химическая стойкость к моющим реактивам, действию различных

консервантов обусловливает их применение для комплектации мембранных

аппаратов с рулонными и кассетными элементами. Но высота мембранного

канала у них не может быть более 1-2 мм, соответственно разделяемая система не

должна содержать механические примеси, требуется её тщательная

предварительная очистка. Это даёт основания полагать, что для баромембранного

разделения ОТС предпочтительнее может оказаться применение листовых

мембран типа в аппаратах плоскорамного типа. А за счет исключения операции

41

предварительной очистки разделяемой системы упростить аппаратурно-

процессовую схему ультрафильтрации ОТС с одной стороны, а с другой –

сократить расходы на замену вышедших из строя комплектов фильтр-элементов.

Однако необходимо принять во внимание то, что выбор конфигурации

баромембранных аппаратов для промышленного применения будет во многом

определяться технологией переработки ОТС, как основного компонента

молочных полуфабрикатов и напитков.

Однако в настоящее время достаточно полных данных по проницаемости и

селективности полимерных мембран при ультрафильтрации ОТС пока нет. Что

и обусловило необходимость проведения соответствующих

экспериментальных исследований.

Для подбора плоских полимерных мембран и определения их

эксплуатационных характеристик использовалась специальная лабораторная

установка Millipore, производства США. Её принципиальная схема и внешний

вид представлены на рисунках 2.2 и 2.3. Основной режим работы этой установки

– непрерывный, но при ограничении подачи свежего сырья также возможен и

периодический. Предварительно очищенную и подготовленную творожную

сыворотку заливают в емкость 1 для исходного продукта (где после завершения

процесса собирается ретентат). Насосной станцией 2 разделяемая жидкая система

подается в мембранный аппарат 3, в котором и осуществляется её

ультрафильтрация. Выделяемый пермеат собирается в емкости 4, а

обрабатываемая сыворотка возвращается в емкость 1. Контроль текущих

значений и управление параметрами процесса разделения осуществляется через

встроенную систему управления 5.

42

Рисунок 2.2 - Принципиальная схема установки с кассетными мембранными

элементами

Регистрация данных выводится на сопряженную ПЭВМ, отображается в

режиме реального текущего времени на экране монитора и может быть выведена

на печать в текстовом редакторе (Excelили Word). Компоновка насосной станции

выполнена таким образом, что возможно варьирование всех основных параметров

процесса ультрафильтрационного разделения в достаточных для целей

исследования диапазонах. После обработки и анализа полученных на

лабораторной установке экспериментальных данных разрабатывались

рекомендации о возможности применения использованных типов мембран для

комплектации мембранного аппарата промышленного образца.

43

Рисунок 2.3 - Внешний вид лабораторной установки Cogent M 1

Это позволяет исключить обычно проводимую процедуру интерпретации

результатов эксперимента для полномасштабных аналогов соответствующего

оборудования. Такой подход к организации исследовательской работы не только

сокращает её объем, но и позволяет значительно сузить диапазоны поиска

оптимальных значений рабочих параметров процесса ультрафильтрации

разделяемых систем при проектировании и пуско-наладке промышленных

мембранных установок.

2.3 Обоснование конфигурации аппарата и выбора основных параметров процесса

ультрафильтрации творожной сыворотки ОТС

Основные требования, которые обычно предъявляются к

баромембранному оборудованию, могут быть сведены к одному показателю-

44

высокая производительность при наименьшем соотношении площади

поверхности мембраны к объёму мембранного аппарата. Как правило, технология

производства целевого продукта определяет параметр проницаемости и

допустимый показатель селективности фильтр-элементов при соблюдении прочих

требований (химическая стойкость к компонентам разделяемой системы, моющих

веществ, приемлемая стоимость мембран и т.п.). С этой точки зрения задача

обеспечения высокой проницаемости мембран при необходимом уровне их

селективности, будет заключаться в определении оптимальных значений

основных параметров процесса баромембранного разделения, в том числе и

ультрафильтрации ОТС. В ходе процесса баромембранного разделения такой

сложной высокомолекулярной полидисперсной системы на проницаемость и

селективность мембраны существенно оказывает влияние концентрационная

поляризация (КП) [31,44]. Это явление, характеризующееся значительным

увеличением концентрации частиц дисперсной фазы разделяемой системы от

начального значения С0 до Сmax, вызывает формирование полей отложений на

поверхности мембран. Что всегда значительно уменьшает их проницаемость,

часто до полной блокировки пор (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 - Схема профиля изменения концентрации частиц дисперсной фазы

при ультрафильтрации молочной жидких полидисперсных систем

45

В процессе баромембранного разделения жидких полидисперсных систем

через мембрану проходят в основном только частицы дисперсионной среды. И

при этом концентрация частиц дисперсной фазы в примембранной зоне

повышается. Уровень КП в таком случае будет характеризоваться отношением

концентраций частиц дисперсной фазы С1 непосредственно у поверхности

мембраны и в разделяемой системе С0. Но в общем случае С0 увеличивается с

течением времени, и удерживать концентрационную поляризацию на постоянном

уровне можно только путём уменьшения величины С1.

Установлено [35,71,81,144], что при ультрафильтрационном разделении

жидких высокомолекулярных систем, в частности молочной сыворотки, на

проницаемость и селективность мембран наибольшее влияние оказывают

следующие факторы:

- величина рабочего давления в мембранном аппарате;

- скорость циркуляции разделяемой системы;

- температура и длительность процесса;

- массовая доля частиц дисперсной фазы в ретентате.

Уровень КП можно снизить, либо уменьшив величину рабочего давления,

или уменьшив толщину примембранного высококонцентрированного слоя частиц

дисперсной фазы за счет высокой скорости циркуляции разделяемой системы в

канале баромембранного аппарата [30,56]. Но, чем меньше рабочее давление, тем

ниже производительность оборудования и больше его требуемая величина

поверхности мембран. Что не всегда приемлемо по экономическим

соображениям. Если же для ультрафильтрации молочной сыворотки использовать

низкоселективные по белку мембраны, то за счет снижения в примембранной зоне

уровня КП можно повысить проницаемость мембран, компенсируя их низкую

селективность увеличением числа каскадов разделения. Для этого необходимо

использовать наиболее простое и дешевое оборудование – плоскорамного типа,

конструктивные особенности которого позволяют достигать и высоких скоростей

циркуляции сыворотки в канале баромембранного аппарата [114]. С другой

стороны для интенсификации процесса перемешивания разделяемой системы в

46

примембранной зоне и снижения тем самым уровня КП, в мембранный канал

аппаратов плоскорамного типа можно устанавливать специальные вставки-

турбулизаторы потока. Это значительно увеличивает коэффициент массоотдачи и

соответственно повышает проницаемость мембран. Достаточно большая величина

удельной площади мембранной поверхности является особенностью

ультрафильтрационных аппаратов плоскорамного типа. Вместе с тем высота

мембранного канала допускает высокую скорость циркуляции разделяемой

системы при широком диапазоне варьирования величины рабочего

давления[30,72].

Повышение температуры процесса ультрафильтрации молочной сыворотки,

а, следовательно, уменьшение её вязкости, позволяет увеличить коэффициент

диффузии частиц дисперсной фазы и снизить толщину граничного слоя высокой

концентрации. Но увеличение энергозатрат на реализацию процесса

баромембранного разделения дешевой, в сравнении с молоком, сыворотки

повысит себестоимость целевых продуктов - пермеата и ретентата. А в условиях

постоянного роста стоимости энергоносителей переработка сыворотки, скорее

всего, может оказаться нерентабельным. А с другой стороны в условиях

повышенной температуры при 6-7 часовой продолжительности процесса

ультрафильтрации внутри мембранного аппарата создаются благоприятные

условия для развития патогенной микрофлоры. А это всегда приводит к

биологическому загрязнению рабочей поверхности, подложки мембран и

внутрипорового пространства [79-81,144]. По рекомендациям [77] температура

молочной сыворотки при её ультрафильтрации не должна превышать t=12-14 0C.

Уменьшение массовой доли частиц дисперсной фазы в разделяемой системе

является одним из путей решения задачи снижения уровня КП. Но с точки зрения

разработки эффективной технологии дальнейшего использования полученного

при ультрафильтрации молочной сыворотки ретентата, в нём должно содержаться

максимально возможное количество белка. Таким образом, снижение уровня КП,

обеспечивающее высокую производительность баромембранного оборудования,

используемого для переработки молочной сыворотки может быть достигнуто

47

путём использования аппаратов плоскорамного типа, позволяющих провести

процесс при высоких значениях скорости циркуляции разделяемой системы и

рабочего давления в мембранном канале и повышенном содержании частиц

дисперсной фазы в ретентате.

2.4 Математическая обработка результатов исследований

В соответствии с общим планом диссертационной работы,

экспериментальные исследования были направлены на изучение

закономерностей осветления сыворотки, получаемой в производстве зерненного

творога, а также процессов ультрафильтрационной обработки такого сырья после

обогащения его химического состава добавлением экстрактов стевии (ОТС),

разработке рецептуры и опытной выработке молочных напитков на основе

пермеата и ретентата.

Графические зависимости между физическими и технологическими

параметрами ОТС при её ультрафильтрации, как правило, отображались

плавными кривыми. Резкие перегибы на кривых не наблюдались, изменения

скорости нарастания или убывания соответствующих функций были связаны с

изменениями в исследуемой системе, например, снижение проницаемости и

нарастание селективности мембран. В этих случаях наблюдаемым явлениям были

даны теоретические обоснования.

В проводимых исследованиях задавалось необходимое количество

независимых параметров процессов и определялись значения зависимых

переменных. Исходной формой рабочих записей результатов исследований, чаще

всего, являлись таблицы. Это позволяет с достаточной точностью фиксировать

данные измерительных приборов и может служить для фиксации любого

количества переменных, но не позволяет визуально воспринимать характер

изменения целевых функций.

Для повышения эффективности проведения технологического процесса

баромембранного разделения ОТС была решена задача его оптимизации. Она

48

заключалась в определении зависимостей между входными параметрами и

выходными функциями, а также нахождении таких значений основных влияющих

факторов, при которых проницаемость и селективность мембран были

оптимальными. Исходный экспериментально-статистический материал, который

необходим для построения соответствующей модели в форме уравнения

регрессии, получен в результате постановки активного эксперимента по

специально разработанному для этой цели плану.

В работе использован ортогональный план полного факторного

эксперимента, позволяющий получить независимые оценки эффектов, на

основании которых определяются оптимальные режимы реализации процесса,

вполне адекватные истинным, причём вне зависимости от того, соответствуют ли

они имеющимся экспериментальным точкам или только расположены между

ними. Оптимизацию полученной модели проводили с использованием

стандартной программы: «Построение модели по униформ-ротатабельному

плану». Таким образом была получена и использована для расчетов

математическая модель в виде уравнения регрессии (2.1), которая адекватно

описывает моделируемый процесс баромембранного разделения ОТС:

𝑌 = 𝐵0 + ∑ 𝐵𝑖𝑋𝑖 + ∑ 𝐵𝑖𝑋𝑖𝑋𝑗 + ∑ 𝐵𝑖𝑖𝑋𝑖2𝑘

𝑖=1𝑘𝑖𝑗=1

𝑘𝑖=1 , (2.1)

где В0– свободный член уравнения;

i, j - индексы факторов;

Вi– коэффициенты при линейном члене;

Вij – коэффициенты при двухфакторных взаимодействиях;

Вii – коэффициенты квадратичных эффектов, определяющие

нелинейность зависимости выходной функции от входных параметров.

Проверку адекватности полученных уравнений проводили по известному

критерию Фишера, расчетное значение которого не может превышать

табличное, в зависимости от количества проведенных опытов и числа

исследуемых факторов. Анализ коэффициентов уравнений проводили в

соответствии с критерием Стьюдента (при уровне значимости 0,05).

Оптимизацию полученных результатов многофакторного эксперимента

49

выполняли графическим методом. Это позволяет оценить взаимодействие

значимых факторов, выделить особые точки и подобрать уравнение описывающее

процесс, дающее возможность аппроксимировать его на расширенную область

изменения независимых факторов.

В диссертационной работе все эксперименты проводились в трех- и, при

необходимости, пятикратной повторности. Определение доверительного

интервала, а также выбор уравнений тренда проводили с использованием

стандартного приложения Microsoft Excel. Для обработки экспериментальных

данных и графического отображения результатов использованы пакеты

общепринятых прикладных программ «Statistika 13.0», «Corel Graphics 11

Professional» и «MathCad Professional».

50

ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА ОБЩЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

ПЕРЕРАБОТКИ ОТС

3.1 Блок-схема выработки пермеата и ретентата из ОТС

На этапе экспериментальных исследований и разработки комплексной

технологии производства напитков и молочных полуфабрикатов из творожной

сыворотки с добавлением экстрактов стевии [146] предлагается основная блок-

схема получения соответствующих пермеата и ретентата (рисунок 3.1). Следует

отметить, что эта схема может предусматривать использование также и соков

стевии, топинамбура [49,34] или фруктово-овощных [34].

Рисунок 3.1 - Блок-схема технологии ультрафильтрации ОТС

1. Приемка творожной

сыворотки

(массовая доля СВ – 6,2 %,

титруемая кислотность 68±2̊ Т,

показатель pH 4,5±0,05)

2. Жидкий экстракт стевии Steviа

rebaudiana Bertroni (СВ=25±0,5 %) в

количестве 10÷15 % к объему творожной

сыворотки

4. Пастеризация (t=75±1,5̊ C, T=17-

18 c)

и охлаждение (t=10±20 C)

3. Смешивание τ=1÷1,5 мин.,

получение творожной сыворотки с

компонентами экстракта стевии

(ОТС) (СВ=7,1±0,1 %)

5. Ультрафильтрация t=10±2̊ C,

∆P=0.35÷0,4 МПа, V=0,3÷0,35 м/с

9. Ретентат (СВ – 8,5±0,1 %)

6. Пермеат (СВ – 6,5±0,1 %)

7. Резервирование

10. Резервирование

8. Дальнейшая переработка 11. Дальнейшая переработка

51

Отличительная особенность предложенной блок-схемы заключается в том,

что после традиционной подготовки творожной сыворотки к баромембранному

разделению в неё добавляется жидкий экстракт растительного сырья (травы

стевии). За счёт межмолекулярного взаимодействия в системе «сывороточные

белки – высокомолекулярные компоненты стевии» физико-химические свойства

разделяемой системы (таблица 3.1) как объекта ультрафильтрации изменяются,

что проявляется в виде увеличения проницаемости полимерных мембран, т.е.

повышения эффективности процесса в сравнении с этим показателем при

баромембранном разделении обычной творожной сыворотки.

Таблица 3.1 - Физико-химические показатели ОТС (р=0,95)

Наименование показателя ОТС

Массовая доля сухих веществ, в том

числе: 7,1±0,1

Белки, % 0,5±0,01

Лактоза, % 4,5±0,1

Жир,% 0,1±0,01

Минеральные в-ва, % 2,0±0,05

Кислотность, рН 4,5±0,1

Кислотность, ºТ 68±2,0

Плотность, кг/м3 1023±2,0

В целях разработки комплексного решения базовой проблемы

эффективного использования вторичного молочного сырья на основе его

баромембранного разделения, предусматривающего использование на стадии

предварительной очистки различных компонентов сырья растительного

происхождения, предложенную схему следует рассматривать как начальный этап

глубокой переработки пермеата и ретентата обогащенной творожной сыворотки.

Результат практической реализации этой схемы направлен на формирование

замкнутого цикла производства молочных продуктов и напитков [50-84],

52

отличающихся повышенной биологической и пищевой ценностью [83] в том

числе кормовых полуфабрикатов.

3.2 Экспериментальное определение основных рабочих параметров процесса

ультрафильтрации ОТС

Результаты анализа данных, полученных в ходе экспериментальных

исследований, направленных на определение проницаемости Gи селективности Ψ

различных типов полимерных мембран, проведенные на лабораторной установке

Millipore показали, что для ультрафильтрации ОТС целесообразно использовать

полимерные мембраны марок УАМ-500 и УАМ-150 серийно выпускаемые на

НПО «Полимерсинтез» (г. Владимир). Что вполне согласуется с рекомендациями

литературных источников [7,8,31]. Для удаления частиц молочного жира и

казеиновой пыли, наличие которых в молочной сыворотке, по мнению авторов

некоторых работ [126], может приводить к механической блокировке мембранной

поверхности в каналах аппаратов рулонного и кассетного типа, предварительную

очистку сыворотки проводили по традиционной технологии на стандартном

оборудовании.

Известно [94,141], что в начале процесса ультрафильтрации под действием

рабочего давления структура практически всех полимерных мембран изменяется

вследствие «усадки материала». Эти деформационные изменения мембран

приводят не только к снижению коэффициента проницаемости и увеличению их

селективности, но и способствуют механическому задержанию некоторой доли

частиц дисперсной фазы разделяемой системы в поровом пространстве.

Соответственно для всех образцов мембран в течение 90÷92 минут проводили их

предварительную «усадку» давлением 0,3÷0,35 МПа дистиллированной водой

при температуре 30÷32°С. Это позволяет значительно снизить влияние

«деформационной» блокировки пор мембран частицами дисперсной фазы ОТС на

начальной стадии процесса её ультрафильтрации. Анализ литературных данных

53

[47,84,15,16,126,142] и результатов собственных экспериментальных

исследований и позволил заключить, что при ультрафильтрации ОТС основными

факторами, оказывающими существенное влияние на Gи Ψ различных типов

полимерных мембран, являются:

- рабочее давление в канале аппарата, Δp (МПа);

- скорость циркуляции разделяемой системы ,V (м/с);

- длительность процесса,τ (час);

- температура разделяемой системы, t (0С);

Следуя рекомендациям [35,142,167] при ультрафильтрации, как ОТС, так и

творожной сыворотки, полученной при производстве зерненного творога по

традиционной технологии, были приняты интервалы варьирования основных

рабочих параметров процесса мембранного разделения: Δp=0,1÷0,4 МПа,

V=0,1÷1,0 м/с. Необходимо отметить, что с ростом температуры жидких

полидисперсных систем их вязкость снижается, что при их ультрафильтрации

способствует повышению проницаемости мембран [17,24]. Это в свою очередь

может обуславливать уменьшение уровня показателя концентрационной

поляризации в рабочей зоне ультрафильтрационного аппарата и, как следствие,

увеличение проницаемости мембран [84,95,15,178]. К тому же проведение

процесса ультрафильтрации любого вида молочной сыворотки при повышенной

(t>55ºС) температуре может вызывать подавление развития патогенной

микрофлоры в такой разделяемой системе. Но с другой стороны при

ультрафильтрационном разделении вторичного молочного сырья в соответствии с

предложенным некоторыми авторами способом [48,78] существенное увеличение

проницаемости мембран, скорее всего, обуславливается фактически

термоденатурацией сывороточных белков, т.е. с необратимой потерей нативных

свойств ценных компонентов ретентата, что далеко не всегда приемлемо.

Основная причина такого роста показателя G полимерных мембран, скорее всего,

заключается в том, что адсорбционное взаимодействие денатурированных белков

(в сравнении с нативными) с мембранной поверхностью оказывается менее

интенсивным. Это подтверждается тем, что мойка и регенерация мембран до

54

восстановления исходных (близких к паспортным данным) значений

селективности и проницаемости проходит значительно быстрее, чем после

ультрафильтрации молочной сыворотки при температуре 18÷20 ºС. В

соответствии с имеющимися данными [59,99] при ультрафильтрации молочной

сыворотки (более 3÷3,5 часов) в случае необходимости выполнения требования

сохранения нативных свойств белковых компонентов выделяемой дисперсной

фазы допустимое значение температуры проведения процесса не должно

превышать t=500С. Но с другой стороны при этом следует учитывать то, что с

продолжительностью нахождения сыворотки в циркуляционном контуре

ультрафильтрационного аппарата, прямо связана степень бактериальной

обсемененности ретентата. Поэтому в соответствии с основной целью

диссертационного исследования процесса ультрафильтрации проводился при

температуре t=10÷120С. Можно предположить, что в этом температурном

диапазоне селективность и проницаемость мембран будут существенно

отличаться от данных паспорта их изготовителя, проводившего соответствующие

испытания своей продукции при t=20÷220С. Кроме того, мойка и регенерация

мембран тоже проводятся при температуре, как правило, выше 200 С, что следует

из требований инструкциям по эксплуатации мембран. Принято считать

[47,84,15,178,200], что движущей силой процесса ультрафильтрации жидких

полидисперсных систем является перепад давления ∆р по обе стороны

полупроницаемой мембраны. Соответственно на первом этапе

экспериментальных исследований была определена зависимость, прежде всего,

проницаемости G и селективности Ψ выбранных типов мембран от давления ∆р в

циркуляционном канале ультрафильтрационного аппарата. При этом другие

параметры процесса удерживались при постоянных значениях. Графические

зависимости вида G=f(∆р) мембран УАМ-500 и УАМ-150 полученные при

ультрафильтрации ОТС и творожной сыворотки представлены на рисунках 3.2 и

3.3.

55

Рисунок 3.2 - Зависимость проницаемости G мембран УАМ-500 (● – ОТС,

▲– творожная сыворотка) от величины рабочего давления Δp (t=10÷120С,

V=0,35±0,05 м/с)

Рисунок 3.3 - Зависимость проницаемости G мембран УАМ-150 (● – ОТС,

▲– творожная сыворотка) от величины рабочего давления Δp (t=10÷120 C,

V=0,35±0,05 м/с)

G = 7,877ln(∆P) + 28,178

R² = 0,9602

G= 7,3408ln(∆P) + 24,405

R² = 0,9542

5

7

9

11

13

15

17

19

21

23

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Пр

он

иц

аем

ост

ь м

емб

ра

ны

, к

г/м

²ча

с.

Рабочее давление в канале аппарата, МПа

G = 7,4976ln(∆р) + 27,545

R² = 0,9564

G = 7,3052ln(∆р) + 24,213

R² = 0,9545

5

7

9

11

13

15

17

19

21

23

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Пр

он

иц

аем

ост

ь м

ембр

ан

ы,к

г/м

2ч

ас

Рабочее давление в канале аппарата, МПа

56

Как видно из представленных данных характер изменения зависимости вида

G=f(∆р) мембран УАМ-500 и УАМ-150 вполне идентичен: увеличение

проницаемости обеих мембран пропорционально росту рабочего давления в

канале ультрафильтрационного аппарата. Однако значения tgφi=dG/dΔp графиков

для ОТС больше, чем для творожной сыворотки. Поскольку физический смысл

tgφi – это скорость приращения функции G=f(∆р), то это даёт основания считать,

что не только проницаемость мембран G, но и интенсивность её роста при

ультрафильтрации ОТС возрастает. Это явление объясняется тем, что в результате

добавления экстракта стевии в творожную сыворотку, полученную в

производстве зерненного творога по традиционной технологии, происходит

изменение её физико-химических свойств, как объекта ультрафильтрационного

разделения. Результат анализа графиков функции G=f(Δр) показывает, что при

прочих равных условиях существенный прирост проницаемости мембран

отмечается при возрастании рабочего давления в диапазоне от Δр=0,1÷0,12 МПа

до Δр=0,3÷0,32 МПа. Затем значение параметра G остается практически

постоянным. Увеличение параметра Δр свыше 0,42÷0,44 МПа мало влияет на

проницаемость мембран при ультрафильтрации ОТС, а в случае использования

творожной сыворотки, как объекта разделения, отмечается тенденция к снижению

G. Значительное увеличение селективности мембран при Δр> 0,42÷0,44 МПа с

позиций ситовой модели процесса ультрафильтрации, скорее всего, связано с

началом механической блокировки пор частицами дисперсной фазы,

осложненного частичной деформацией структуры полимерной мембраны. Что в

совокупности вызывает уменьшение эффективного размера живого сечения

порового пространства. Это даёт основание полагать, что область оптимального

значения рабочего давления в канале баромембранного аппарата следует

ограничить диапазоном Δр=0,35÷0,4 МПа. Правомерность такого заключения

подтверждается и результатами анализа экспериментальных данных исследования

зависимости селективности Ψ мембран от величины рабочего давления. Общий

характер изменения параметра Ψ для обеих мембран также идентичен, однако,

при ультрафильтрации ОТС скорость нарастания Ψ несколько ниже в сравнении с

57

этим же параметром в случае использования творожной сыворотки как объекта

баромембранного разделения. То есть аналогичный tgαi=dΨ/dΔp графиков для

творожной сыворотки больше, чем для ОТС. На основании этого можно

предположить, что интенсивность адсорбционного межмолекулярного

взаимодействия [174] в комплексе «частицы дисперсной фазы – мембрана»,

определяемая физико-химическими свойствами ОТС ниже, в сравнении с

творожной сывороткой. Графические зависимости вида и Ψ=f(∆р) мембран

УАМ-500 и УАМ-150 полученные при ультрафильтрации ОТС и творожной

сыворотки представлены на рисунках 3.4 и 3.5.

Рисунок 3.4 - Зависимость селективности Ψ мембран УАМ-500 (● – ОТС,

▲– творожная сыворотка) от величины рабочего давления Δp (t =10÷120С,

V=0,35±0,05 м/с)

Ψ= -1,358ln(∆Р) + 93,6

R² = 0,9534

Ψ = -1,033ln(∆Р) + 94,484

R² = 0,9551

94

94,5

95

95,5

96

96,5

97

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Сел

ект

ив

ност

ь м

ембр

ан

ы, %

Рабочее давление в канале аппарата, МПа

58

Рисунок 3.5 - Зависимость селективности Ψ мембран УАМ-150(● – ОТС,

▲– творожная сыворотка) от величины рабочего давления Δp (t=10÷120С,

V=0,35±0,05 м/с)

Следует принять во внимание то, что при наличии тангенциального потока

разделяемой жидкой системы на проницаемость Gи селективность Ψ мембран

кроме рабочего давления существенное влияние оказывает и величина скорости

циркуляции V в контуре баромембранного аппарата. Графические зависимости

вида G=f(V) Ψ=f(V) мембран УАМ-500 и УАМ-150 полученные при

ультрафильтрации ОТС и творожной сыворотки представлены на рисунках 3.6 и

3.7, 3.8 и 3.9.

Ψ= -1,763ln(Δр) + 93,366

R² = 0,971

Ψ = -1,476ln(Δр) + 94,433

R² = 0,9647

94

94,5

95

95,5

96

96,5

97

97,5

98

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Сел

екти

вн

ост

ь м

ембр

ан

ы, %

Рабочее давление в канале аппарата, МПа

59

Рисунок 3.6 - Зависимость проницаемости G мембран УАМ-500 (● – ОТС,

▲– творожная сыворотка) от скорости циркуляции разделяемой системы в

мембранном канале аппарата (t=10÷120С, Δp=0,35±0,05 МПа)

Рисунок 3.7 - Зависимость проницаемости G мембран УАМ-500 (● – ОТС,

▲– творожная сыворотка) от скорости циркуляции разделяемой системы в

мембранном канале аппарата (t=10÷120С, Δp=0,35±0,05 МПа)

G = 6,9029ln(V) + 27,613

R² = 0,961

G = 6,5604ln(V) + 24,544

R² = 0,9594

0

4

8

12

16

20

24

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5

Пр

он

иц

аем

ост

ь м

ембр

ан

ы, к

г/м

²час.

Скорость циркуляции разделяемой системы в канале аппарата,

м/с

G = 6,642ln(V) + 27,017

R² = 0,9488

G = 6,5993ln(V) + 24,416

R² = 0,9657

5

7

9

11

13

15

17

19

21

23

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5

Пр

он

иц

аем

ост

ь м

ембр

ан

ы,к

г/м

2ч

ас

Скорость циркуляии разделяемой системы в канале аппарата,

м/с

60

Рисунок 3.8 - Зависимость селективности Ψ мембран УАМ-500 (● – ОТС,

▲– творожная сыворотка) от скорости циркуляции разделяемой системы в

мембранном канале аппарата (t=10÷120С, Δp=0,35±0,05 МПа)

Рисунок 3.9 - Зависимость селективности Ψ мембран УАМ-150 (● – ОТС,

▲– творожная сыворотка) от скорости циркуляции разделяемой системы в

мембранном канале аппарата (t=10÷120С, Δp=0,35±0,05 МПа)

Ψ = -1,552ln(V) + 93,125

R² = 0,9512

Ψ = -1,148ln(V) + 94,414

R² = 0,9552

94

94,5

95

95,5

96

96,5

97

97,5

98

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5

Сел

екти

вн

ост

ь м

ембр

ан

, %

Скорость циркуляции системы в канале аппарата, м/с

Ψ = -0,975ln(V) + 94,033

R² = 0,9546

Ψ = -0,809ln(V) + 94,683

R² = 0,9453

94

94,5

95

95,5

96

96,5

97

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5

Сел

екти

вн

ост

ь м

ембр

ан

ы, %

Скорость циркуляии разделяемой системы в канале аппарата,

м/с

61

Как показывает практика промышленной эксплуатации

ультрафильтрационных установок [126], при разделении вторичного молочного

сырья эффективность процесса при прочих равных условиях определяется

оптимальным значением параметра V. Это соответствует и точке зрения ряда

исследователей [92,141,174,202] на механизм формирования слоя белковых

отложений на мембране.

Результаты анализа графических зависимостей G=f(V) и Ψ=f(V) позволяют

заключить, что при прочих равных условиях заметное увеличение проницаемости

мембран наблюдается при возрастании скорости циркуляции, как ОТС, так и

натуральной творожной сыворотки в диапазоне V=0,25÷0,8 м/с. Если принять

ситовую модель процесса ультрафильтрации, то возрастание селективности Ψ

мембран при V>0,4м/с, можно объяснить тем, что при этой скорости циркуляции в

канале мембранного аппарата разделяемой системы начинает происходить

разрушение слабо закрепленных слоев отложений, сформировавшихся на

мембранной поверхности [8].

Но повышение этого параметра более V=1 м/с в аппаратах плоскорамного

(кассетного) типа оказывается не достаточным для удаления прочно закрепленных

«первичных» преимущественно белковых полей на мембране [169].

Подтверждением такого заключения может служить тот факт, что увеличение

скорости свышеV=1 м/с практически не оказывает влияния на проницаемость

мембран при ультрафильтрации творожной сыворотки. А в случае использования

ОТС, как объекта разделения, отмечается тенденция к не значительному повышению

G, что можно объяснить возможным изменением физико-химических свойств ОТС,

и как следствие снижением межмолекулярных связей в системе «мембрана -

частицы дисперсной фазы разделяемой системы». Таким образом, можно полагать,

что область оптимального значения скорости циркуляции ОТС в канале

баромембранного аппарата следует ограничить диапазоном V=0,25÷0.35 м/с.

На следующем этапе экспериментального определения рабочих параметров

ультрафильтрации ОТС были установлены зависимости селективности Ψ и

проницаемости G мембран от длительности процесса τ. При этом было введено

62

следующее ограничение: время непрерывной работы баромембранного

оборудования складывается из трех периодов – во-первых, пуск установки

(промывка контура от остатков консерванта, заполнение системы ОТС и выход на

заданный режим эксплуатации). Во-вторых, собственно рабочий цикл

ультрафильтрации ОТС (получение пермеата и ретентата). И, в-третьих, остановка

процесса разделения жидкой системы (снижение давления в контуре

баромембранной установки, вытеснение ретентата, ополаскивание и мойка,

санобработка мембраны, заканчивающаяся консервацией циркуляционного

контура). Если принять во внимание, что первый и третий период по суммарной

продолжительности зависят от степени загрязнения мембранной поверхности, то

длительность цикла самой ультрафильтрации ОТС можно ограничить шестью

часами при 8-часовом рабочем дне на перерабатывающем предприятии.

Но с другой стороны необходимо отметить тот факт, что с увеличением

времени ультрафильтрации ОТС происходит постепенное снижение проницаемости

G по пермеату и возрастание показателя селективности Ψ мембран по белковым

частицам [40]. Это объясняется формированием многослойных отложений на

мембранных поверхностях, что может привести к полной блокировке пор и

соответственно увеличению ресурсных затрат на регенерацию мембраны [46].

Кроме того, продолжение рабочего цикла ультрафильтрационного разделения ОТС

после достижения параметром Ψ своего, определяемого технологическим

требованиями к степени очистки пермеата от белковых частиц, порогового значения

будет нецелесообразным по экономическим соображениям. В соответствии с

рекомендациями [114,15] и целью выполняемых исследований было принято

Ψmax=97÷98%.

Графические и соответствующие им аналитические зависимости G=f(τ) и

Ψ=f(τ) процесса ультрафильтрации ОТС и творожной сыворотки представлены

на рисунках 3.10 и 3.11.

63

Рисунок 3.10 - Зависимость проницаемости G мембраны УАМ-500 (● – ОТС,

▲– творожная сыворотка) от длительности ультрафильтрации (t=10÷120С,

Δp=0,1÷0,4 МПа,V=0,1÷0,3 м/с; Сс.в.= 8÷8,2%)

Рисунок 3.11 - Зависимость проницаемости G мембраны УАМ-150 (● – ОТС,

▲– творожная сыворотка) от длительности ультрафильтрации (t=10÷120С,

Δp=0,1÷0,4 МПа, V=0,1÷0,3 м/с; Сс.в.= 8÷8,2%)

G = 0,28τ2 - 4,33τ + 27,26

R² = 0,955

G = 0,26τ2 - 4,57τ + 25,4

R² = 0,952

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Пр

он

иц

аем

ост

ь м

ембр

ан

, к

г/м

²час.

Длительность процесса ультрафильтрации, час.

G= 0,165τ2 - 3,54τ + 24,64

R² = 0,9575

G = 0,195τ2 - 3,98τ + 23,3

R² = 0,954

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Пр

он

иц

аем

ост

ь м

ембр

ан

, к

г/м

²час.

Длительность процесса ультрафильтрации, час.

64

Анализ полученных графических зависимостей вида G=f(τ) показал, что

проницаемость мембран значительно снижается в начальный период процесса и

стабилизируется на уровне 21÷22 кг/м2

·час через 2÷2,5 часа. При этом скорость

w=dG/dτ снижения проницаемости мембран при ультрафильтрации ОТС

составляет около 6÷6,5 (кг/м2час) за час, а в случае разделения творожной

сыворотки w=7,5÷8 (кг/м2час)/час. Кроме того, установлено, что мембрана УАМ-

500, имеющая, в сравнении с УАМ-150 более высокую проницаемость,

обеспечивает селективность по белковым веществам только на уровне 93÷94%.

Следует отметить, что целевым продуктом при комплексной переработке

творожной сыворотки кроме ретентата [170]следует считать и пермеат [174], выход

которого значительно выше. А если из него при дальнейшей переработке требуется

получить молочный сахар, то при таком значении селективности мембран

содержание белка в пермеате будет выше допустимых значений [94]. Исходя из этого

при практическом применении ультрафильтрации ОТС следует использовать

мембраны типа УАМ-150, селективность которой достигает 96÷97% через 3÷3,5 часа

после начала работы баромембранной установки. Это обусловило целесообразность

продолжения дальнейших экспериментальных исследований основных

закономерностей процесса ультрафильтрации ОТС с использованием только этого

типа мембран. Известно [160], что при баромембранном разделении кроме рабочих

параметров процесса на проницаемость и селективность мембран значительно влияет

и агрегатное состояние частиц дисперсной фазы жидких полидисперсных систем.

Следовательно, при прочих равных условиях эффективность ультрафильтрации ОТС

и творожной сыворотки будет зависеть в конечном итоге от массовой доли сухих

веществ в ретентате, поскольку по этому параметру косвенным образом достаточно

точно можно оценивать уровень концентрации белковых частиц, задерживаемых

мембраной. Если процесс баромембранного разделения ведется по периодической

схеме, то с течением времени происходит постоянное увеличение массовой доли

сухих веществ в разделяемой системе, что способствует повышению уровня

концентрационной поляризации в примембранной зоне ультрафильтрационных

аппаратов [15,16]. В ряде работ [73,122] приводятся данные о том, что при наличии в

65

ретентате некоторой доли мелкодисперсных и более плотных (в сравнении с

частицами казеиновой пыли) включений дисперсной фазы может наблюдаться

уменьшение селективности и повышение проницаемости мембран. Это объясняется

проявлением эффекта перераспределения частиц дисперсной фазы к центральной оси

мембранного канала аппарата. Но для этого требуется создание в нём

высокоскоростного потока [73,122], что наиболее целесообразно в установках

трубчатого типа. Следовательно, есть основания полагать, что проницаемость и

селективность мембраны, определяющие эффективность процесса ультрафильтрации,

как творожной сыворотки, так и ОТС, будут зависеть от некоторого предельного

значения концентрации сухих веществ в разделяемой системе. Результаты

экспериментальных исследований в виде графических зависимостей вида G=f(Сс.в.) и

Ψ=f (Сс.в) представлены на рисунках 3.12 и 3.13.

Рисунок 3.12 - Зависимость проницаемости G мембраны УАМ-150 (● – ОТС,

▲– творожная сыворотка) от массовой доли сухих веществ в разделяемой

системе (t=10÷120С, Δp=0,1÷0,4 МПа, V=0,1÷0,3 м/с)

G = 0,146C2 - 4,63C + 39,82

R² = 0,9546

G= 0,192C2 - 5,27C + 38,92

R² = 0,9585

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

4 5 6 7 8 9 10 11 12

Пр

он

иц

аем

ост

ь м

ембр

ан

, к

г/м

²час.

Содержание сухих веществ в разделяемой системе,%

66

Рисунок 3.13 - Зависимость селективности мембраны УАМ-150 (● – ОТС,

▲– творожная сыворотка) от массовой доли сухих веществ в разделяемой

системе (t=10÷120С, Δp=0,1÷0,4 МПа, V=0,1÷0,3 м/с)

Установлено, что при ультрафильтрации творожной сыворотки показатель

скорости уменьшения проницаемости мембран dG/dСс.взначительно снижается

при достижении значения массовой доли сухих веществ Сс.в.=8,5÷9,0%. А при

значениях при Сс.в.>9,2% этот параметр практически становится равным нулю. В

случае использования ОТС, как объекта ультрафильтрации я показатель dG/dСс.в

начинает приближаться к нулевому значению при Сс.в ≥ 10%. Таким же образом

снижается и скорость роста селективности мембраны dΨ/dСс.в, как при разделении

творожной сыворотки, так и ОТС принимая наименьшего значения в интервале

Сс.в.= 8,5÷10%. Возрастание массовой доли сухих веществ в ретентате более Сс.в.=

10÷10,2% при ультрафильтрации ОТС приводит к увеличению параметра Ψ

мембраны выше Ψ=98 % и снижению G до 4÷6 кг/м2час.

Поскольку при ультрафильтрации молочной сыворотки показатель

Ψ = -0,0488С2 + 0,977С + 91,27

R² = 0,952

Ψ = -0,0655С2 + 1,27С + 90,7

R² = 0,9516

94

94,5

95

95,5

96

96,5

97

97,5

98

4 5 6 7 8 9 10 11 12

Сел

екти

вн

ост

ь м

ембр

ан

, %

Содержание сухих веществ в разделяемой системе,%

67

селективности мембран выше 96÷96,5% считается экономически

нецелесообразным [142,167], то Сс.в=10,0% можно считать предельным

значением этого показателя при использовании ОТС как объекта

баромембранного разделения на аппаратах плоскорамного (кассетного) типа,

укомплектованного мембранами УПМ 150.

Следует отметить, что экспериментальные данные параметров процесса (∆р,

V, τ ) и одна из характеристик ретентата (Сс.в.) получены при варьировании

только одного фактора при фиксированных остальных. Соответственно их

оптимизацию необходимо провести с учетом межфакторного взаимодействия. Но

значение Сс.в ≤ 10,0% в ретентате ОТС должно быть конкретизировано с учетом

технологических требований производства конечного продукта его переработки и

в общем случае это не связано напрямую с определением рациональных значений

∆р, V и τ. С этой точки зрения представляется целесообразным на этом этапе

исследований оптимизировать основные параметры процесса ультрафильтрации

ОТС при следующих основных граничных условиях: максимальное значение

величины проницаемости мембраны G, уровень селективности мембраны

95,5÷96,0 %.

3.3 Оптимизация основных параметров процесса ультрафильтрации ОТС

В результате анализа данных, полученных экспериментальным путем при

исследовании зависимостей проницаемости G и селективности Ψ мембраны

УАМ 150, установлены следующие интервалы оптимальных значений основных

параметров процесса ультрафильтрации ОТС:

- рабочее давление в канале баромембранного аппарата – Δр=0,35÷0,4 МПа;

- скорость циркуляции разделяемой системы – V=0,25÷0,35 м/с.

Для решения поставленной задачи было выполнено планирование и

проведение полного факторного эксперимента. Целевыми функциями являлись

G=f1(Δp,V) и Ψ=f2(Δp,V), варьируемыми параметрами – величины рабочего

давления Δp и скорость циркуляции V разделяемой ОТС (таблица 3.1).

68

Таблица 3.1 – План эксперимента

Уровни варьирования факторов Факторы

Δp V

-1 0,1 0,2

0 0,3 0,6

+1 0,5 1,0

λ (шаг) 0,2 0,4

При проведении эксперимента в трехкратной повторности определяли

проницаемость G и селективность Ψ мембран УАМ 150. Полученные данные

обрабатывали с использованием сертифицированной программы Statistica 13.0 на

ПЭВМ в стандартных приложениях Microsoft Office. Соответствующие

поверхности отклика показаны на рисунках 3.14 и 3.15.

G = 78,6488+45,3367*V+68,6953*∆р-27,4314*V*V+103,8929*V*∆p -161,2849*∆p *∆p

Рисунок 3.14 - Зависимость проницаемости мембран УАМ-150 от величин

рабочего давления и скорости циркуляции ОТС в канале

ультрафильтрационного аппарата

69

Результаты анализа полученных зависимостей позволяют заключить, что

при ультрафильтрации ОТС на проницаемость Gи селективность Ψ мембран типа

УАМ-150 превалирующее влияние оказывает рабочее давление ∆р в канале

баромембранного аппарата. Влияние скорости циркуляции Vразделяемой

системы проявляется как в квадратичном виде, так и в форме межфакторного

взаимодействия.

Ψ = 90,1283+40,793* V -2,0588*∆p+ 62,5502*V*V+14,201*V*∆p -1,2468*∆р *∆p

Рисунок 3.15 - Зависимость селективности Ψ мембран УАМ-150 от величин

рабочего давления и скорости циркуляции ОТС в канале

ультрафильтрационного аппарата

Это объясняется тем, что в ходе процесса ультрафильтрации, уже в

начальный период времени, когда значения параметров dG/dΔp, dG/dV, dΨ /dΔp и

dΨ/dVхарактеризуют интенсивное снижение проницаемости мембраны и

возрастание её селективности, на мембранных поверхностях происходит

70

формирование слоя «первичных» белковых отложений под действием сил

межмолекулярного взаимодействия в системе «мембрана-белок» [77]. При этом,

чем выше скорость циркуляции потока разделяемой системы, тем существеннее

его разрушающее влияние уже только на последующие слои частиц дисперсной

фазы, формирующиеся на мембране. А рабочее давление, как движущая сила

процесса, обеспечивает трансмембранный перенос. И соответственно оно

оказывает воздействие на все слои отложений [98], обуславливая характерный вид

поверхностей отклика. Сделанное заключение подтверждается и результаты

анализа соответствующих сечений поверхностей отклика, которые представлены

на рисунках 3.16 и 3.17.

3D Contour Plot

21

18

15

12

9

0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50

Скорость циркуляии разделяемой системы в

канале аппарата, м/с

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

Рабоч

ее д

ав

лен

ие

в к

ан

ал

е ап

пар

ата,

МП

а

G = 78,6488+45,3367*V+68,6953*∆р-27,4314*V*V+103,8929*V*∆p -161,2849*∆p *∆p

Рисунок 3.16 - Сечение поверхности отклика, показывающей зависимость

проницаемости Q мембран УАМ-150 от величин рабочего давления и скорости

циркуляции ОТС в канале ультрафильтрационного аппарата

71

3D Contour Plot

99

98

97

96

95

94

93

92

0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50

Скорость циркуляии разделяемой системы в

канале аппарата, м/с

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50Р

аб

оч

ее д

ав

лен

ие

в к

ан

ал

е а

пп

ар

ат

а,

МП

а

Ψ = 90,1283+40,793* V -2,0588*∆р+ 62,5502*V*V+14,201*V*∆р -1,2468*∆р *∆р

Рисунок 3.17 - Сечение поверхности отклика, показывающей зависимость

селективности Ψ мембран УАМ-150 от величин рабочего давления и скорости

циркуляции ОТС в канале ультрафильтрационного аппарата

В результате анализа данных, полученных экспериментальным путем при

исследовании зависимостей проницаемости G и селективности Ψ мембраны

УАМ 150, установлено, что диапазоны рациональных значений основных

параметров ультрафильтрации ОТС на аппаратах кассетного типа находятся в

следующих интервалах:

- рабочее давление в канале баромембранного аппарата – Δр=0,27÷0,35

МПа;

- скорость циркуляции разделяемой системы – V=0,26÷0,34 м/с.

72

ГЛАВА 4 ТЕХНОЛОГИЯ И ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ АСПЕКТЫ

ПЕРЕРАБОТКИ ОТС

4.1 Физико-химические свойства пермеата ОТС

Творожной сыворотка, обогащенная экстрактом стевии (ОТС), является

новой пищевой композицией, характеризующейся собственными физико-

химическими свойствами. В результате её ультрафильтрационного разделения

получаются пермеат и ретентат [84, 126]. Для разработки технологии и

практических рекомендаций по производству на их основе пищевых продуктов

(полуфабрикатов) и напитков необходимо, прежде всего, изучить основные

физико-химические свойства, показатели качества и функциональности пермеата,

полученного в результате ультрафильтрации ОТС, поскольку его объём

значительно больше ретентата.

В состав пермеата ОТС кроме базовых компонентов (лактоза и

минеральные комплекс сыворотки) входят гликозиды – ребаудиозиды (А, В, С, Д

и Е), дулиобиозид и стевиолбиозид с различной степенью сладости (от 50 до 450)

по сравнению с сахарозой. Самым сладкий из них - ребаудиозид А (степень

сладости 350÷450). В сравнении со стевиозидом он более растворим в воде и

имеет слабо выраженное послевкусие.

Среди показателей продукции пищевого производства особое значение

имеет органолептическая оценка, одна из определяющих уровень

потребительского спроса. Для её определения обычно используется комплексный

индикатор КООК, дающий возможность учитывать вклад отдельных показателей

в итоговую оценку (ИО) [177]:

- внешний вид – 0÷0,1;

- цвет – 0÷0,2;

- консистенция – 0÷0,2;

- запах – 0÷0,15;

- вкус – 0÷0,35.

73

С учетом коэффициентов значимости суммарная оценка не должна

превышать значение ИО=1 [177].

Основные физико-химические свойства лактозы обуславливают её

достаточно большие потенциальные возможности применения в производстве

продуктов и напитков для диетического, в том числе и детского питания, а также

медицинской и фармацевтической отраслях промышленности. На сегодняшний

день достаточно хорошо разработаны и апробированы в промышленных

условиях технологии переработки пермеата вторичного молочного сырья, что

дает возможность вырабатывать из него напитки, глюкозогалактозные сиропы,

этиловый спирт, биомассу, различные кормовые добавки и пр. Но хорошо

известные традиционные технологии производства наиболее ценной

кристаллической лактозы предусматривают обязательные операции, как

дополнительной глубокой очистки сырья, так и дорогостоящей сушки готового

продукта [92]. По имеющимся сведениям эффективность процесса

кристаллизации лактозы в мелассе напрямую зависит от массовой доли

минеральных солей, молочной кислоты, а также азотистых веществ в пермеате,

что обуславливается технологией переработки молока в целевой продукт (сыр,

творог или казеин) [92]. С этой точки зрения использование пермеата ОТС для

производства молочного сахара, скорее всего, потребует применение

электродиализа, что сопряжено с дополнительными материальными и

энергетическими затратами.

Следует отметить, что на современный рынок отечественной пищевой

промышленности ослабло давление импортной продукции и тем самым

сформировались благоприятные условия для освоения такого коммерческого

сектора, как молочные напитки. Но в конкурентной борьбе производителей

продуктов питания и в том числе напитков большую роль играет высокая

органолептическая оценка товарной продукции. Для определения

перспективности использования пермеата ОТС в качестве базовой основы

производства таких напитков были изучены её физико-химические свойства и в

первую очередь определена органолептическая оценка в сравнении с пермеатом

74

традиционной творожной сыворотки, выработанного с применением одной и той

же мембраны (УАМ-150). Результаты выполненных исследований показаны в

таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Сравнительная органолептическая оценка пермеатов ОТС и

творожной сыворотки

Наименование

показателя

Пермеат творожной

сыворотки Пермеат ОТС

Внешний вид Однородная жидкость,

прозрачная, зеленовато-

желтого цвета

Однородная жидкость

прозрачная, светло желтого

цвета

Запах Кисломолочный, чистый

Вкус Кислый, с сильно

выраженным

сывороточным привкусом

Кисловато-сладкий, со

слабым сывороточным

вкусом, без привкусов

Итоговая

оценка

2,5 3,75

Значение итоговой оценки пермеата ОТС на 1,25 балла превосходит этот

показатель для пермеата творожной сыворотки. Основные физико-химические

показатели пермеатов ОТС приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2 – Физико-химические показатели пермеата ОТС (р=0,95)

Наименование показателя Пермеат ОТС

Массовая доля сухих

веществ, в том числе: 6,5±0,1

Белки, % 0,02±0,001

Лактоза, % 4,5±0,1

Минеральные вещества, % 2,0±0,05

Активная кислотность, рН 4,5±0,1

Титруемая кислотность, ºТ 65±2,0

Плотность, кг/м3 1022±2,0

На состав пермеата при ультрафильтрационном разделении вторичного

молочного сырья значительное влияние оказывают не только основные

параметры процесса его разделения, но и фактор концентрирования [92]. В

таблицах 4.3 и 4.4 представлены результаты экспериментального исследования

75

влияния этого параметра на содержание азотистых соединений, массовую долю

сухих веществ, лактозы и минерального комплекса в пермеате ОТС.

Таблица 4.3 – Зависимость физико-химического состава пермеата ОТС от

степени концентрирования (при t=10-12ºС р=0,95)

Коэф-т К

Массовая доля, %

Сухие

вещества Белок

Небелковый

азот Лактоза

Минеральные

соли

1,5 5,0 0,1 0,19 4,2 0,79

2 5,10 0,1 0,2 4,2 0,8

2,5 5,16 0,1 0,2 4,23 0,8

3 5,25 0,12 0,2 4,25 0,83

3,5 5,3 0,12 0,22 4,28 0,83

4 5,3 0,125 0,22 4,3 0,84

Установлено, что при ультрафильтрации ОТС увеличивается содержание

сухих веществ в пермеате. Это происходит за счет возрастания показателя

селективности мембраны, обусловленного блокировкой пор молекулами белка

ОТС и соответственного увеличения концентрации частиц дисперсной фазы в

ретентате [36], что ведёт к частичному повышению массовых долей лактозы,

азотистых соединений и компонентов минерального комплекса в пермеате.

Кроме того, повышенное содержание ионов калия, кальция, натрия,

фосфора и магния в пермеате ОТС указывает на его ценность как источника

макро- и микроэлементов, имеющих такое же важное значение в рационе

питании, как и другие компоненты вторичного молочного сырья. Вполне можно

допустить, что водно-минеральный комплекс пермеата ОТС может быть

использован как основа для приготовления отдельно класса напитков природной

минерализации.

76

Таблица 4.4 – Минеральный состав пермеатов ОТС и творожной

сыворотки (р=0,95)

Наименование образца Минеральный состав мг/100мл (мг %)

Na+

K+ Ca

+2 Mg

+2 P

+5

Пермеат творожной сыворотки 38,8 156,0 92,4 9,2 48,0

Пермеат ОТС 57,4 187,0 116,7 12,8 68,0

Таким образом, повышенное содержание ионов кальция, калия, натрия,

магния и фосфора в пермеате ОТС, дает основания считать этот продукт

уникальным сырьём для производства нового класса напитков с природным

минеральным комплексом. Кроме того, пермеат ОТС может быть использован и

для выработки молочного сахара фармакопейного качества.

Традиционная технология глюкозо-галактозного сиропа (ГГС) обычно

основана на проведении процесса гидролиза лактозы кислотным методом или с

применением фермента. ГГС чаще всего используются в качестве натурального

заменителя сахара в ароматизированном молоке, выпечке, в напитках с

применением брожения, безалкогольных напитках и кондитерских изделиях, а так

же в качестве субстрата для ферментационного процесса [203]. Рентабельность

производства таких продуктов может быть повышена при внутризаводском

использовании в качестве подслащивающего вещества.

В ходе проведения исследований нами было отдано предпочтение методу

ферментативного гидролиза лактозы. Следует отметить, что препараты фермента

бета-галактозидазы в зависимости от значения показателя активной кислотности

(рН) подразделяются на нейтральные и кислые. К нейтральным лактазам

(с оптимальным показателем рН от 6,0 до 8,0) относятся дрожжи Kluyveromyces

fragilis, Kluyveromyces lactis, бактериальные культуры Lactobacillus thermophilus,

Escherichia coli, Leuconostoc citrovorum, а к кислым относят бета-галактозидазы (с

оптимальным показателем рН в диапазоне 3,0 ÷ 5,0), продуцируемые штаммами

(промышленными) мицелиальных грибов Aspergillus oryzae, Aspergillus niger,

[213].

77

В пермеате ОТС – в сравнении с подсырной сывороткой пониженное

содержание лактозы и повышенное минеральных веществ. Соответственно на

первом этапе исследований была решена задача концентрирования пермеата

ОТС, а затем – его деминерализации. Подсгущение пермеата ОТС было

проведено на вакуум-выпарной установке до концентрации 20÷21% сухих

веществ, а частичная деминерализация уже подсгущенного продукта – на

электродиализной установке.

Разработка технологии производства ГГС на основе ОТС предусматривает

изучение влияния на степень гидролиза следующих основных факторов:

- состав и физико-химические показатели исходного сырья;

- температура и продолжительность проведения процесса;

- доза вносимого фермента.

Для электродиализной обработки использовали пермеат ОТС с титруемой

кислотностью (68±2) 0Т, рН (4,5 ± 0,05) и содержанием сухих веществ 20,0 ± 0,1

%. Предельным уровнем деминерализации принято 55÷60% поскольку

установлено, что после снижения показателя титруемой кислотности от 70 0Т до

30 0Т значение рН пермеата ОТС увеличилось с 4,5 до 4,7. Объем продукта при

достижении уровня деминерализации 65÷70% снижается из-за

электроосмотического переноса воды до 10%, при этом содержание сухих

веществ уменьшается с (20 до 18) ± 0,1%.

Основной задачей этого этапа исследований являлось выявление

закономерностей деминерализации ОТС и снижения её кислотности в ходе

электродиализной обработки. Эксперименты (в пятикратной повторности)

проводились на электродиализной установке полупромышленного типа. Каждая

последующая выработка проводилась после переполюсовки всего мембранного

пакета. Значение температуры процесса электродиализа поддерживалось в

диапазоне от 18до 20 0С.

Анализ экспериментальных данных (таблица 4.5) показывает, что во всех

сериях эксперимента отклонение основных регистрируемых параметров от их

78

средних значений не превышало 3÷5%. Установлен явные тренды снижения, как

уровня деминерализации, так и кислотности ОТС.

Таблица 4.5 - Электродиализная обработка ОТС (20-21% СВ)

Время,

мин.

Титруемая

кислотность, 0Т Ток, А

УФП

мСм/см

рН ОТС рН

концентрата

рН

Эл. р-ра

0 68 0,68 7,38 4,53 2,1 9,4

15 62 0,70 5,17 4,55 2,5 3,7

30 54 0,65 3,92 4,56 2,9 2,9

45 47 0,54 3,1 4,62 3,0 2,5

60 42 0,37 2,6 4,67 3,0 2,3

75 37 0,30 2,2 4,73 3,1 2,2

90 33 0,21 1,7 4,85 3,1 2,1

105 31 0,17 1,43 4,94 3,1 2,0

120 30 0,12 1,17 5,12 3,2 2,0

Для более наглядного и единовременного сравнения динамики

прохождения процессов раскисления и деминерализации введём

вспомогательную функцию Jτ и получим, что:

Jτ = Аτ / Ао, (2)

где: Ао и Аτ – начальное и соответственно текущее значение

анализируемого параметра (электропроводности и титруемой кислотности).

В таблице 4.6 приведены значения титруемой кислотности и

электропроводности ОТС, выраженные в относительных единицах, в зависимости

от времени электродиализной обработки.

Таблица 4.6 - Изменение относительной кислотности и

электропроводности подсгущенного ОТС в процессе электродиализа

Время, мин. 0 15 30 45 60 75 90 105 120

Отн. электр-сть 1,0 0,72 0,54 0,41 0,35 0,29 0,24 0,20 0,17

Отн. кисл-сть 1,0 0,77 0,59 0,40 0,32 0,24 0,16 0,15 0,12

79

На основе анализа полученных экспериментальным путём данных

установлено, что в начальный период электродиализной обработки ОТС скорость

падения её электропроводности выше этого параметра для титруемой

кислотности. Затем темпы снижения этих показателей выравниваются и могут

описываться с помощью экспоненциальной функции вида:

Кτ = Ко ехр (-1,15τ ) (4.1)

где: τ – параметр длительности процесса (час.)

Следует отметить, что особенностью процесса электродиализа при

постоянных значениях температуры и напряжения на мембранном пакете можно

считать экспоненциальный характер падения концентрации тех носителей тока,

которые способны проходить через установленные ионоселективные мембраны.

При этом существенное изменение экспоненциальной зависимости наблюдается

только при значительной степени обессоливании. В таком случае возможно

появление мембранного потенциала, противодействующего процессу

обессоливания. Другим негативным фактором является усиление эффекта

концентрационной поляризации. Необходимо отметить, что предельное значение

плотности тока при низком показателе значения электропроводности уже

нелинейно будет зависеть от этого параметра, что наблюдается обычно в области

достаточно высоких её значений.

Для поставленной цели проведённого исследования значение уровня

деминерализации ОТС в диапазоне от 50 до 70% можно считать вполне

достаточным, поскольку было установлено, что вследствие снижения показателя

титруемой кислотности от значения 70±10Т до 30±1

0Т активная кислотность ОТС

увеличилась с 4,5 до 5,1 единиц pH. При этом выход продукта при достижении

уровня деминерализации 50÷70% заметно снижается (на 8÷10%), в результате,

надо полагать, электроосмотического переноса воды. Наблюдается и понижение

концентрации сухих веществ от 20,2 ± 0,1% до (18,3 ± 0,1%.

80

Таким образом, результаты анализа полученных экспериментальным

путём данных исследования, позволяют считать необходимым и целесообразным

проведение предварительного концентрирования с последующей

электродиализной обработкой пермеата ОТС для направленного изменения его

физико-химических характеристик - повышение массовой доли лактозы и

снижение этого показателя для минеральных веществ. При дальнейшей её

переработке на глюкозо-галактозный сироп это позволит повысить

эффективность этой технологической операции.

Для выявления основных закономерностей гидролиза лактозы в

предварительно сконцентрированном и деминерализованном пермеате ОТС был

использован коммерческий препарат «Лактазар» отечественного производства (с

оптимумом при pH = 3÷5). При определении оптимальных значений основных

параметров работы фермента были использованы рекомендации указанные в

заводской инструкции (ОАО "Фармстандарт-Лексредства", г. Курск) по

использованию ферментного препарата (таблица 4.7).

Таблица 4.7 - Характеристики ферментного препарата «Лактазар» (кислая

β-галактозидаза)

№ Наименование показателей Значение

1 Внешний вид Мелкодисперсный

порошок

2 Цвет Светло-бежевый

3 Массовая доля влаги (не более), % 8,0

4 β-галактозидазная активность, ед./г 1500±150

5 Массовая доля остатка после

просеивания на сите из проволочной

сетки № 067 (не более), %

5,0

6 Безвредность в тест-дозе Безвреден

7 Количество мезофильных аэробных и

факультативно – анаэробных

микроорганизмов, кол./г (общ. бак.

обсемененность), не более

1х10

8 Бактерии группы кишечных

палочек в 1 гр.

Не допускается

9 Наличие плесеней и дрожжей Не допускается

10 Патогенные микроорганизмы, в т.ч.

сальмонеллы, в 1 гр. препарата

Не допускается

11 Споры грибов, в т.ч. гриба-продуцента Не допускается

81

На графике (рис. 4.1) отражена кинетика ферментативного гидролиза

лактозы в пермеате ОТС (натуральном и деминерализованном) под воздействием

препарата «Лактазар». Анализ полученных экспериментальным путём данных

показывает, о том, что гидролиз лактозы при прочих равных условиях проходит

более интенсивно в деминерализованном пермеате ОТС в сравнении с

натуральным пермеатом ОТС.

В серии последующих экспериментов фермент «Лактазар» вносили в такие

же образцы деминерализованного пермеата ОТС, но с различными значениями

массовой доли сухих веществ них (рисунок 4.2).

Рисунок 4.1 - Кинетика ферментативного гидролиза в деминерализованном

(55±2%) (▲) и натуральном пермеате ОТС (●).

GH= 12,736ln(τ) + 52,149

R² = 0,9339

Gd = 13,212ln(τ) + 57,564

R² = 0,9587

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5

Степ

ень

ги

др

ол

иза

, %

Длительность процесса ферментации, час

82

Рисунок 4.2 – Зависимость степени гидролиза лактозы от содержания сухих

веществ (СВ) в деминерализованном пермеате ОТС

Следует отметить, что при проведении гидролиза в температурных

диапазонах, значительно отличающихся от рекомендаций завода-изготовителя

(ОАО «Фармстандарт-Лексредства», г. Курск) степень гидролиза лактозы в

деминерализованном пермеате ОТС не превышала значения 43÷45%, при этом

время выдержки достигало 7÷8 часов, что вряд ли приемлемо с точки зрения

рентабельности производства.

Анализ результатов выполненных экспериментальных исследований

позволил определить, что оптимальные значения параметров процесса гидролиза

лактозы в предварительно подсгущенном и деминерализованном пермеате ОТС

находятся в следующих диапазонах: - температура от 48,0 до 52,0 0С; время

выдержки до 4,0 часов; - значение показателя pH от 3,0 до 5,0. При этом

максимальная степень гидролиза лактозы достигается до75÷80)%.

Таким образом, пермеат ОТС необходимо предварительно подсгустить до

содержания сухих веществ в диапазоне 20÷21% и провести последующую

деминерализацию до 55±2%.

0

20

40

60

80

100

1 2 3 4 5 6

Степ

ень

ги

др

ол

иза

, %

Длительность гидролиза, час

6,5±0,1% СВ 13±0,1% СВ 20±0,1% СВ

83

На заключительном этапе производства ГГС следует досгущать в вакуум-

выпарных аппаратах до массовой доли сухих веществ 68±2 %. Основные

характеристики ГГС, выработанного из подсгущённого и деминерализованного

пермеата ОТС представлены в таблице 4.8.

Таблица 4.8 – Основные характеристики ГГС из подсгущённого и

деминерализованного пермеата ОТС (р=0,95)

Наименование показателя Значение показателя для ГГС

Массовая доля сухих веществ, % 68,0

Массовая доля углеводов, %:

в том числе: глюкозы

галактозы

лактозы

67,0

28,4

29,5

9,1

Массовая доля золы, % 1,0

Результаты определения органолептических характеристик ГГС,

выработанного из подсгущённого и деминерализованного пермеата ОТС

приведены в таблице 4.9.

Таблица 4.9 – Органолептическая оценка ГГС из подсгущённого и

деминерализованного пермеата ОТС

Наименование

показателя

Характеристика показателя для готового продукта

(досгущенный)

Внешний вид

и консистенция

Сироп, с консистенцией характерной для сгущенных

продуктов

Вкус и запах Сладкий, чистый, без посторонних привкусов и запахов

Цвет От светло-желтого до светло-золотистого

Результаты определения микробиологических показателей ГГС,

выработанного из подсгущённого и деминерализованного пермеата ОТС

приведены в таблице 4.10.

84

Таблица 4.10 - Микробиологические показатели глюкозо-галактозного

сиропа (ГГС) из пермеата ОТС.

Показатели ГГС ОТС Требования СанПин

2.3.2.1078-01

КМАФАнМ, КОЕ/г

БГКП (колиформы), в 1г

(1,2±0,1)*104

отсутствуют в 1,0 г

(5±0,1)*104

Не допускается в 1,0 г

Таким образом, из анализа представленных в таблицах данных, можно

заключить, что все основные качественные показатели ГГС, выработанного из

подсгущённого и деминерализованного пермеата ОТС полностью соответствуют

всем требованиям действующей нормативной документации (ТУ 9229-022-

00437062-2009) на «Глюкозо-галактозный сироп из пермеата творожной

сыворотки». Микробиологические показатели готового продукта соответствуют

требованиям изложенным в СанПиН 2.3.2.1078–01 и относящихся к сгущенным и

сухим концентратам.

4.2. Физико-химические свойства ретентата ОТС

Организация замкнутого цикла комплексной переработки ОТС должна

предусматривать эффективное использование, как пермеата, так и ретентата,

получаемого в значительно меньших объёмах, но представляющего собой ценный

источник нативных сывороточных белков [47].

Для оценки конкурентоспособности ретентата ОТС с отдельными видами

белкового сырья, используемых в производстве различных продуктов питания,

его органолептическая характеристика (таблице 4.11.) представлена в сравнении с

концентратом сывороточных белков (КСБТ), полученного традиционным

методом тепловой денатурации.

85

Таблица 4.11 - Органолептическая оценка ретентата ОТС и КСБ-УФ

Показатель Ретентат ОТС КСБ-УФ

Внешний вид Однородная масса с

кремовым оттенком

Однородная масса белого

цвета

Консистенция Жидкая Жидкая

Цвет Светло-бежевый Белый

Запах Сывороточный, со слабым

травяным ароматом

Характерный

сывороточный

Вкус Кисло-сладкий, молочный, с

фруктовым привкусом

Кисломолочный, с

сывороточным привкусом

Общая оценка 4,8 4,5

Сравнение органолептических показателей ретентата ОТС и КСБТ

показало, что добавление экстрактов стевии способствует устранению

сывороточного привкуса и запаха в получаемом полуфабрикате. Поскольку

концентраты сывороточных белков всё более широко применяются в

производстве различных пищевых продуктов [174, 201], потребительские

свойства которых во многом определяются физико-химическими показателями

такого сырья, то одной из задач данного этапа исследований явилось изучение

соответствующих параметров ретентата, полученного при ультрафильтрационном

разделении ОТС. В таблице 4.12 представлены основные показатели, по

результатам анализа которых можно определить основные пути дальнейшего

использования ретентата ОТС производстве продуктов питания или для иных

целей.

Таблица 4.12 - Основные характеристики ретентата ОТС (р=0,95)

Наименование показателя Ретентат ОТС КСБ-УФ

Массовая доля сухих в-в, % 8,5±0,1 8,3±0,1

Массовая доля белка, % 2,0±0,1 2,9±0,1

Лактоза, % 4,5±0,1 4,6±0,1

Минеральные вещества, % 2,0±0,1 0,8±0,1

Активная кислотность, рН 4,5±0,1 4,7±0,1

Титруемая кислотность, ºТ 68±2,0 50±2,0

86

Таким образом, есть основания полагать, что по общей органолептической

оценке ретентат ОТС на 0,3 балла превосходит КСБ-УФ, а по физико-химическим

параметрам не уступает КСБ-УФ.

Возможность использования белковых полуфабрикатов в технологии

продуктов питания обязательно должна оцениваться и по содержанию тяжелых

металлов. Сырьё для выработки экстрактов стевии, использованных при

выработке ОТС, было получено из учебно-опытного хозяйства Ставропольского

государственного аграрного университета. Результаты анализа ретентата ОТС

представлены в таблице 4.13.

Таблица 4.13 - Содержание тяжелых металлов в ретентате ОТС (р=0,95)

Наименование

тяжелого

металла

Содержание в

ретентате ОТС,

мг/кг

Допустимый уровень содержания

по СанПиН 2.3.2.1078-01 для

аналогичных продуктов, мг/кг

Свинец не обнаружено 0,3

Мышьяк не обнаружено 0,5

Кадмий 0,01 0,2

Ртуть не обнаружено 0,03

Эффективность усвояемости белковых веществ организмом можно в

первом приближении характеризовать основным показателем -

сбалансированностью по содержанию аминокислот. Эта оценка положена в

основу классификации белков по их биологической ценности, что является

базовым критерием потенциальной способности белка удовлетворять потребность

человеческого организма в аминокислотах. Для получения такой оценки

традиционно применяют метод аминокислотного скора, что позволяет получать

сравнительную с образцовым белком характеристику любого белка по

содержанию в нем аминокислот. Результаты анализа аминокислотного состава

ретентата ОТС представлены в таблице 4.14. Необходимо отметить, что

некоторые аминокислоты (например, лизин) в белках при длительном хранении

или обработке сырья могут образовывать трудно усвояемые организмом

соединения. Т.е. становятся практически полностью недоступными действию

пищеварительных ферментов, что значительно снижает ценность самих белков. А

87

так как процесс ультрафильтрации ОТС в ходе исследований проводился при

повышенном давлении, но температуре до 10±20С, то ограничивающим внешним

фактором технологии производства ОТС, с такой точки зрения, следует считать

его продолжительность. Установлено, что аминокислоты (лейцин, валин,

гистидин, фенилаланин и др.), содержащиеся в белках творожной сыворотки, в

основном полностью переходят в ретентат ОТС.

Таблица 4.14 – Аминокислотный состав ретентата ОТС в сравнении с

сывороточными белками (р=0,95)

Аминокислота

Содержание аминокислот, г/100 г

белка

КСБ-УФ Ретентат ОТС

Аспарагиновая

кислота 10,6 8,6

Треонин 5,2 4,7

Серин 5,2 4,1

Глутаминовая кислота 17,1 16,1

Глицин 1,7 1,2

Аланин 5,3 4,4

Валин 5,7 5,2

Метионин 2,3 1,7

Изолейцин 6,5 6,1

Лейцин 12,3 9,8

Тирозин 3,8 3,5

Фенилаланин 4,4 4,1

Гистидин 1,7 1,6

Лизин 9,1 7,4

Аргинин 2,5 2,1

Как следует из содержания официального документа СанПиН 2.3.2.1078-01

(Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых

продуктов) все пищевые продукты кроме прямого назначения удовлетворения

физиологических потребностей человека в питательных веществах должны

соответствовать и нормативам по допустимому содержанию в них потенциально

88

опасных для здоровья микроорганизмов [201]. Этим и обуславливается

необходимость проведения исследований ретентата ОТС по микробиологическим

показателям, как непосредственно после его выработки, так и в процессе его

хранения при температуре (4±1) ºС в герметичной упаковке (таблица 4.15).

Таблица 4.15 – Микробиологические показатели ретентата ОТС (р=0,95)

Наименование показателя Ретентат ОТС

Свежий 4 суток 8 суток

КМАФАнМ, КОЕ/г 0,7·10

3 0,9·10

3 3·10

4

(допускается не более 5·104), ТР ТС 033/2013

БГКП (колиформы), в 1г не обнаружены

Дрожжи, КОЕ/г отсутствуют

Плесени, КОЕ/г отсутствуют

На основании анализа результатов выполненных экспериментальных

исследований установлено, что ретентат, полученный методом

ультрафильтрационного разделения ОТС, по физико-химическим,

микробиологическим показателям и аминокислотному составу можно отнести к

ценным белковым полуфабрикатам, отличающимися от ближайших аналогов

повышенными органолептическими показателями, что позволяет его

использовать в технологиях производства пищевых продуктов.

4.3. Основные направления использования пермеата и ретентата, полученных

ультрафильтрацией ОТС

Принципиальный подход к решению проблемы создания безотходной

технологии ОТС основывается на современной концепции глубокой переработки

молочного сырья путём формирования замкнутого цикла пищевого производства

[161, 146]. В соответствии с этим творожная сыворотка, образующаяся при

выработке зерненного творога, подвергается пастеризации (или

микрофильтрации) и смешивается с концентрированным водным экстрактом

стевии. После выдержки при температуре 10±2ºС в течении 30÷40 минут и

отделения образующегося осадка полученную ОТС разделяют методом

89

ультрафильтрации. Основные компоненты ОТС, ее пермеата и ретентата

приведены в таблице 4.16.

Таблица 4.16 – Примерный состав ОТС, ретентата и пермеата

Наименование Белок, % Лактоза, % Мин. комплекс, % Сух.в-ва, %

ОТС 0,6÷0,8 5,0÷5,2 0,7÷0,8 6,8÷7,2

Ретентат ОТС 3,7÷3,8 5,1÷5,4 0,7÷0,8 10,0÷10,6

Пермеат ОТС 0,1÷0,15 5,0÷5,1 0,6÷0,7 6,7÷7,1

Наиболее перспективными путями дальнейшей переработки пермеата,

полученного при ультрафильтрации ОТС представляются следующие:

1. Выработка свежих и консервированных фруктово-овощных напитков,

включающих в свой состав минеральный комплекс творожной сыворотки и

естественные подсластители, содержащиеся в концентрированных экстрактах

стевии. Такие напитки могут быть востребованы в первую очередь людьми

ориентированными на здоровый образ жизни, спортсменами, для восполнения

потерь микро- и макроэлементов в процессе выполнения физической работы,

особенно в условиях жаркого климата. В настоящее время практически все

выпускаемые пищевой промышленностью напитки с привлекательными для

широкого потребителя органолептическими показателями вырабатываются на

основе обычной (или подвергнутой нанофильтрации) воды с добавлением

различных вкусо-ароматических ингредиентов, сахара или синтетических

подсластителей и углекислоты. Для повышения их биологической ценности при

сохранении заданных потребительских свойств возможно использование

концентратов пермеата ОТС, получаемого путём дополнительной обработки на

установках обратного осмоса.

2. Интерес представляет и перспектива широкого использования

выделяемого из пермеата с использованием электродиализа уникального

минерального комплекса ОТС, который благодаря обогащению компонентами

растительного сырья, может быть весьма ценным полуфабрикатом в производстве

диабетической продукции [114, 167]. Так называемые жидкие отходы после

90

электродиализа пермеата ОТС фактически являются солевым раствором,

содержащим практически весь природный минеральный комплекс стевии и

творожной сыворотки. По внешнему виду это прозрачная жидкость, ионный

состав которой может варьироваться параметрами электродиализного процесса и

соответственно целенаправленно изменять её органолептические показатели. Это

открывает широкие возможности их использования для выработки отдельного

класса напитков с составом идентичным природным минеральным водам.

3. Одно из самых перспективных направлений развития современного

сельского хозяйства – кормопроизводство на основе специальных биологически

активных добавок, обеспечивающее повышение продуктивности животных и

сохранности молодняка. Использование для этих целей пермеатов ОТС

обусловлено тем, что в процессе пищеварения например крупного рогатого скота,

составляющего основу отечественного животноводства, активно участвуют

бифидобактерии и лактобациллы [73]. Для создания нормальных условий

активной жизнедеятельности необходим бифидогенный фактор – лактулоза

(изомер лактозы) [77, 93]. Она, во-первых, является источником питания

бифидобактерий, а во-вторых, сбраживаются ими до органических кислот, что

способствует нормализации показателя рН среды кишечника и соответственно

подавлению развития протеолитической кишечной микрофлоры. В комплексе всё

это создаёт условия для нормализации обменных процессов в организме

животного, особенно в условиях стойлового содержания поголовья, что

характерно для современных крупных агрохолдингов.

4. Глубокая переработка пермеата на основе их электродиализа,

нанофильтрационного и обратноосмотического разделения на отдельные

составляющие с целью выделения технологической воды, рафинированного

раствора лактозы, компонентов минерального комплекса, молочной кислоты и

т.д. [168,187]. Такое фракционирование даст возможность разрабатывать новые и

с высокой эффективностью внедрять в производство уже имеющиеся технологии

целого ряда уникальных продуктов питания, напитков и кормовых добавок.

91

Результаты анализа наиболее известных частных технологий пищевых

продуктов, предусматривающих применение молочной сыворотки, либо её

компонентов [83,169-170], показал, что ретентат ОТС может быть использован

следующим образом:

1. После нанофильтрации (или обратноосмотического концентрирования)

ретентата его можно с помощью вакуум-выпарного оборудования дополнительно

подсгустить до содержания С=40÷45% сухих веществ. А затем направить на

электродиализ, что позволит выделить из подсгущенного ретентата ту или иную

часть минерального комплекса в зависимости от вида конечного продукта.

Сгущенный и частично (или практически полностью) деминерализованный

белковый концентрат можно направить на распылительную сушку и получить

высококонцентрированный (до 96% сухих веществ) продукт длительного

хранения [126] или полуфабрикат, традиционно используемый для повышения

выхода колбасных изделий. Так для приготовления кулинарного говяжьего фарша

используется до 35÷40 % сухой деминерализованной молочной сыворотки,

концентраты которой хорошо сочетаются со вкусом мяса, ароматом специй,

улучшают внешний вид готовой колбасной продукции [15]. Деминерализованный

сывороточный белковый концентрат (КСБ-УФ) нашел применение и в про-

изводстве и других продуктов питания, как специального назначения, так и

детского [84, 95, 122,203]. А полученный таким образом солевой раствор можно

использовать в производстве различных минерализованных напитков [16].

2. Дальнейшее нанофильтрационное концентрирование ретентата, что

позволяет увеличивать в нем массовую долю белка до (4,0÷4,3)% [75, 169]. Такой

ретентат используется в производстве продуктов питания специального

назначение (например, спортивное питание) с повышенным содержанием

наиболее легко усвояемых и ценных сывороточных белков. Это относится и к

выработке продуктов для людей занятых тяжелым физическим трудом,

осложненным психо-эмоциональными нагрузками. Следует отметить, что

сывороточные белковые концентраты можно считать самыми доступными из

высококонцентрированных природных источников незаменимых аминокислот,

92

потребление которых необходимо для синтеза мышечной ткани. Применение

такого вида полуфабрикатов открывает широкие возможности для разработки

рецептур различных продуктов питания, потребление которых соответствует

принципам здорового образа жизни [50, 142, 94,141,200,202], что является

основой одного из путей решения проблемы снижения избыточной массы тела

для большинства урбанизированного населения.

3. Очищенный диафильтрацией от лактозы и минерального комплекса

ретентат ОТС служит исходным полуфабрикатом для выработки практически

чистых изолятов сывороточных белков, пригодных для нормализации по белку

питьевого молока, или производства творожных изделий для детского питания.

Однако надо отметить, что на минеральный состав молочной сыворотки, а

следовательно и ОТС, при прочих равных условиях, существенное влияние

оказывает сезонность получения молока и технология производства, например,

творожных изделий. В совокупности это сопряжено с необходимостью довольно

частых изменений рабочих параметров процесса диафильтрации, а это сопряжено

с дополнительными экономическими затратами.

4.4. Разработка рецептуры и технологии молочных напитков

на основе ретентата ОТС

При использовании ретентата ОТС как полуфабриката в производстве

молочных напитков существенное значение имеют не только его физико-

химические свойства и структура, но также и этап его внесения в исходную смесь.

Ретентат ОТС можно вносить после пастеризации или до неё перед

заквашиванием готовой смеси, при этом предварительно смешивая его с

небольшим количеством обезжиренного молока до образования однородной

массы. На процесс производства и физико-химические свойства молочного

напитка, существенное влияние оказывают титруемая и активная кислотность

ретентата ОТС (К=50±2ºТ, рН=5,3±0,1). Так при внесении в молоко с

кислотностью 18÷19 ºТ, 7÷8% (по массе) ретентата ОТС кислотность смеси

93

увеличивается до 23÷24ºТ, что может осложнять термообработку получаемого

продукта. Необходимость снижения показателей кислотности смеси связана,

прежде всего, с внесением в получаемый полуфабрикат различных солей-

раскислителей, что не всегда оказывает благоприятное влияние на

органолептические показатели готовой продукции. Поэтому корректировку этого

показателя целесообразно проводить в сыром молоке до момента внесения в него

ретентата ОТС.

Титруемая кислотность молока определяется его составом, условиями и

длительностью транспортировки к месту переработки. Для свежего

кондиционного сырья она обычно равна 16÷18°Т. При этом однозамещенные

фосфорнокислые соли обусловливают 10÷11°Т, белки молока 4÷5°Т, а газовые

компоненты, кислоты и пр. около 1÷3°Т. Следует отметить, что процессе

хранения и транспортировки в молоке происходят различные биохимические

изменения, что может приводить, как к нарушениям структуры белков, так и

оболочек жировых шариков, что и вызывает в конечном итоге повышение его

кислотности. Выделение из молока большинства летучих компонентов

целесообразно проводить путём его термообработки в испарительно-

конденсационном режиме, снижая кислотность на 1÷3°Т. В результате этого

замедляется и скорость нарастания показателя кислотности в процессе хранения

обработанного сырья. Это обуславливается, во-первых, удалением летучих

компонентов молока, прежде всего, кислорода, а во-вторых, из-за частичного

подавления роста микрофлоры [170]. Для повышения стойкости молока при

тепловой обработке и снижения показателя его титруемой кислотности можно

применять и соли-корректоры, например, двууглекислый натрий. При этом

добавление таких солей приводит к [169]:

-сдвигу активной кислотности до рН 6,5÷6,6;

-снижению скорости изменения рН при нагревании молока и повышению

его буферной емкости;

-замещению ионов кальция ионами натрия или калия, что способствует

снижению скорости последующих гидрофобных взаимодействий.

94

Таким образом, корректируя кислотность молока, можно регулировать и

технологический процесс производства готовых продуктов, например, влиять на

органолептические показатели получаемых молочных напитков, а также

улучшить условия эксплуатации используемых теплообменных аппаратов.

Молочный напиток с добавлением ОТС рекомендуется вырабатывать не жирным

(до 2,0%-ной жирности). Это не только обеспечивает высокие органолептические

характеристики этого продукта, но и позволяет удовлетворять вкус большинства

потребителей, ведущих здоровый образ жизни и поэтому предъявляющих

достаточно высокие требования к составу продуктов питания, обращая особое

внимание на наличие в них полезных компонентов при низком содержании

жиров. Примерная рецептура таких напитков приведена в таблице 4.17.

Таблица 4.17 – Рецептура молочного напитка с добавлением ретентата ОТС

Наименование сырья Расход сырья, кг

Молоко обезжиренное (СВ 8,2±0,1%) 600

Ретентат ОТС (СВ 17÷18%), не более 380

Натрий двууглекислый, до 5÷8

Пищевые красители, пряно-ароматические добавки и пр. 15÷12

Итого 1000

Для расширения ассортимента таких молочных напитков можно

вырабатывать их и с добавлением пермеата, а также различных вкусовых и

других добавок (таблица 4.18).

Таблица 4.18 – Примерные рецептуры молочного напитка с ретентатом ОТС

Сырьё Расход сырья, кг

Ванильный Медовый Фруктовый Витаминный

Молоко

обезжиренное 780 750 740 730

Пермеат ОТС - 125 120 95

Закваска на

обезжиренном

молоке

50 50 50 50

95

Окончание таблицы 4.18

Ретентат ОТС,

СВ 17÷18% 110 - - 100

Натрий

двууглекислый 3÷4 3÷4 3÷4 3÷4

Коплекс

поливитаминный - - - 5

Пищевые

стабилизаторы,

красители,

ароматизаторы,

экстракт стевии

и пр.

17÷16 7÷6 17÷16 17÷16

Мед

натуральный - 62 ÷61 - -

Наполнители

фруктовые и др. 40 - 70,0 -

Итого 1000,0 1000,0 1000,0 1000,0

4.5 Разработка рецептуры и технологии молочных напитков

на основе пермеата ОТС

Анализ результатов изучения органолептических и физико-химических

показателей пермеата ОТС позволяет полагать, что это сырьё может быть

использовано для производства различных видов напитков, в состав которых

целесообразно включать фруктовые и овощные соки, экстракты лекарственных,

пряных, ароматических и других растений, в том числе и дикорастущих. В этой

связи интерес представляет использование сока или экстракта стевии как

натурального подсластителя пермеата для выработки напитков, употребление

которых не противопоказано особой группе людей, страдающих сахарным

диабетом [145]. Кроме того, добавление в напитки натурального сока (или

экстракта стевии), которая является источником микроэлементов и витаминов,

может не только придавать им высокие вкусовые качества, но и повышать их

биологическую ценность.

96

Для приготовления напитков, предназначенных для массового потребителя,

были использованы концентраты натуральных соков – яблочный, апельсиновый

и виноградный с массовой долей сухих веществ до 70÷72% и пермеат ОТС. Для

сравнения органолептических показателей в контрольных образцах в качестве

базовой дисперсионной среды использовалась бутилированная питьевая вода по

ГОСТР 8.563-2009. При разработке рецептуры и проведении органолептических

исследований для исключения субъективизма в оценке образцов напитка на

основе пермеата ОТС была использована традиционная методика [177,178].

Результаты определения органолептических показателей представлены в таблице

4.19. Сравнительно высокие комплексные оценки напитков удалось получить при

использовании в качестве ингредиентов фруктовых концентратов соков -

апельсинового и яблочного. Удовлетворительная оценка дана напитку с

добавлением осветленного виноградного сока. Следует отметить, что при

использовании сырья с различными физико-химическими показателями всегда

необходимо производить перерасчет рецептуры.

Таблица 4.19 - Основные ингредиенты и органолептические показатели

напитка приготовленного на основе пермеата ОТС и питьевой воды (ГОСТ

32220-2013)

Состав по массе Сухих

в-в, %

Органолептические

показатели

Бал

л

Апельсиновый сок,

пермеат, (стабилизаторы,

консерванты, красители

пищевые) (50:48:2)

8,3±0,

3

Цвет светло-желтый

опалесцирующий, прозрачный.

Вкус кисло-сладкий,

апельсиновый, освежающий. Без

сывороточного запаха и

привкуса.

4,6

Яблочный сок, пермеат,

(стабилизаторы,

консерванты, красители

пищевые) (50:48:2)

9,5±0,

3

Цвет янтарный, светлый. Вкус

кисло-сладкий. Запах яблочный.

Без сывороточного запаха и

привкуса.

4,3

Виноградный сок,

пермеат, (стабилизаторы,

консерванты, красители

пищевые)

(50:48:2)

9,2±0,

3

Цвет желтый, с зеленоватым

оттенком, прозрачный. Вкус

сладкий, освежающий. Запах

виноградный, слабо

выраженный. Без сывороточного

запаха и привкуса.

4,0

97

Необходимо отметить, что снижение массовой доли сухих веществ ниже

11,5±0,3% за счет уменьшения в напитках содержания сока ведёт к появлению

сывороточного привкуса и ухудшению вкусовых качеств (таблица 4.20).

Таблица 4.20 - Основные ингредиенты и органолептические показатели

напитка приготовленного на основе пермеата ОТС и питьевой воды (ГОСТ

32220-2013)

Состав Сухие

в-ва, %

Органолептические

показатели Балл

Апельсиновый

+ вода +

добавки 11±0,3

Цвет светло-желтый, прозрачный. Вкус

кисло-сладкий, апельсиновый,

освежающий. Слабый апельсиновый

запах.

3,6

Апельсиновый

+

пермеат 11,1±0,3

Цвет светло-желтый, прозрачный. Вкус

кисло-сладкий, апельсиновый. Запах

апельсиновый, слабый, не выраженный.

Легкий сывороточный привкус.

3,4

Яблочный

+ вода +

добавки 11±0,3

Цвет светло-янтарный. Вкус кисло-

сладкий, яблочный, освежающий

невыраженный. Запах слабый,

невыраженный.

3,5

Яблочный

+

пермеат 11,2±0,3

Цвет светло-желтый. Вкус кисло-

сладкий, невыраженный. Слабый

яблочный запах, невыраженный.

Легкий сывороточный привкус.

3,3

Виноградный

+ вода +

добавки

11±0,3

Цвет светло-желтый, прозрачный. Вкус

сладкий, виноградный, слабый. Запах

виноградный, слабо выраженный.

3,4

Виноградный

+

пермеат

11,2±0,3

Цвет слабо-желтый, прозрачный. Вкус

кисло-сладкий, слабый. Легкий

сывороточный привкус.

3,0

Как правило, в состав дисперсной фазы сложно-рецептурных напитков

входят компоненты не только фруктовых или овощных соков, но также

различные пищевые добавки, усилители вкуса, ароматизаторы, консерванты и

т.п., что не всегда позволяет сбалансировать их физико-химический состав. Это

дает основание полагать, что пермеат ОТС является идеальным и уникальным по

своему составу компонентом в производстве напитков самых различных видов.

Это обусловлено тем, что он представляет собой истинный раствор лактозы,

98

витаминов, минеральных солей калия, кальция, натрия, магния, и т.д. Однако

детальное изучение физико-химических свойств и проработку рецептур

напитков, вырабатываемых на основе таких сложных полидисперсных систем,

скорее всего, необходимо выделять в отдельную область специальных научных

исследований.

Акт производственной выработки молочного напитка по предлагаемым

рецептурам приведены в приложении Ж, разработана и утверждена в

установленном порядке техническая документация: ТИ (приложения Б и В) и

СТО 21990691-001-2015 «Молочные напитки обогащенные на основе молочной

сыворотки и природных полисахаридов», а также получены патенты № 2489891

«Способ получения молочного фруктово-овощного напитка» с приоритетом от

20.08.2013 г. (Приложение Г) и № 2573932 «Способ получения сывороточного

фруктово-овощного напитка» с приоритетом от 27.01.2016 г. (Приложение Д).

Разработанная технология молочного напитка с добавлением ретентата, пермеата

ОТС и экстракта стевии представлена на выставках «Агроуниверсал»

(Ставрополь, март 2015). Заявка по теме НИР «Разработка, проектирование и

внедрение мембранной технологии получения напитка из творожной сыворотки с

добавлением растительного сырья» отмечена дипломом на Всероссийском

конкурсе «Ставрополь, УМНИК, апрель 2014» (Приложение А).

4.6 Порядок мойки и регенерации ультрафильтрационных мембран

С течением времени при ультрафильтрационном разделении жидких

высокомолекулярных систем, в том числе и творожной сыворотки, происходит

постепенное снижение производительности установок вследствие загрязнения

мембранных поверхностей образующимися на них отложениями белковых полей,

микрочастиц различных взвесей, малорастворимых солей и образованием

биопленки [178]. Следует отметить, что при наличии застойных зон в

циркуляционном контуре баромембранных аппаратов возможно развитие в нём

микрофлоры, причём как в линии пермеата, так и в линии ретентата. В этой связи

99

безотказность работы оборудования может быть обеспечена путём своевременной

мойки и регенерации ультрафильтрационных мембран.

Для снижения интенсивности формирования отложений на мембранных

поверхностях целесообразно проводить периодические профилактические

промывки циркуляционного контура аппарата. При этом о необходимости такой

процедуры можно судить по следующим признакам:

- снижение среднего за рабочий цикл значения показателя проницаемости

мембраны на 18÷20% при постоянных значениях рабочего давлении в аппарате,

скорости циркуляции и температуре разделяемой системы;

- повышение среднего за рабочий цикл значения показателя селективности

мембраны более чем на 15÷17% при поддержании заданной её проницаемости;

- несоответствие результатов бактериальных исследований пермеата,

ретентата или смывных вод из мембранного канала установки.

Анализ результатов исследований [178] показал, что первопричиной

образования отложений на мембранных поверхностях является адсорбционное

взаимодействие белковых молекул с мембраной , в ходе которого происходит

изменение их структуры от глобулярного состояния до развернутого. Причём это

наблюдается при перемещении молекул из примембранной зоны к границе

фазового раздела [46]. Это объясняется тем, что в водном растворе молекула

белка, находящаяся в изоэлектрической точке в целом нейтральна [104], но в

нативном состоянии все белки характеризуются выраженной поверхностной

активностью, особенно в специфических условиях примембранной зоны на

границе раздела фаз [178,90,133]. Следует отметить, что в настоящее время

единой теории, полностью описывающей механизм формирования таких

белковых отложений на мембранных поверхностях пока нет. По мнению

некоторых исследователей [54, 171] макромолекулы белка закрепляются на

мембране за счет адсорбционных сил, образуют прочные многослойные

пространственные поля белковых отложений. Причём произошедшие в

результате такого взаимодействия изменения структуры белковых молекул

являются необратимыми, что и отличает отложение белков от обычной

100

адсорбции. В процессе формирования отложений происходит значительное

уплотнение белковых слоев на границе раздела фаз за счет упорядоченной

ориентации макромолекул в направлении к граничной области [141]. На прочно

закрепленный «первичный» белковый монослой адсорбируется следующий и т.д.

Но чем более удален такой слой от мембранной поверхности, тем менее

упорядоченно ориентированы макромолекулы в нем и соответственно слабее

межмолекулярные связи [170]. А весь многослойный белковый комплекс по

толщине значительно превосходит размеры сформировавших его макромолекул

[171]. Сложность вопроса организации высокоэффективной мойки мембран

обуславливается не только трудностями моделирования механизма формирования

загрязняющих отложений, но их физико-химическим составом. С этой точки

зрения эмпирический подход к разработке, как состава моющих средств, так и

регламента их использования для восстановления проницаемости мембран можно

считать вполне правомерным. Однако это накладывает существенные

ограничения, как на режимы эксплуатации мембран, так и на исходные

технологические требования к физико-химическим показателям творожной

сыворотки при её ультрафильтрационном разделении. Следует отметить, что

современные регламенты мойки мембран различными фирменными или

адаптированными моющими средствами [95] практически всегда позволяют

восстановить проницаемость мембран до уровня достаточно близкому к

первоначальному. Но для этого всегда требуется строгое соблюдение всех

пунктов технологической дисциплины, как производства готовой продукции, так

и процедуры мойки. Обычно режимы мойки и моющие средства подбирают на

основе результатов анализа, как физико-химических свойств используемых

мембран, так и свойств конструкционных материалов самих установок. Однако на

практике случаи выхода даже базовых параметров творожной сыворотки за рамки

требований соответствующих СТО или отклонение от ТИ перед её

ультрафильтрацией не редки, что связано как с объективными причинами

(например, отсутствие постоянного источника сырья), так и общей недостаточно

высокой культурой производства. И это, как правило, в совокупности приводит к

101

сложному загрязнению рабочей поверхности мембран. В случае нештатного

загрязнения мембран обычная регламентированная процедура мойки и мембран

с использованием рекомендованных моющих средств далеко не всегда позволяет

в полной мере обеспечить восстановление эксплуатационных параметров работы

ультрафильтрационного оборудования, используемого для разделения творожной

сыворотки. Поэтому кроме CIP – мойки предлагается включать в аппаратурную

схему ультрафильтрационной установки отдельный блок для специального

моющего раствора (рисунок 4.3).

Рисунок 4.3 - Принципиальна схема ультрафильтрационной установки с блок для

моющего раствора

102

Обозначения: 1-5 - точки установки датчиков КИПа для управления и

контроля эксплуатационных параметров установки (рабочее давление,

температура, скорость циркуляции, рН разделяемой системы, массовая доля

сухих веществ в ретентате); 6 - циркуляционный насос; 7 - питающий насос; 8-18-

дроссельные заслонки; 19- емкость для исходной ОТС; 20- емкость для

специального моющего раствора; 21- сменные фильтрующие элементы

баромембранного аппарата; 22 - емкость для сбора пермеата.

Такая компоновка баромембранного оборудования позволяет при

необходимости мойку мембранной поверхности провести в автономном режиме.

Например, реализовать известный способ восстановления проницаемости

керамических мембран путём организации процесса мойки аппарата обратным

потоком из линии пермеата. Но и этого бывает не всегда достаточно для

эффективной промывки мембран и восстановления их проницаемости. Это можно

объяснить тем, что при ультрафильтрации молочной сыворотки вследствие

явления адсорбции белковые отложения могут формироваться не только на

рабочей поверхности мембраны, но и на подложке, со стороны линии пермеата

[180]. Что способствует биологическому загрязнению мембран и развитию

микрофлоры в мембранном аппарате. Поэтому при проведении мойки обратным

потоком часть этих органических отложений, в том числе и патогенная

микрофлора, смывается с поверхности подложки и может блокировать

мембранные каналы. Для предотвращения этого явления нами предлагается

отличный от традиционного порядок мойки мембран:

- «прямая» мойка проводится до тех пор, пока не будет достигнуто 60÷70%

восстановления от первоначального значения проницаемости мембраны по воде,

что должно соответствовать стадии завершения очистки её рабочей поверхности

от «слабо закрепленных» слоев сформировавшихся за рабочий цикл отложений;

- другим циркуляционным потоком при меньшем, чем в канале ретентата,

давлении необходимо смыть отложения с обратной стороны мембраны;

- включается линия обратного потока, в которой осуществляется

циркуляция моющего раствора, в результате чего «сильно закрепленные» и

103

оставшиеся на рабочей поверхности мембраны слои отделяются от неё и

смываются в линии ретентата;

- процесс мойки заканчивается ополаскиванием обоих контуров

ультрафильтрационной установки.

Следует отметить, что щелочные моющие растворы достаточно

эффективно удаляют в основном только органические отложения на мембране

при обычном загрязнении и, как правило, применяются только в начале процесса

мойки. Но, с другой стороны, отложения различных солей на поверхностях

мембраны также ухудшают их проницаемость, уменьшая величину эффективной

фильтрующей поверхности. Соответственно одним из важных факторов

обеспечения эффективной работы ультрафильтрационных установок принято

считать снижение интенсивности формирования на мембранных поверхностях

малорастворимых солей кальция (карбонатов и сульфатов), гидроокисей марганца

и железа, источником которых служит в основном выпадающий осадок из воды с

повышенной жесткостью. Причём чаще всего на мембранах формируются

отложения из различных соединений трёхвалентного железа. Обычно для

удаления практически всех этих неорганических осадков, особенно карбонатов и

сульфаты кальция, магния, гидроокисей алюминия и железа используют моющие

растворы, приготовленные на кислотной основе. Их применение, как правило,

целесообразно только после щелочной мойки мембран. Следует отметить, что все

изготовители любых типов моющих растворов для их приготовления

рекомендуют использовать только специально подготовленную или

обратноосмотическую воду. А для поддержания необходимого санитарно-

гигиенического состояния ультрафильтрационного оборудования после мойки и

регенерации мембран и предотвращения их биозагрязнения рекомендуется

применение специальных дезинфицирующих растворов и жидких консервантов.

104

ГЛАВА 5 ТЕХНОЛОГИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТС

5.1 Технологические процессы выработки ГГС и молочных напитков из пермеата

и ретентата ОТС

На основании анализа результатов выполненных экспериментальных

исследований и их промышленной апробации в традиционную технологию

осветлённую добавлением экстракта стевии творожной сыворотки, получаемой в

производстве зерненного творога предлагается включить переработку двух

технологических фракций, получаемых в результате ультрафильтрационного

разделения ОТС – пермеата и ретентата (рисунок 5.1). Такая технология будет

предусматривать проведение как общепринятых, так и дополнительных операций,

относящихся к переработке отдельных фракций ОТС.

К общим технологическим операциям переработки ОТС относятся:

- сбор сырья (творожной сыворотки);

- добавление жидкого экстракта стевии;

- сепарирование;

- пастеризация и охлаждение ОТС;

- резервирование ОТС;

- ультрафильтрация ОТС;

- резервирование ретентата и пермеата.

Сбор творожной сыворотки осуществляется в резервуар для промежуточного

хранения. Из него сыворотку подают на сепаратор для выделения молочного жира

и казеиновых частиц. Температура проведения этого процесса составляет обычно

38,0 ± 2,0 °С. Затем в очищенную творожную сыворотку вносится жидкий

экстракт стевии. После отделения образовавшегося осадка ОТС поступает в

пастеризационно - охладительную установку, с помощью которой проводится её

пастеризация при обычно применяемых для этой цели режимах обработки:

температура - 75±1,5°С, выдержка в течение 17-18 с. После этого ОТС охлаждают

до температуры 10±2°С и направляют на ультрафильтрационное разделение. Но в

105

случаях производственной необходимости возможно и хранение не более 24

часов дополнительно охлажденной до (6±2)°С ОТС.

Рисунок 5.1 – Технологическая схема комплексной переработки ОТС с её

ультрафильтрационным разделением

Ультрафильтрационное разделение ОТС осуществляют на установке

кассетного типа при температуре около 10±20С и давлении в диапазоне 0,27÷0,35

МПа.

Технологический процесс выработки ГГС из пермеата ОТС

предусматривает проведение следующих технологических операций:

- подсгущение пермеата;

- электродиализная обработка пермеата ОТС;

- ферментативный гидролиз подсгущенного и деминерализованного на

электродиализной установке пермеата ОТС;

- окончательное сгущение ГГС;

- расфасовка, упаковка готового товарного продукта.

Сепарирование t=30±2̊ C

Пастеризация (t=75±1,5̊ C, T=17-18 c)

и охлаждение (t=10±2 ̊C)

Ультрафильтрация t=10±2̊ C, ∆P=0.27÷0,35 МПа, V=0,3÷0,35 м/с

Пермеат (СВ – 6,5±0,1 %) Ретентат (СВ – 8,5±0,1 %)

Подсгущение (СВ – 20±0,1 %) Подсгущение (СВ – 17±0,1 %)

Электродиализ (t=12±2̊ C) Термизация (t=65±2̊ C, Т=5 мин)

Ферментативный гидролиз (t=50±50 C),

фермент β-галактозидаза (1,5 кг. на 1т.

пермеата)

Смешивание (молоко

обезжиренное, ретентат ОТС,

наполнители)

Сгущение ферментативного сиропа

до СВ - 68±2 % Гомогенизация (t=60±2̊ C, ∆Р=8,5±1 МПа)

и охлаждение (t=6±2̊ C)

Глюкозо-галактозный сироп Расфасовка в тару от 0,5 л

Сыворотка ОТС (массовая доля СВ – 7,1±1,5̊ С, Т=17-18 с., титруемая

кислотность 68±2̊ Т, показатель рН 4,5±0,05)

106

В технологии производства ГГС из подсгущенного и деминерализованного

на электродиализной установке пермеата ОТС достижение массовой доли сухих

веществ в пермеате до 20±0,1% осуществляется его обработкой в вакуум -

выпарных аппаратах при температуре около 65±2 0С. Деминерализацию уже

подсгущенного пермеата ОТС проводят при температуре 12±2 0С с применением

электродиализной установки.

Гидролиз лактозы в предварительно подсгущенном и деминерализованном

пермеате ОТС проводят в оснащенном мешалкой и рубашкой реакторе-

ферментере при температуре около 50±5 0С путем внесения в обрабатываемое

сырьё необходимого количества (1,5кг на 1000 л пермеата ОТС) фермента

β-галактозидазы. После завершения гидролиза ГГС дополнительно сгущают в

вакуум - выпарных аппаратах до содержания сухих веществ до 68±2% и готовую

продукцию расфасовывают в тару от 0,5 л. В таблице 5.1 приведены

органолептические характеристики ГГС из пермеата ОТС.

Таблица 5.1 – Органолептическая оценка ГГС из пермеата ОТС

Наименование

показателя Характеристика показателя для продукта

Внешний вид

и консистенция

Сироп, консистенция характерная для сгущенных

продуктов

Вкус и запах Сладкий, чистый, без посторонних привкусов и

запахов

Цвет От светло-золотистого до светло-желтого

Технология производства молочных напитков, вырабатываемых на основе

ретентата ОТС включает следующие процессы:

- термизация исходного сырья (ретентата ОТС и обезжиренное молоко) ;

- смешивание с необходимыми ингредиентами;

- гомогенизация полученной смеси;

- охлаждение и при необходимости выдержка готовой продукции;

- расфасовка и упаковка.

Термическую обработку ретентата ОТС проводят при температуре около

65±2 0С в течение 5 минут и при непрерывном перемешивании. После этого

107

ретентат ОТС соответствие с разработанной рецептурой (таблицы 4.4.5, 4.4.6).

смешивают с необходимыми компонентами и наполнителями. Гомогенизацию

готовой смеси проводят при рабочем давлении ∆Р=8,5±1 МПа и температуре

около 60±2 0С. Полученный таким образом продукт охлаждают, фасуют и

отправляют на реализацию, либо хранят в холодильной камере при 6±2 0С.

5.2 Экономические социально-экологические аспекты комплексной

технологии переработки ОТС

Экономика современной России выходит на принципиально новый

уровень хозяйственных отношений, связанных с интеграцией страны в мировой

рынок. Современный этап развития страны характеризуется изменениями и в

технологиях, которые косвенным образом оказывают влияние на социальные и

экономические отношения в нашем обществе. Следует отметить, что изменения в

хозяйственной деятельности чаще всего связаны с инновациями, которые требуют

затрат ресурсов и, как правило, приводят к положительному результату. Но

инновации оцениваются, прежде всего, по их экономической эффективности. В

основу методики расчета экономической эффективности разрабатываемой

технологии переработки творожной сыворотки, получаемой в производстве

зерненного творога, предлагается положить определение прибыли предприятия,

которое связывает её получение с рисками [164]. Современная экономическая

парадигма содержит следующие базовые характеристики прибыли:

- основной критерий результативности хозяйственной деятельности,

предотвращающей предприятие от банкротства;

- форма дохода инвестора, вложившего капитал во внедрение технологии

для достижения коммерческого успеха;

- форма дохода инвестора за вычетом затрат;

- показатель хозяйственной деятельности, представленный в денежной

форме.

108

Следовательно в данном разделе исследований, под прибылью следует

понимать представляемый в денежной форме чистый доход инвестора,

определяемый как разница между совокупным доходом и затратами в результате

внедрения инновации.

В качестве исходных положений для определения прибыли (или убытков)

от применения технологии переработки ОТС принимаем следующие:

- на предприятии имеются производственные помещения, реконструкция

которых позволяет установить соответствующее технологическое

оборудование и организовать комплексную переработку ОТС;

- необходимые коммуникации (тепло-, энерго-, водоснабжение и

канализация и т.д.) в помещениях уже имеется;

- расходы на транспортировку творожной сыворотки не существенны;

- трудовые ресурсы на предприятии имеются, инвестиция осуществляется

за счет заёмных средств;

- рынок сбыта продукции развит.

Тогда основные статьи расходов внедрение технологии комплексной

переработки ОТС будут следующими:

1. Затраты К на реализацию инвестиционных проектов [57,83],

определяемые как:

К=Ктл+Кнтп+Ксм– Квысв (5.1)

где: Ктл – капвложения в приобретение и монтаж технологической линии

по переработке ОТС; Кнтп – затраты на техническое обеспечение

функционирования технологической линии; Ксм – капитальные вложения в

систему обеспечения функционирования оборудования технологической линии;

(непосредственно оборудование и оснастка производственного процесса,

подсобные помещения, вспомогательные агрегаты и пр.); Квысв – стоимость

высвободившихся объектов: (сооружения, помещения, и пр.) после

реконструкции предприятия.

Капвложения в приобретение и монтаж технологической линии по

переработке ОТС включают:

109

Ктл = Кзд+Ксоор+Коб+ Кком+Кмат.об.+Кпр (5.2)

где: Кзд+Ксоор – капитальные вложения в здания и сооружения; Коб – то же,

но в основное оборудование, руб.; Кком – капвложения в коммуникации

(электрические, тепловые, сети водоснабжения и т.п.); Кмат.об. – капвложения в

запасы материалов (запасные узлы, части, приборы и пр.); Кпр – прочие

капитальные затраты.

Капзатраты в высвобождаемые здания, оборудование и т.п. необходимо

учитывать только тогда, когда они пригодны к использованию, а их оценка

производится только по остаточной стоимости, а также с учетом понесённых

расходов на демонтаж и прочие затраты. Капвложения в систему обеспечения

функционирования технологической линии (Ксм) необходимо учитывать только в

случае, если строительство этого объекта (допусти, цеха для размещения

баромембранного оборудования) связано с изменением величин основных, а

также оборотных средств в уже имеющихся на предприятии системах

обеспечения основного производства.

Затраты на необходимые для технического обеспечения

функционирования технологической линии (Кнтп) складываются из расходов на

покупку и монтаж вспомогательного оборудования, оплаты труда

вспомогательного персонала.

Капвложения (Коб) предусматривают затраты на все виды приобретаемого

технологического оборудования:

Коб = Ктепл+Кнас+ Ктруб+Ккип+Кпр.об (5.3)

где: Ктепл – капитальные вложения в теплообменники, Кнас – то же, но в

насосные станции, руб.; Ктруб – то же, но в трубопроводы, руб.; Ккип – то же, но в

приборы контроля; Кпр.об – то же, но в прочее оборудование.

Стоимость единицы технологического оборудования определяется

следующим образом:

Коб.1 = Стопт∙[1+(К1+К2)] (5.4)

110

где: Стопт – оптовая стоимость единицы оборудования на момент его

приобретения, руб.; К1 – коэффициент транспортных расходов (в том числе на

упаковку и тару); К2 – коэффициент расходов на монтаж и отладку оборудования

(с учетом затрат на сооружение фундаментов), руб.

Капзатраты на здания определим как:

Кздан.= Σ(Пп∙Кп∙В∙Сзд∙ Кин) (5.5)

где: Пп – производственная площадь под оборудование, м2; Кп –

коэффициент дополнительной площади для оборудования (технические проходы

между технологическими установками, обязательное расстояние по технике

безопасности от стен и потолков); В – высота цеха, м; Сзд – стоимость здания

цеха, руб./м3; Кин – коэффициент влияния инфляции при покупке оборудования.

Капвложения в сооружения и здания (Кздан.+Ксоор.) определяются с учетом

цены оборудования (в том числе и строительных конструкций, требующихся при

их возведении). Капзатраты на запасы материалов определяются по формуле:

Кматер.= Σ(Км∙Цм) ∙ Ки (5.6)

где: Км – количество отдельного вида материалов (специальные технологические

жидкости, мембраны и т.п.), которое требуется при первоначальном запуске

технологического и в том числе вспомогательного оборудования с учетом запаса,

шт., кг, м2; Цм – стоимость отдельного вида материалов (на дату приобретения и с

учетом стоимости доставки), руб./ (шт., кг, м2).

2. Функционально-управленческие расходы (руб./год) [57,83]

(эксплуатационные издержки) на технологическую линию по переработке ОТС

включают в себя следующие основные виды затрат:

Зt= Змат+Зэн+ Зт+Зв+Зп+За+Зр+Зпр (5.7)

где: Змат – затраты на все материалы, требуемые для обеспечения

функционирования технологической линии, руб./год; Зэн – затраты на

потребляемые технологической линией энергетические и прочие ресурсы

(электроэнергия, горячая вода, сжатый водух и т.п.), руб./год; Зв – расходы на

промывную воду руб./год; Зп – расходы на заработную плату обслуживающего

персонала (основная заработная плата и отчисления), руб./год; За – затраты на

111

амортизацию оборудования, руб./год; Зр – затраты на текущий ремонт

оборудования, зданий и сооружений руб./год; Зпр – расходы прочие (цеховые),

руб./год.

Затраты на материалы (специальные технологические жидкости,

мембраны, и т.п.) определяем как:

Змат = Σ(Рм∙Смг∙Ки) (5.8)

где: Рм – расход отдельного вида материалов на технологическую линию,

единиц/год; Цмг – стоимость каждого отдельного вида материалов, руб./ед.; Ки –

коэффициент, учитывающий величину инфляции по отдельным видам материалов

на дату проведения расчетов.

Расходы на электроэнергию, потребляемой технологической линией

рассчитываем по формуле:

Зэ = Муст∙ηм∙ηв∙ηэ∙hг∙Тэн (5.9)

где: Муст – мощность всех электродвигателей (установленная)

технологической линии, кВт; ηм – коэффициент загрузки электрических

двигателей (ηз=0,85); ηв – коэффициент расхода электрической энергии на привод

прочих и вспомогательных механизмов (ηв = 1,1); ηэ – коэффициент потерь

электрической энергии в электросетях (ηэ=1,05); hг – годовой фонд времени

функционирования технологической линии в эксплуатационном режиме, часов;

Тэн – тариф на электрическую энергию.

Энергетические затраты на теплообменниках рассчитаем как:

Зт = (По ∙ηзаг∙ηт∙hт∙Тт)/к (5.10)

где: П0 – расчетная мощность теплообменников, кВт; ηзаг – коэффициент

загрузки (по мощности) теплообменников (ηзаг=0,75); ηт – коэффициент потерь в

теплообменниках (ηт = 1,1); hгт – период времени функционирования

теплообменников, часов; Тт – тариф на теплоэнергию (горячей воды и пара)

рублей/ГДж; к - тепловой коэффициент.

Затраты на водоснабжение определяем как:

Зв=Рв∙Фгв∙Тоб+Рпот ∙Тсв, Рпот= Фв∙ηпт, (5.11)

112

где: Рв – расход воды на технологические нужды, м3/час; Фгв – годовой

фонд времени эксплуатации оборудования, которое потребляет воду, часов; Рпот –

расходы воды на компенсацию потерь в системе водопотребления, м3/час; Тоб. и

Тсв – стоимость оборотной воды и свежей соответственно, руб./м3; ηпт–

коэффициент потерь воды в системе водопотребления технологического

оборудования в составе линии (ηпт. = 0,1).

Расходы на выплаты заработной платы определим по формуле:

Ззп = Σ [Чп∙Тс∙Фрв (1+Кот)] (5.12)

где: Чп – численность основного и вспомогательного персонала связанного

с обслуживанием технологического оборудования в составе линию; Тс – часовая

заработная рабочих линии (руб./час); Фрв – фонд рабочего времени, часов; Кот –

коэффициент отчислений и налогов.

Амортизационные отчисления по каждому виду оборудования, в том числе

зданий и сооружений определяются, по нормам амортизации (Аобор., Аздан в %) и

соответствующей текущей стоимости в рублях (Собор, Сздан):

За = (Робор∙Собор + Рзддан∙Сздан)/100 (5.13)

Аналогичным образом определяются расходы на текущий ремонт:

Зр = (Робор∙Собор + Рздан∙Сздан)/100 (5.14)

Прочие расходы (Зпр) рассчитывают исходя из суммы основных затрат (по

текущим данным) - до 5%.

3. Стоимость основного сырья будем рассчитывать, исходя из имеющейся

официально опубликованной информации в открытых источниках. За 2015 г. в

России было выработано около 1 млн. тонн сыра, творога и казеина, что

эквивалентно производству до 6 млн. тонн натуральной молочной сыворотки. При

этом следует отметить, что по оптимистическим оценкам только 40,0% от её

объёма перерабатывается, а остальная часть сливается в канализацию, что самым

негативным образом влияет на окружающую среду [154,193,192]. По

официальным данным [58] среднюю стоимость (Сс) сыворотки определяют как

30% от закупочной цены молока:

Сс = (Смол + Стрс)∙30/100 (5.15)

113

где: Смол – цена молока (в закупке), руб./литр; Стрс – накладные и

транспортные расходы, руб./литр.

4. Риск потери инвестиций в результате внедрения инновации в каждом

случае определяется отдельно. Но как ориентировочные данные можно принять

поправки (табл. 5.2.1), введенные Правительством РФ (Постановление

Правительства Российской Федераци №1470 от 22.1 1.1997г.).

Таблица 5.2 - Величина поправок риска

Риск Условия Величина поправок, %

Низкий

Вложения в развитие

производства на базе освоенной

техники

4-6

Средний Увеличение объема продаж

существующей продукции 9-11

Высокий Производство и продвижение

на рынок новой продукции 14-116

Очень высокий Вложения в исследования 18-20

5. Для оценки эффективности инновации необходимо определить объем

продукции, который требуется произвести и реализовать, перекрыв чистой

выручкой все затраты:

ОП = Зпз/(Сп–Зп) (5.16)

где: Зпз – расходы за год, которые не зависят от объема производства:

административные и хозяйственные расходы, содержание персонала управления,

амортизационные отчисления и т.п.), рублей; Ст – отпускная цена единицы

товарной продукции, рублей; Зп - переменные затраты на единицу выпускаемой

продукции (расходы, зависящие от выпуска товарной продукции: расходы на

материалы, сырьё, технологические, транспортные расходы и т.п.), рублей.

Проект считается устойчивым, если ОП > 0,6÷0,7 (точка безубыточности) при

выходе производства на полную мощность.

6. Расчет основных финансово-экономических показателей

инновационного проекта может быть сведён, по существу, к определению

114

прибыли предприятия и выбору источника финансирования. За расчетный период

принимается календарный год после того, как предприятие получило прибыль:

Пр = Σ (Дt-Уt) (5.17)

где: Дt – величина доходов, полученных от реализации инвестиционного

проекта, рублей; Уt – величина всех убытков, относящихся к инновации.

7. Стоимость привлекаемых извне инвестиций, требуемых для реализации

инновации, будет зависеть от:

- действующий ставок по кредитам банков;

- условиями кредитования;

- графиком погашения кредита;

- сроком предоставления финансовых средств.

8. Для оценки экономической эффективности инновации используются

следующие основные показатели:

- чистый денежный поток - ЧДП, определяемый по формуле:

ЧДП = Σ(Дt-Рt) /(1+К) (5.18)

где: Дt – доходы от реализации инновации, рублей; Рt – расходы на

инновацию, рублей; К - коэффициент дисконтирования; t – расчетный период;

- чистый дисконтированный доход - ЧДД рассчитывают по формуле:

ЧДД = Σ (Прt /(1+К)t) – И (5.19)

где: Прt– прибыль предприятия в расчетном году, направляемая на

инвестиции, рублей; t – текущий период, год; И – требуемые инвестиции в

инновацию, рублей.

- срок окупаемости инвестиций, год:

Сок = (К+%Кр)/Пс (5.20)

где: %Кр – проценты за кредит на время его предоставления, рублей.; Пг –

годовая прибыль, которая направляется на реализацию инновации за расчетный

период:

Пс = Σ (Пt/(1+Е)t)Т (5.21)

где: Т – длительность расчетного периода, год.

115

- рентабельность инвестиций рассчитывается как:

Ринв = ЧДП/(К+%Кр) (5.22)

Экономический анализ результатов выполненного расчета эффективности

от внедрения технологии переработки творожной сыворотки путем добавления

экстракта сырья растительного происхождения (Steviа rebaudiana Bertroni) c

последующей ультрафильтрацией показал, что чистая прибыль может быть получена

уже на 4 году ее реализации. Сальдо накопленных реальных денег - положительное

значение показателя денежного потока для каждого интервала времени. Внутренняя

норма рентабельности проекта (IRR) превышает 30 %.

Однако необходимо отметить, что любые инновации необходимо

оценивать не только по экономическим показателям, в совокупности

эффективность следует определять с учетом экологической составляющей, а

также социальной значимости инвестиций.

5.3 Экологическая и социальная составляющие комплексной оценки

технологии переработки ОТС

Состояние природной окружающей среды, вопросы экономики и экологии

определяют не только темпы, но и устойчивость развития любой страны, в том

числе в целом и человеческого сообщества. Все в экономическом отношении

развитые государства, как правило, живут по вектору показателей, которые

характеризуют как затраты, так и объемы загрязнений, отнесённые на единицу

внутреннего валового продукта.

Экологическая ситуация, которая сейчас сложилась в РФ, очень опасна,

так как сформировавшийся приоритет экономических интересов всего общества

связан с углубляющейся деградацией природной среды. По показателям

энергетической эффективности Россия отстает от мирового уровня более, чем в 5

раз, по содержанию углекислого газа в выбросах – почти в 4 раза, а по

потреблению питьевой воды – в 45-50. Для основной части населения нашей

страны, особенно в регионах с промышленной индустрией, экологическая

116

обстановка давно признана весьма неблагоприятной [167]. Следует отметить, что

с целью улучшения неблагоприятной ситуации в вопросе охраны окружающей

среды Правительство РФ были инициированы изменения в действующем

законодательстве. Так 30.12.2008 г. был принят Федеральный закон №309-ФЗ «О

внесении изменений в статью 16 Федерального закона «Об охране окружающей

среды» и отдельные законодательные акты Российской Федерации», который с

10.01.2009 г. вступил в силу. Дальнейшее ужесточение законодательных норм в

области охраны окружающей среды коснулось, прежде всего, порядка начисления

обязательных платежей за воздействие на объекты окружающей среды, при этом

значительно упростился порядок начисления и взыскания штрафов. Указ

президента РФ №724 от 12.05.2009 г. в нашей стране изменена и сама система

государственного управления органами охраны окружающей среды.

Тем не менее усиленно внедряемые во всем мире самые различные

рыночные методы борьбы за сохранение окружающей среды, в том числе

перепродажа квот по загрязнениям, не вызывают особого оптимизма с точки

зрения обоснованности методов расчета предельно допустимых нормативов по

выбросам.

Различные предложения по вводу кредитно-денежные отношений между

обществом и природой [115-117] при имеющихся в настоящее время подходах к

оценке экологической составляющей в экономике предприятия тоже не очень

продуктивны, так как доходы большей части пищевых предприятий не идут ни в

какое сравнение с их потерями от штрафов и других санкций за экологический

ущерб наносимый ими.

Жидкие стоки молокоперерабатывающих предприятий можно условно

подразделить на хозяйственно-бытовые, ливневые, теплообменные и наиболее

загрязняющие - производственные, отличающиеся нестабильностью состава и

содержанием в них взвешенных частиц в основном органического происхождения

до 4 г/дм3. Биологическое потребление кислорода сбрасываемых такими

предприятиями стоков достигает 270 ÷ 3100 мг О2/дм3, а показатель химического

117

потребления кислорода 360 ÷ 6500 мг О2/дм3, только за счет сброса в канализацию

молочной сыворотки значение pH стоков может падать до значений 5,0 ÷ 4,5 [28].

Высокое содержание в стоках молочных заводов окисляемых

органических соединений обуславливает критическое снижение уровня

растворенного кислорода во всех очистных сооружениях, при этом наличие

белковых веществ в большей степени способствует скоплению донных

отложений, где постоянно идут процессы гниения. Так как фосфорорганические

соединения не в полной мере окисляются в современных системах водоочистки,

то некоторая их часть вместе с азотистыми соединениями попадает в открытые

водоемы, а это приводит к гибели их флоры и фауны.

Нельзя не отметить, что во всем мире распространение получают

различные программы оздоровления населения за счет расширения ассортимента

функциональных продуктов питания, физико-химические свойства и

биохимический состав которых регулируется путем обогащения самыми

различными компонентами: аминокислотами, витаминами, белками и т.д. Это, в

первую очередь, относится к продуктам детского питания, поскольку именно в

раннем возрасте формируется иммунная система человека и, как следствие,

закладывается основа состояния здоровья в зрелом и пожилом возрастах.

Мероприятия по реализации на практике принципов, заложенных в

«Основах государственной политики РФ в области здорового питания населения

на период до 2020 года» предусматривают дальнейшее совершенствование

технологий производства качественных и безопасных продуктов питания [207],

что является одной из самых важных задач государственной социальной

политики. Исходя из этого, внедрение технологии переработки творожной

сыворотки путем добавления экстракта сырья растительного происхождения

(SteviаrebaudianaBertroni) c последующей ультрафильтрацией на предприятиях

молочной отрасли отечественной пищевой промышленности позволит решить две

актуальные задачи, стоящие перед современным обществом:

118

- получить дополнительные экономические выгоды за счет расширения

производства и увеличения ассортимента пищевых продуктов из вторичного

молочного сырья;

- снизить неблагоприятное воздействие пищевого производства на

окружающую среду путем уменьшения объёма выбросов

молокоперерабатывающими предприятиями творожной сыворотки в

канализационные стоки.

119

ВЫВОДЫ

1. Установлено, что при внесении в творожную сыворотку экстракта (до 25%

СВ) Stevia rebaudiana Bertoni в соотношении 1:(5÷8) (по объему) в результате

межмолекулярного взаимодействия его компонентов (танины стевии) с белками

молочной сыворотки в течение 8÷10 мин. при температуре 50÷55°C физико-

химические свойства разделяемой системы изменяются, что приводит к возрастанию

эффективности процесса ультрафильтрации смеси за счёт увеличения

проницаемости полимерных мембран марки УАМ-150 на 8÷10%.

2. Получены зависимости, позволяющие определить рациональные значения

основных параметров ультрафильтрации ОТС с использованием полимерных

мембран марки УАМ-150 (Δр= 0,27÷0,35 МПа, V=0,26÷0,34 м/с); обоснованы

граничные значения массовой доли сухих веществ в ретентате (С=8,5±0,1%),

температуры ОТС (t=10±2ºС) и длительности ультрафильтрационного разделения (τ

= 6±0,1 часов) .

3. Установлено, что при содержании в пермеате ОТС сухих веществ

(6,5%±0,1%) его органолептическая оценка на 1,25 балла превосходит пермеат

творожной сыворотки; по основным физико-химическим свойствам ретентат ОТС

относится к ценным белковым полуфабрикатам, его общая органолептическая

оценка выше этого показателя для КСБ-УФ на 0,3 балла.

4. Предложена общая схема и апробирована комплексная технология

переработки ОТС с использованием процесса её ультрафильтрационного разделения

на аппаратах кассетного типа (мембраны типа УАМ-150), включающая в себя

получение пермеата и ретентата, используемых для производства: глюкозо-

галактозного сиропа (ГГС) с содержанием сухих веществ (65÷70)% на основе

деминерализованного подсгущенного пермеата ОТС; фруктового напитка

(соотношение по массе 50:48:2): фруктовый сок, пермеат, (стабилизаторы,

консерванты, красители пищевые) с содержанием сухих веществ 8,3÷9,5; молочного

напитка: молоко обезжиренное (70% масс.), ретентат (сухих веществ 17÷18%) ОТС

(28% масс.), натрий двууглекислый (5÷8% масс.), пищевые стабилизаторы,

красители, пряно-ароматические добавки (15÷12% масс.).

120

5. Рассчитаны основные показатели экономической эффективности

разработанной технологии (рентабельность до 20% на 3 году реализации), её

внедрение в производство характеризуется внутренней нормой рентабельности IRR

до 24 %. Расчётный срок окупаемости – 3,5÷3,6 года.

121

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

БАД – Биологически активная добавка

БГКП – Бактерии группы кишечной палочки

ЗАО – Закрытое акционерное общество

ГГС Глюкозо-галактозный сироп

ГНУ ВНИМИ – Государственное научное учреждение

Всероссийский научно-исследовательский институт

молочной промышленности

ГОСТ – Государственный стандарт

ИЖС – Институт живых систем

ИО – Итоговая оценка

ИСТиМ – Институт строительства, транспорта и

машиностроения

КМАФАнМ – Количество мезофильных аэробных и

факультативно-анаэробных микроорганизмов

КОЕ – Колониеобразующие единицы

КООК – Комплексная оценка органолептического качества;

КП – Концентрационная поляризация

КСБ – Концентрат сывороточных белков

МКС – Молочный комбинат «Ставропольский»

МУК – Методическое указание

НИР – Научно-исследовательская работа

НТЦ – Научно-технологический центр

ОАО – Открытое акционерное общество

ООО – Общество с ограниченной ответственностью

ОТС – Обогащенная добавлением экстракта стевии

творожная сыворотка

СанПиН – Санитарные правила и нормы

СВ – Сухие вещества

СКФУ – Северо-Кавказский федеральный университет

СТО – Стандарт организации

ПК – Персональный компьютер

ТИ – Технологическая инструкция

ТУ – Технические условия

УАМ – Ультрафильтрационные ацетатцеллюлозные

мембраны

УПМ – Ультрафильтрационные полисульфонамидные

мембраны

ЭВМ – Электронная вычислительная машина

122

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. А. с. 1011101 СССР, МКИ5 A23J1/20. Способ выделения белковых

веществ из молочной сыворотки [Текст] / М.Г. Воронков, В.З. Анненкова, В.М.

Анненкова, Г.С. Угрюмова, Н.Г. Дианова, А.М. Колодкин, А.Г. Храмцов, Л.Г.

Кириллова, Г.И. Холодов, А.И. Якунина, В.Е. Жидков (СССР). – 3370354; заявл.

29.12.81, опубл. 15.04.83. – 2 с.

2. А. с. 908305 СССР, МКИ5 A23J1/20, A23C21/00. Способ очистки

творожной сыворотки от белковых веществ [Текст] / А.Г. Храмцов, Г.И. Холодов,

А.И. Чеботарев, Т.А. Камышкова (СССР). – 2892703; заявл. 07.03.80, опубл.

28.02.82. – 2 с.

3. А. с. 1646533. Способ ультрафильтрации молочной сыворотки / А.Г.

Храмцов, И.А. Евдокимов, С.П. Бабенышев [и др.]; опубл. 1991, Бюл. № 17.

4. А. с. 1722382. Способ ультрафильтрации молочной сыворотки / А.Г.

Храмцов, И.А. Евдокимов, С.П. Бабенышев [и др.]; опубл. 1992, Бюл. № 12.

5. А. с. 908305 СССР, МКИ5 A23J1/20, A23C21/00. Способ очистки

творожной сыворотки от белковых веществ [Текст] / А.Г. Храмцов, Г.И. Холодов,

А.И. Чеботарев, Т.А. Камышкова (СССР). – 2892703; заявл. 07.03.80, опубл.

28.02.82. – 2 с.

6. Пат. 2301531 РФ. Способ получения молочно-растительного экстракта

из листьев стевии [Текст] / Е.И. Мельникова, Я.И. Коренман, С.И. Нифталиев,

С.Е. Боева // Изобретения. – 2007. – № 18. – С. 6

7. Пат. 2031598 Российская Федерация, МКИ6 А23J1/20 Способ

выделения белковых веществ из молочной сыворотки [Текст] / А.Г. Храмцов, С.В.

Василисин, И.А. Евдокимов, Б.Д. Виноградов, И.В. Рослякова; заявитель и

патентообладатель Ставр. политехн. ин-т. – № 5061562/13; заявл. 7.09.92; опубл.

27.03.95, Бюл. № 24/2000. – 4 с.

8. Пат. 2134992 Российская Федерация, МКИ6A23J1/20, A23C21/00

Способ обработки молочной сыворотки [Текст] / А.И. Коновалов, В.Ф. Миронов,

Н.А. Соснина, О.В. Верещагина, В.Ф. Верещагин, С.Т. Минзанова, Г.С.

123

Михалкина, Р.П. Архиреева; заявитель и патентообладатель Ин-т орган.и физич.

химии им. А.Е. Арбузова Казанского науч. центра РАН. – № 98102300/13; заявл.

06.02.98; опубл. 27.08.99. – 4 с.

9. Пат. 541296 USA МКИ С07G7/00, А23J3/08. Способ приготовления

белка из осветленной молочной сыворотки [Текст]. – РЖ Химия: Разд. Р. – 1997. –

6 с.

10. Пат. 2195833 Российская Федерация, 2000128444/13 Способ

приготовления безалкогольного напитка на основе молочной сыворотки [Текст] /

И.А. Евдокимов, С.В. Василисин, Л.Р. Алиева, С.В. Анисимов, А.А. Везирян, А.И.

Албулов, Т.С. Воротникова, О.В. Ханова, заявитель и патентообладатель Северо-

Кавказский государственный технический университет; заявл. 13.11.2000; опубл.

10.01.2003. – 4 с.

11. Пат. 2119378. Аппарат для мембранного разделения / Б. А. Лобасенко,

В.Н. Иванец, Ю. В. Космодемьянский [и др.]. – Опубл. 27.09.98,Бюл. №27.

12. Пат. № 2332252 «Способ подготовки керамической мембраны для

ультрафильтрации молочной сыворотки». Заявка № 2006115130. Приоритет

изобретения 02 мая 2006г. Зарегистрировано в Государственном реестре

изобретений РФ 27 августа 2008г.

13. Пат. 2134992 Российская Федерация, МКИ6 A23J1/20, A23C21/00

Способ обработки молочной сыворотки [Текст] / А.И. Коновалов, В.Ф. Миронов,

Н.А. Соснина, О.В. Верещагина, В.Ф. Верещагин, С.Т. Минзанова, Г.С.

Михалкина, Р.П. Архиреева; заявитель и патентообладатель Ин-т орган.и физич.

химии им. А.Е. Арбузова Казанского науч. центра РАН. – № 98102300/13; заявл.

06.02.98; опубл. 27.08.99. – 4с.

14. Пат. 2031598 Российская Федерация, МКИ6 А23J1/20 Способ

выделения белковых веществ из молочной сыворотки [Текст] / А.Г. Храмцов, С.В.

Василисин, И.А. Евдокимов, Б.Д. Виноградов, И.В. Рослякова; заявитель и

патентообладатель Ставр. политехн. ин-т. – № 5061562/13 ; заявл. 7.09.92 ; опубл.

27.03.95, Бюл. № 24/2000. – 4с.

124

15. Пат. 2134992 Российская Федерация, МКИ6 A23J1/20, A23C21/00

Способ обработки молочной сыворотки [Текст] / А.И. Коновалов, В.Ф. Миронов,

Н.А. Соснина, О.В. Верещагина., В.Ф. Верещагин, С.Т. Минзанова., Г.С.

Михалкина, Р.П. Архиреева // заявитель и патентообладатель Ин-т орган.и физич.

химии им. А.Е. Арбузова Казанского науч. центра РАН. – № 98102300/13; заявл.

06.02.98; опубл. 27.08.99. – 4с.

16. Пат. 2468591 Российская Федерация, МПК A23C21/04 ,A23C21/00

Способ производства сывороточного напитка / М.А. Кожухова, Е.П. Теркун, О.В.

Холошенко; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное

бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального

образования "КубГТУ". – № 2011151181/10; заявл. 14.12.2011; опубл. 10.12.2012.

– 11 с.

17. Пат. 2248711 Российская Федерация, МКИ7 A23C9/12, A23C9/13.

Способ производства кисломолочного напитка / К.К. Полянский, В.М. Болотов,

Л.Э. Глаголева, Г.М. Смольский, Л.И. Перикова, Л.И. Поленова; заявитель и

патентообладатель Гос. образ.уч-е Воронежская гос. технол. акад. – №

2003115004/13; заявл. 22.05.2003; опубл. 27.03.2005. – 8 с.

18. Пат. 2468591 Российская Федерация, МПК A 23 C 21/04, A 23 C 21/00

Способ производства сывороточного напитка / М.А. Кожухова, Е.П. Теркун, О.В.

Холошенко; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное

бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального

образования «КубГТУ».– № 2011151181/10; заявл. 14.12.2011; опубл. 10.12.2012.

– 11 с.

19. Пат. 2489891 Российская Федерация, МПК A23C 21/00 Способ

получения молочного фруктово-овощного напитка [Текст] / С.П. Бабенышев, Д.С.

Мамай, П.С. Чернов, М.В. Скороходова, В.П. Уткин; заявитель и

патентообладатель Ставропольский государственный аграрный университет (RU).

– № 2012114580/10; заявл. 12.04.2012; опубл. 20.08.2013, Бюл № 23. – 7 с.

20. Пат. 2573932 Российская Федерация, Способ получения

сывороточного фруктово-овощного напитка [Текст] / С.П. Бабенышев, Д.С.

125

Мамай, В.Е. Жидков, С.А. Емельянов, В.П. Уткин, Н.А. Шапаков; заявитель и

патентообладатель ООО «СТМЕМБ» (RU). – № 2014148873/10; заявл. 04.12.2014;

опубл. 27.01.2016, Бюл № 3. – 9 с.

21. ГОСТ Р ИСО 3972-2005 Органолептический анализ. Методология.

Метод исследования вкусовой чувствительности [Электронный документ].-

Режим доступа: http://libgost.ru/. (Дата обращения: 21.09.2015).

22. Арсеньева, Т.П. Основные вещества для обогащения продуктов

питания / Т.П. Арсеньева, И.В. Баранова // Пищевая промышленность. – 2007. –

№1. – С.7-12 .

23. Антипова, А.С. Термодинамические аспекты влияния

низкомолекулярных углеводов и полисахаридов на функциональные свойства

белков: дис. … канд. хим. наук:

02.00.04 / Антипова Анна Сержановна. – Москва, 2008. – 258 с.

24. Алексеева, Н.Ю. Состав и свойства молока как сырья для молочной

промышленности / Н.Ю. Алексеева, В.П. Аристова и др. – Справочник: ВО

«Агропромиздат», 1986. – 286с.

25. Алимарина, И.П. Практическое руководство по физико-химическим

методам анализа / И.П. Алимарина. – М.: Изд-во МГУ, 1987. – 205 с.

26. Андрианов, А.П. Методика определения параметров эксплуатации

ультрафильтрационных систем очистки природных вод / А.П. Андрианов, А.Г.

Первов // Критические технологии. Мембраны. – 2003. – № 2. – С. 18-26.

27. Андрианов, А.П. Оптимизация процесса обработки воды методом

ультрафильтрации / А.П. Андрианов, А.Г. Первов // Водоснабжение и санитарная

техника. – 2003. – № 6. – С. 7-9.

28. Апель, П.Ю. Пористая структура, селективность и

производительность ядерных фильтров с ультратонким селективным слоем / П.Ю.

Апель, В.М. Колонков, В.И. Кузнецов и др. // Препринт Объединенного

института ядерных исследований, 18-84-60. – Дубна, 1984. – № 1 – С. 123-131.

29. Бабенышев, С.П. Баромембранное разделение жидких

полидисперсных систем: монография / С.П. Бабенышев, И.А. Евдокимов. –

126

Ставрополь, 2007. – 123 c.

30. Бабенышев, С.П. Научно-технические аспекты совершенствования

процесса баромембранного разделения жидких полидисперсных систем: дис. …

д-ра техн. наук: 05.18.12 / Бабенышев Сергей Петрович. – Ставрополь, 2007. – 368

с.

31. Бабенышев, С.П. Некоторые аспекты моделирования процесса

мембранной фильтрации жидких полидисперсных систем / С.П. Бабенышев, А.В.

Бобрышов, П.С. Чернов, Д.С. Мамай // Научное обозрение. – 2012. – №1. – С. 90-

94.

32. Бабенышев, С.П. Экспериментальное исследование процесса

баромембранного разделения водного экстракта стевии / С.П. Бабенышев, В.Е.

Жидков, С.А. Емельянов, М.В. Скороходова, Д.С. Мамай // Научное обозрение. –

2012. – № 5. – С.70-73.

33. Бабёнышев, С.П. Особенности формализации описания потока

пермеата молочной сыворотки через нанопористую среду / С.П. Бабенышев, И.А.

Евдокимов. – 2008. – № 7. – С. 37-42.

34. Бабёнышев, С.П. Инновационный потенциал технологии разделения

жидких высокомолекулярных полидисперсных систем через нанопористые сред:

монография / С.П. Бабенышев, С.С. Бабенышев, И.А. Евдокимов и др. –

Ставрополь: Ставропольское книжное изд-во «Мысль», 2010. – 144 с.

35. Бабёнышев, С.П. Ультрафильтрация молочного сырья на аппаратах

рулонного типа / С.П. Бабенышев, В.Е. Жидков, Д.С. Мамай, В.П. Уткин //

Политематический сетевой электронный журнал КубГАУ. – 2012. – № 78. – С.

217-226.

36. Бабёнышев, С.П. Особенности описания потока пермеата творожной

сыворотки через нанопористые мембраны / С.П. Бабенышев, П.С. Чернов, Д.С.

Мамай, Д.В. Харитонов // Техника и технология пищевых производств. – 2012. –

№ 1 (24). – С. 93-98.

37. Бабёнышев, С.П. Кисломолочные напитки на основе молочной

сыворотке / С.П. Бабёнышев, В.П. Уткин // Сборник научных статей по

127

материалам межвузовской научно-практической конференции СТИС. –

Ставрополь, 2012. – Часть 1. – С. 125-128.

38. Бабёнышев, С. П. Экологические аспекты молокоперерабатывающего

производства / С. П. Бабёнышев, В. П. Уткин, А. М. Павлов // Сборник научных

статей по материалам межвузовской научно-практической конференции СТИС. –

Ставрополь, 2012. – Часть 1. – С. 153-157.

39. Бабёнышев, С.П. Способ очистки оборудования для разделения

молочного сырья / С.П. Бабёнышев, В.Е. Жидков, А.В. Бобрышов, В.П. Уткин //

Научное обозрение. – 2012. – №3. – С. 103-108.

40. Бабёнышев, С.П. Теоретические процессы прогнозирования

производительности баромембранных установок для разделения жидких

полидисперсных систем / С.П. Бабёнышев, С.А. Емельянов, В.Е. Жидков, Д.С.

Мамай, В.П. Уткин // Научное обозрение. – 2012. – №5. – С. 468-470.

41. Бабёнышев, С.П. Молочная сыворотка как объект повышения

ресурсного потенциала молокоперерабатывающего предприятия / С.П.

Бабёнышев, Н.А. Шапаков, В.П. Уткин / Университетская наука – региону:

материалы III-й ежегодной научно-практической конференции Северо-

Кавказского федерального университета. – Ставрополь, 2015. – 396 с.

42. Бабёнышев, С.П. Основные аспекты получения напитков из молочной

сыворотки с добавлением растительных полисахаридов на основе использования

процесса ультрафильтрации / С.П. Бабенышев, С.А. Емельянов, В.Е. Жидков, Д.С.

Мамай, В.П. Уткин // Техника и технология пищевых производств. – Кемерово,

2015. – Т. 38. – № 3. – С. 5-10.

43. Бабенышев, С.П. Теоретические аспекты процесса баромембранного

разделения жидких высокомолекулярных полидисперсных систем / С.П.

Бабенышев, С.А. Емельянов, В.Е. Жидков, Д.С. Мамай, В.П. Уткин // Вестник

АПК Ставрополья. – Ставрополь, 2015. – № 2 (18). – С. 7-11.

44. Бабёнышев, С.П. Повышение эффективности процесса

ультрафильтрационного разделения молочной сыворотки предварительной

очисткой растительными полисахаридами / С.П. Бабёнышев, В.Е. Жидков, Д.С.

128

Мамай, В.П. Уткин, Н.А. Шапаков // Техника и технология пищевых производств.

– 2016. – Т. 40. – № 1. – С. 68-74.

45. Бабёнышев, С.П. Технологические аспекты ультрафильтрации смеси

молочной сыворотки и сока клубней топинамбура / С.П. Бабёнышев, Д.С. Мамай,

В.П. Уткин, Н.А. Шапаков // Достижения и проблемы современных тенденций

переработки сельскохозяйственного сырья: технологии, оборудование,

экономика. – Краснодар, 2016. – С. 155-159.

46. Бабенышев, С.П. Интенсификация процесса разделения молочного

сырья / С.П. Бабенышев, В.Е. Жидков, А.В. Бобрышов, Д.С. Мамай // Научное

обозрение. – 2012. – № 2. – С. 238-246.

47. Бабёнышев, С.П. Переработка топинамбура на основе

обратноосмотического и ультрафильтрационного разделения его жидких

экстрактов / С.П. Бабёнышев, Д.С. Мамай // Вестник АПК Ставрополья. – 2011. –

№ 1. – С. 36-39.

48. Бобровник, Л.Д. Перспективные направления использования

топинамбура в пищевой промышленности / Л.Д. Бобровник, В.Г. Высоцкий, И.С.

Гулый, Н.В. Ремесло, А.Н. Дорохович // Изв. вузов. Пищевая технология. – 1990.

– №4. – С. 12-13.

49. Боева, С.Е. Анализ и оценка качества некоторых молокосодержащих

продуктов / С.Е. Боева. – Воронеж, 2007. – 163 с.

50. Большаков, О.В. Проблемам здорового питания – государственный

статус / О.В. Большаков // Молочная промышленность. – 1998. – №2. – С.4-6.

51. Борисова, М.А. Адсорбция сывороточного альбумина на

макропористых силикателях / М.А. Борисова и др. // Журнал физической химии. –

1969. – Т. 43. – № 2. – С. 529-531.

52. Брок, Т. Мембранная фильтрация / Пер. с англ. С.М. Зеньковского,

M.T. Шульмана; под ред. Б.В. Мчедлишвилли. – М.: Мир, 1987. – 462 с.

53. Брык, M.T. Мембранная технология в пищевой промышленности /

М.Т. Брык, В.Н. Голубев, А.П. Чагаровский. – Киев: Урожай, 1991. – 224 с.

129

54. Булгакова, Л.М. Проблемы экологизации экономики и экономизации

экологии / Л.М. Булгакова, Р.Н. Плотникова // Фундаментальные исследования. –

2009. – № 5. – С. 121-122.

55. Виноградова, А.В. Топинамбур - перспективное сырьё биотехнологии

/ А.В. Виноградова, О.В. Паклина, Е.Н. Анашкина // Вестник Пермского

национального исследовательского политехнического университета. Химическая

технология и биотехнология. – 2010. – № 11. – С. 137-142

56. Гапаров, М.Г. Функциональные пищевые продукты: теория и

практика / М.Г. Гапаров, Н.Д. Войткевич // Молочная промышленность. – 2007. –

№6. – С.67-68.

57. Гилл, Ф. Практическая оптимизация / Ф. Гилл, У. Мюррей, М. Райт. –

М.: Мир, 1998. – 509 с.

58. Голубева, Л.В. Использование углеводоминерального концентрата,

полученного мембранными методами, для регулирования реологических свойств

сгущенного молока с сахаром / Л.В. Голубева, В.И. Долниковский, А.В.

Андросова / Теоретические аспекты применения методов инженерной физико-

химической механики с целью совершенствования и интенсификации

технологических процессов пищевых производств: материалы Всесоюзной

научно-техн. конф. – М., 1990. – 17 с.

59. Голубева, Л.В. Мягкое мороженое с использованием продуктов

мембранной технологии / Л.В. Голубева / Холод – народному хозяйству:

материалы Всесоюзной научно-техн. конф. – Ленинград, 1991. – 286 с.

60. Горбатюк, В.И. Уменьшение толщины не перемешиваемого слоя при

наложении пульсаций давления в межмембранном пространстве / В.И. Горбатюк,

З.М. Старов // Химия и технология воды. – 1987. – № 2 – С.3-6.

61. Гутор, Р.С. Элементы численного анализа и математической

обработки результатов опыта / Р.С. Гутор, Б. Н. Овчинский. – М.: Наука, 1999. –

432 с.

62. Дытнерский, Ю.И. Обратный осмос и ультрафильтрация / Ю.И.

Дытнерский. – М.: Химия, 1978. – 351 с.

130

63. Дытнерский, Ю.И. Баромембранные процессы. Теория и расчет /

Ю.И. Дытнерский. – М.: Химия, 1986. – 272 с.

64. Дытнерский, Ю.И. Концентрационная поляризация в мембранных

процессах / Ю.И. Дытнерский, Е.А. Дмитриев // ТОХТ. – 1984. – Т. 18. – №2. – С.

241–243.

65. Дытнерский, Ю.И. Явление концентрационной поляризации при

разделении растворов солей обратным осмосом / Ю.И. Дытнерский, Е.А.

Дмитриев // Химическая промышленность. – 1979. – № 7. – С. 53–56.

66. Дыкало, Н.Я. Переработка молочной сыворотки с применением

мембранных методов разделения / Н.Я. Дыкало, Э.Ф. Кравченко, А.В. Конаныхин

и др. // Обзорная информация «Молочная промышленность». – М.:

ЦНТИТЭИмясомолпром, 1984. – 39 с.

67. Евдокимов, И.А. Перераспределение частиц дисперсной фазы жидких

полидисперсных систем при ультрафильтрационном разделении / И.А.Евдокимов,

С.П. Бабенышев // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2007. – № 7 – С. 77-

79.

68. Евдокимов, И.А. Ультрафильтрация не осветленной молочной

сыворотки / И.А.Евдокимов, С.П. Бабенышев // Пищевая технология. – 1995. – №

8. – С. 28-32.

69. Евдокимов, И.А. Электродиализ - перспективный метод переработки

молочной сыворотки / И.А. Евдокимов, Д.Н. Володин, Н.Я. Дыкало //

Переработка молока. – 2001. – № 2. – С.5-7.

70. Евдокимов, И.А. Современное состояние и перспективы переработки

молочной сыворотки / И.А. Евдокимов // Молочная промышленность. – 2006. –

№2. – С. 34-36.

71. Ермолаев, Е.Д. Исследование и разработка ультрафильтрации в

технологии биохимических препаратов: автореф. дис. … канд. техн. наук:

05.17.08/ Ермолаев Евгений Дмитриевич. – Рига: Рижский политехн. ин-т, 1979. –

24 с.

72. Зверев, С.В. Ультрафильтрация молока на керамических фильтрах /

131

С.В. Зверев и др. // Переработка молока. – 2009. – № 5. – С. 58-59.

73. Зрягкин, Н.И. Новый подход к классификации пребиотиков,

пробиотиков и синбиотиков / Н.И. Зрягкин // Фарматека. – 2007. – №2. – С.58-65.

74. Зябрев, А.Ф. Производство творога с применением ультрафильтрации

/ А.Ф. Зябрев, Т.А. Кравцова // Переработка молока. – 2008. – № 10. – С. 46-47.

75. Иванова, С.А. Концентрация молочной сыворотки на мембранной

установке с отводом поляризационного слоя: автореф. дис. … канд. техн. наук:

05.18.04 / Иванова Светлана Анатольевна. – Кемерово, 2002. – 18 с.

76. Иванов, Н.Б. Сравнительное изучение пульсационных режимов

микрофильтрации вирусно-белковых суспензий / Н.Б. Иванов и др. / НАЗВАНИЕ:

материалы 4-й Всесоюз. конф. по мембранным методам разделения смесей. – М.,

1987. – Т.5. – С. 3-4.

77. Ипатова, Л.Г. Физиологические и технологические аспекты применения

пищевых волокон / Л.Г. Ипатова // Пищевая промышленность. – 2004. – №1. – С.65-

66.

78. Измайлова, В.Н. Поверхностные явления в жидкостях и жидких

растворах / В.Н. Измайлова, П.А. Ребиндер. – Л.: Изд.-во ЛГУ, 1972. – Т. 1. – С.

41–59.

79. Измайлова, В.Н. Структурообразование в белковых системах / В.Н.

Измайлова, П.А. Ребиндер. – М.: Наука, 1974. – 276 с.

80. Карбахш, М. Мембранные процессы в медицине и биотехнологии / М.

Карбахш, X. Перль // Научно-технический журнал по химии и химической

технологии. – 1987. – Т. 32. – № 6. – С. 669-673.

81. Карелин, Ф.Н. Мембранное разделение / Ф.Н. Карелин / НАЗВАНИЕ:

материалы 2-й Всесоюз. конф. по мембр. методам разделения смесей. – Владимир,

1977. – С. 42-44.

82. Канарская, З.А. Тенденции в производстве сахарозаменителей / З.А.

Канарская, Н.В. Демина // Вестник казанского технологического университета. –

2012. – № 9. – Т. 15. – С. 145-153.

132

83. Капранчиков, В.С. Шаг в направлении здорового питания / В.С.

Капранчиков // Молочная промышленность. – 2012. – № 8. – С. 76-77.

84. Кисляковская, В.Г. Практическое руководство по питанию детей

раннего возраста / В.Г. Кисляковская. – М., Медицина,1967. – 119 с.

85. Кравченко, Э.Ф. Рациональное использование молочной сыворотки /

Э.Ф. Кравченко // Пищевая промышленность: теоретический журнал. – 2007. –

№7. – С. 42-44.

86. Кравченко, Э.Ф. Исследование процессов очистки молочной

сыворотки / Э.Ф. Кравченко // Сыроделие. – 2000. – №2. – С. 28-29.

87. Красина, И.Б. Особенности химического состава и пищевой ценности

БАД «Стевия» / И.Б. КРАСИНА и др. // Известия вузов. Пищевая технология.

2009. – № 2-3. – С. 23-24.

88. Крашенинин, П.Ф. Молочная сыворотка и направления её

рационального использования: обзор.инфор. / П.Ф. Крашенинин и др. – М.:

АгроНИИТЭИММП, 1992. – 29 с.

89. Козлов, С.Г. Методические и технологические аспекты создания

структурированных продуктов из молочной сыворотки и растительного сырья:

монография / С.Г. Козлов. – Москва-Кемерово: Кузбассвузиздат, 2005. – 168 с.

90. Комарова, Л.Ф. Экологическая безопасность хозяйственной

деятельности / Л.Ф. Комарова и др.; под общ.ред. Л.Ф. Комаровой. – Барнаул:

Изд-во АлтГТУ , 2009. – 226 с.

91. Конаныхин, А.В. Мембранная технология производства белково-

углеводных концентратов / А.В. Конаныхин, В.В. Мурашов // Молочная

промышленность. – 1993. – №2. – С.32-38.

92. Костина, В.В. Технология молочного сахара из ультрафильтрата

подсырной сыворотки: дис. … канд. техн. наук: 05.18.04 / Костина Валентина

Вячеславовна. – Ставрополь, 1994. – 193 с.

93. Крючкова, В.В. Качество и безопасность биопродукта направленного

действия / В.В. Крючкова, Н.Н. Яценко, В.Ю. Контарева, Т.Ю. Кокина, Г.Д.

Фирсова // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2011. – № 8. – С.62-63.

133

94. Крючкова, В.В. Функциональные кисломолочные напитки:

технологии и здоровье / Крючкова В.В., Евдокимов И.А. – Ставрополь:

СевКавГТУ, 2007. – 109 с.

95. Кунижев, С.М. Использование сывороточных белков в производстве

продуктов детского питания / С.М. Кунижев, В.А. Шуваев, Н.Н. Недайвозова,

Г.П. Шаманова // Молочная и мясная промышленность. – 1990. – № 3. – С.31-32.

96. Ладодо, К.С. Питание здорового и больного ребенка / К.С. Ладодо,

Л.В. Дружинина. – М.: Баян, 1994. – 198с.

97. Лафишев, А.Ф. Разработка технологии белково-жирового продукта на

основе цельного молока и несепарированной подсырной сыворотки: автореф. дис.

… канд. техн. наук: 05.18.04 / Лафишев Артур Фуадович. – Ставрополь, 2003. – 19

с.

98. Липатов, Н.Н. Моделирование процесса образования четвертичных

структур белковыми фракциями мясных систем / Н.Н. Липатов // Известия вузов.

Пищевая технология. – 1986. – №3. – С. 66-71.

99. Липатов, Н.Н. Мембранные методы разделения молока и молочных

продуктов / Н.Н. Липатов, В.А. Марьин, Е.А. Фетисов. – М.: Пищевая

промышленность, 1976. – 168 с.

100. Лялин, В.А. Создание и внедрение ультрафильтрационных установок

для переработки молочного сырья / В.А. Лялин // Пути интенсификации

технологических процессов и оборудования в отраслях агропромышленного

комплекса: материалы Всесоюзн. научн.-техн. конф. молодых ученых и

специалистов (Москва 5-6 декабря 1988). – М.,1988. – С. 1-8.

101. Лобасенко, Б.А. Интенсификация баромембранных процессов на

основе отвода поверхностного концентрата задерживаемых компонентов:

автореф. дис. … д-ра техн. наук: 05.18.12 / Лобасенко Борис Анатольевич. –

Кемерово, 2001. – 35 с.

102. Лобасенко, Б.А. Мембранное концентрирование обезжиренного

молока на аппарате с побудительным движением диффузионного слоя / Б.А.

Лобасенко, А.А. Механошина // Хранение и переработка сельскохозяйственного

134

сырья. – 2005. – № 6. – С. 25-27.

103. Майоров, А.А. Обоснование мембранных способов разделения

молочной сыворотки / А.А. Майоров, Н.М. Сурай, С.Ю. Бузоверов // Вестник

Алтайского государственного аграрного университета. – 2012. –№ 5 (91). – С. 104-

107.

104. Мамай, Д.С. Теоретические аспекты прогнозирования

производительности баромембранных установок для разделения жидких

полидисперсных систем / Д.С. Мамай, С.П. Бабёнышев, В.Е. Жидков, С.А.

Емельянов, В.П. Уткин // Научное обозрение. – 2012. – № 5. – С. 465-467.

105. Мамай, Д.С. Процесс мембранной фильтрации жидких

полидисперсных систем / Д.С. Мамай, С.П. Бабёнышев, А.В. Бобрышов, В.П.

Уткин / Агроуниверсал – 2012: материалы VII Международной научно-

практической конференции в рамках XIX Международной агропромышленной

выставки. – Ставрополь, 2012. – С. 9-14.

106. Мамай, Д.С. Мембранные способы переработки сока топинамбура /

Д.С. Мамай, С.П. Бабёнышев, В.П. Уткин / Агроуниверсал – 2012: материалы VII

Международной научно-практической конференции в рамках XIX

Международной агропромышленной выставки. – Ставрополь, 2012. – С. 14-21.

107. Мамай, Д.С. Технологические аспекты использования процессов

мембранной фильтрации в переработки полисахаридов топинамбура / Д.С.

Мамай, С.П. Бабёнышев, В.П. Уткин / УНИВЕРСИТЕТСКАЯ НАУКА –

РЕГИОНУ: материалы III-й ежегодной научно-практической конференции

Северо-Кавказского федерального университета. – Ставрополь, 2015. – 396 с.

108. Мельникова, Е.И. Исследование биотехнологического потенциала

творожной сыворотки: модификация химического состава, прогнозирование

качества и новые технологические решения: дис. ... д-ра техн. Наук: 05.18.04 /

Мельникова Елена Ивановна. – Воронеж, 2007. – 476 с.

109. Мельникова, Е.И. Пищевые добавки и наполнители при производстве

молочных продуктов: учеб. пособие / Е.И. Мельникова. – Воронеж: Изд-во ВГТА,

2005. – 84 с.

135

110. Мизякин, И.Д. Использование молочной сыворотки и ее концентратов

/ И.Д. Мизякин // Хлебопекарная и кондитерская промышленность. – 1983. – № 8.

– С. 7-8.

111. Молочников, В.В. Безотходная переработка, обезжиренного молока на

основе безмембранного осмоса: обзорная информация / В.В. Молочников, Т.А.

Орлова, C.B. Анисимов. – М., 1986. – 36 с.

112. Молочников, В.В. Переработка молочного сырья с применением

полисахаридов по технологии «Био-Тон» / В.В. Молочников, Т.А. Орлова, О.А.

Суюнчев // Пищевая промышленность. – 1996. – № 5. – С. 34-35.

113. Молочников, В.В. Фракционирование молочного сырья

полисахаридами / В.В. Молочников, А.А. Храмцов, Т.А. Орлова, Ч.М. Батдыев,

В.В. Садовой; В.Е. Мильтюсов // Молочная промышленность. – 2008. – № 12. –

С. 47-48.

114. Мусина, О.Н. Сыворотка и продукты из нее: анализ патентной

ситуации / О.Н. Мусина, П.А. Лисин // Молочная промышленность. – 2008. – №3

– С.79-86.

115. Мякиньков, А.Г. Технологические аспекты создания

комбинированных молочных продуктов с использованием топинамбура / А.Г.

Мякиньков // Пищевая и перерабатывающая промышленность. Реферативный

журнал. – 2000. – № 4. – С. 14-66.

116. Налимов, В.В. Теория эксперимента. – М.: Наука, 1991. – 208 с.

117. Нестеренко, П.Г. Использование сывороточных концентратов в

хлебопекарной и кондитерской промышленности: обзор. инфор. / П.Г.

Нестеренко. – М.: АгроНИИТЭИММП, 1986. – сер. №14. – вып. №7. – 32 с.

118. Павлова, И.В. Разработка биотехнологии утилизации молочной

сыворотки с целью получения спирта и последующей комплексной очистки

образующихся стоков совместно со сточными водами молокозавода: дис. … канд.

техн. наук: 05.18.07 / Павлова Инна Вячеславовна. – Москва, 2003. – 155 с.

119. Павлова, Г.Н. Стевия - источник натурального подсластителя

продуктов питания / Г.Н. Павлова, Л.Д. Ерашова, Л.А. Алехина // Пищевая

136

промышленность. – 1997. – № 5. – С. 8-9.

120. Павлов, В.А. Новые методы переработки молочной сыворотки / В.А.

Павлов. – М.: Агропромиздат, 1990. – 148 с.

121. Пастухова, З.М. Молочная сыворотка – ресурс производства пищевых

продуктов / З.М. Пастухова // Пищевая промышленность. – 1988. – №9. – С. 48-49.

122. Паньковский, Г.А. Питание и здоровье населения / Г.А. Паньковский

// Пищевая и перерабатывающая промышленность. Реферативный журнал. – 2004.

– № 4. – С. 11-79.

123. Покровский, А.А. О биологической и пищевой ценности продуктов

питания / А.А. Покровский // Вопросы питания. – 1975. – №3. – С. 25-40.

124. Полищук, А.Я. Кинетический аспект адсорбции белков плазмы крови

на полимерной поверхности / А.Я. Полищук, А.Л. Иорданский, Г.Е. Заиков //

Журнал химическая физика. – 1982. – № 9. – С.1268–1278.

125. Полянский, К.К. Технология продукта типа сметаны с

использованием обратноосмотических концентратов / К.К. Полянский, Н.С.

Родионова, Л.В. Голубева // Пути развития науки и техники в мясной и молочной

промышленности: материалы. Всесоюз. научно-техн. конф. – М., 1988. – С. 22-23.

126. Полянский, К.К. Применение обратного осмоса в молочной

промышленности / К.К. Полянский, А.В. Долниковский. – М.:

АгроНИИТЭИММП, 1990. – 48 с.

127. Полянский, К.К. Топинамбур: перспективы использования в молочной

промышленности: монография / Родионова Н.С, Глаголева Л.Э. – Воронеж: ВГУ,

1999. – 100 с.

128. Пчелин, В.А. Поверхностные свойства белковых веществ / В.А.

Пчелин. – М.: Гизлегпром, 1951. – 146с.

129. Раманаускас, Р.И. Применение ультрафильтрации на сыродельном

заводе / Р.И. Раманаускас // Экспресс-информация. Молочная промышленность. –

1984. – № 8. – С. 10-14.

130. Родионова, Н.С. Мембранная технология в переработке смывных вод /

Н.С. Родионова, А.Ш. Шаяхметов, К.К. Полянский // Молочная и мясная

137

промышленность. – 2009. – №2. – С.33-34.

131. Рюмина, Е.В. Анализ эколого-экономических взаимодействий / Е.В.

Рюмина. – М.: Наука, 2000. – 158 с.

132. Рюмина, Е.В. Оценка ущерба от загрязнения окружающей среды по

регионам России / Е.В. Рюмина, А.М. Аникина // Экономика природопользования.

–2006. – № 5. – С. 89-96.

133. Рюмина, Е.В. Экономические аспекты управления экологическим

долгом / Е.В. Рюмина // Экономика природопользования. – 2007. – № 6. – С. 17-

21.

134. Сафонов, А.А. Разработка и исследование мембранного аппарата с

комбинированным отводом диффузионного слоя: автореф. дис. … канд. техн.

наук: 05.18.12 / Сафонов Антон Александрович. – 2004. – 20 с.

135. Сенкевич, Т. Молочная сыворотка: переработка и исследование в

агропромышленном комплексе / Т. Сенкевич, К.-Л. Ридель: пер. с нем. Н.А.

Эпштейна; под ред. Н.Н. Липатова. – М.: Агропромиздат, 1989. – 270 с.

136. Суворов, М.А. Эксплуатация опытно-промышленного образца

ультрафильтрационной установки А1-ОУС на Владимирском молочном

комбинате / М.А. Суворов // Информация. – 1984. – № 8. – С. 17-23.

137. Суюнчев, О.А. Мягкие сыры с УФ-концентратами / О.А. Суюнчев,

И.А. Евдокимов, С.П. Бабенышев // Сыроделие и маслоделие. – 2007. – №1. – С.

21-22.

138. Тарасевич, Ю.И. Адсорбция альбумина на кремнеземе / Ю.И.

Тарасевич, В.А. Смирнова, Д. И. Монахова // Коллоидный журнал. – 1978. – Т.

40. – № 6. – С.1244–1248.

139. Толстогузов, В.Б. Искусственные продукты питания / В.Б.

Толстогузов. – М.: Наука, 1978. – 231 с.

140. Толстогузов, В.Б. Физико-химические аспекты переработки белков в

пищевые продукты / В.Б. Толстогузов, Е.Е. Браудо, В.Я. Гринбегр, А.Н. Гуров //

Успехи химии. – 1985. – Т. 44. – С. 250-300.

138

141. Тужилкин, В.И. Функциональные пищевые продукты - стратегия

современного питания / В.И. Тужилкин, А.Ф. Доронин, А.А. Кочеткова, Б.А.

Шендеров, А.П. Нечаев, А.Ю. Колесников / Технология и продукты здорового

питания: материалы межд. конф. (4-6 июня 2003). – М., 2003. – С.3-10.

142. Умнягина, И.А. К вопросу об оптимизации лечения

профессиональных больных натуральными витаминно-минеральными

комплексами / И.А. Умнягина, М.А. Бобоха, Р.С. Рахманов, М.В Кувшинов //

Бюллетень Восточно-Сибирского научного центра СО РАМН. – 2010. – № 4. – С.

143-146.

143. Уткин, В.П. Молочная сыворотка как фактор повышения ресурсного

потенциала молокоперерабатывающего предприятия / В.П. Уткин, Н.А. Шапаков /

Инновационные направления развития в образовании, экономике, технике и

технологиях: материалы Научно-практической конференции, посвященная 85-

летию ДГТУ. – ГОРОД, 2015. – С. 330-333.

144. Уткин, В.П. Процесс мембранной фильтрации жидких

полидисперсных систем / В.П. Уткин, С.П. Бабенышев, А.В. Бобрышов и др. /

Актуальные проблемы научно-технического прогресса в АПК: материалы VII

Международной научно-практической конференции в рамках XIX

Международной агропромышленной выставки «Агроуниверсал – 2013». –

ГОРОД, 2013. – С. 9-13.

145. Уткин, В.П. Молочный напиток для больных сахарным диабетом /

В.П. Уткин // Сборник научных трудов Всероссийского научно-

исследовательского института овцеводства и козоводства. – 2013. – Т. 3. – № 6. –

С. 276-278.

146. Уткин, В.П. Ультрафильтрация молочного сырья на аппаратах

рулонного типа / В.П. Уткин, С.П. Бабёнышев, В.Е. Жидков и др. //

Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского

государственного аграрного университета. – 2012. – № 78. – С. 217-226.

147. Уткин, В.П. Методика проведения исследований процесса

баромембранного разделения жидких высокомолекулярных полидисперсных

139

систем / В.П. Уткин, С.П. Бабёнышев, А М. Трепачко, П.С. Чернов // Сборник

научных статей по материалам межвузовской научно-практической конференции

СТИС. – 2011. – Часть 1. – С. 72-75.

148. Уткин, В.П. Интенсификация процесса разделения молочного сырья /

В.П. Уткин, С.П. Бабёнышев, В.Е. Жидков, А.В. Бобрышов // Научное обозрение.

– 2012. – №2. – С. 238-245.

149. Уткин, В.П. Повышение производительности процесса разделения

жидких дисперсных систем / В.П. Уткин, С.П. Бабёнышев, В.Е. Жидков, А.М.

Павлов, М.В. Скороходова // Научное обозрение. – 2012. – №2. – С. 230-237.

150. Уткин, В.П. Молочная сыворотка как сырье для производства

продуктов функционального питания / В.П. Уткин, С.П. Бабеныщев, В.А.

Соловьев // Сборник научных статей по материалам межвузовской научно-

практической конференции СТИС. – 2012. – Часть 1. – С. 157-161.

151. Уткин, В.П. Технико-экономические и экологические аспекты

баромембранной технологии переработки жидкого молочно-растительного сырья

/ В.П. Уткин, Н.А. Шапаков // НаукаПарк – Ставрополь. – 2013 – № 6 (16). – С. 92

– 96.

152. Уткин, В. П. Технологические аспекты производства молочных

напитков с природными полисахаридами/ В. П. Уткин, С. П. Бабенышев, И. К.

Ткаченко, Н. А. Шапаков // НаукаПарк – Ставрополь. – 2014. – № 10 (30). – С.

114-118.

153. Фетисов, Е.А. Теоретическое обоснование оптимальных условий

эксплуатации ультрафильтрационных мембран / Е.А. Фетисов // Деп. в

АгроНИИТЭИ мясомолпром. – 1986. – № 431. – 12 с.

154. Фетисов, Е.А. Предотвращение загрязнения мембран белком

в процессе ультрафильтрации молочного сырья / Е.А. Фетисов // Тр. ВНИКМИ.

Использование мембранных процессов при разработке технологии новых

молочных продуктов. – М., 1987. – С. 3-8.

155. Фетисов, Е.А. Основные направления в создании

оборудования для гиперфильтрации / Е.А. Фетисов, В.А. Лялин // Обзор. – М.:

140

ЦНИИТЭИ легпищемаш, 1976. – 44 с.

156. Филиппов, А.Н. Образование гель-слоя на поверхности мембраны

(Квазистационарное приближение) / А.Н. Филиппов, В.М. Старов, В.А. Лялин //

Химия и технология воды. –1989. – Т. 11. – №4. – С. 291-295.

157. Филиппов, А.Н. Формирование гель-слоев на поверхности

ультрафильтрационных мембран (Теория и эксперимент) / В.М. Старов, А.Н.

Филиппов, В.А. Лялин, И.В. Усанов // Химия и технология воды. – 1990. – Т. 12.

№ 4. – С. 300-305.

158. Харитонов, В.Д. Проблемы и перспективы молочной

промышленности XXI века / В.Д. Харитонов // Хранение и переработка

сельхозсырья. – 2002. – №11. – С. 16-18.

159. Хартман, К. Планирование эксперимента в исследовании

технологических процессов / К. Хартман. – М.: Мир, 1977. – 552 с.

160. Хванг, С.Т. Мембранные процессы разделения / С.Т. Хванг, К.

Каммермейер. – М.: Химия, 1981. – 464 с.

161. Храмцов, А.Г. Безотходная технология в молочной промышленности /

А.Г. Храмцов, П.Г. Нестеренко. – М.: Агропромидат, 1989. – 279с.

162. Храмцов, А.Г. Технология продуктов из молочной сыворотки:

учебное пособие / А.Г. Храмцов, П.Г. Нестеренко. – М.: ДеЛи принт, 2004. – 587

с.

163. Храмцов, А.Г. Производство и использование концентратов молочной

сыворотки / А.Г. Храмцов, Д.Н. Лодыгин, И.А. Евдокимов, П.Г. Нестеренко. – М.:

АгроНИИТЭИММП, 1990. – 32 с.

164. Храмцов, А.Г. Микрофильтрация молочного сырья: обзор. информ. /

А.Г. Храмцов, Е.Р. Абдулина, И.А. Евдокимов. – М.: АгроНИИТЭИММП, 1991. –

40 с.

165. Храмцов, А.Г. Молочная сыворотка / А.Г. Храмцов. – М.:

Агропромиздат, 1990. – 240 с.

166. Храмцов, А.Г. Инновации в переработке и использовании молочной

сыворотки / А.Г. Храмцов // Переработка молока. – 2014. – № 2 (172). – С. 68-69.

141

167. Храмцов, А.Г. Молочная сыворотка / А.Г. Храмцов. – М.: Пищевая

промышленность, 1979. – 272 с.

168. Храмцов, А.Г. Научно-технические основы модернизации молочной

промышленности АПК России: монография / А.Г. Храмцов. – Ставрополь, 2013. –

81 с.

169. Храмцов, А.Г. Рациональная переработка и использование белково-

углеводного молочного сырья / А.Г. Храмцов, П.Г. Нестеренко // Мол.

Промышленность. – 1998. – № 2 – С 124-135.

170. Храмцов, А.Г. Технология продуктов из вторичного молочного сырья

/ А.Г. Храмцов, С.В. Василисин, С.А. Рябцева, Т.С. Воротникова. – СПб.: ГИОРД,

2009. – 424 с.

171. Храмцов, А.Г. Переработка и использование молочной сыворотки.

Технологическая тетрадь / А.Г. Храмцов, В.А. Павлов, П.Г. Нестеренко и др. – М.:

Росагропромиздат, 1989. – 271 с.

172. Чагаровский, А.П. Совершенствование традиционных и создание

новых технологий переработки молочного сырья на основе мембранных

процессов / А.П. Чагаровский, С.И. Литвин // Интенсификация процессов и новых

технологий переработки, хранения и транспортирования в АПК. – Киев: Пищевая

промышленность, 2008. – С.165-168.

173. Чагаровский, А.П.. Изучение структуры и свойств

ультрафильтрационных мембран второго поколения / Чагаровский А.П., Круглик

В.И. // Тр. ВНИКМИ. Использование мембранных процессов при разработке

технологии новых молочных продуктов. – М., 1987. – С. 91-96.

174. Чагаровский, А.П. Ультрафильтрационная обработка молочного

сырья и тенденции дальнейшей его переработки / А.П. Чагаровский //

Обзорнаяинформация. Молочная промышленность. – М.: ЦНИИТЭИ

мясомолпром,1986. – 57 с.

175. Черкасов, А.Н. Мембраны и сорбенты в биотехнологии / А.Н.

Черкасов // Химия. – 1991. – № 2 – 241 с.

176. Черняк, М.И. Пищевая и биологическая ценность кисломолочных

142

продуктов с модифицированной углеводной основой / М.И. Черняк // Пищевая и

перерабатывающая промышленность. Реферативный журнал. – 2001. – № 3. –

1160 с.

177. Шепелева, Е.В. Единая методология сенсорной оценки молочной

продукции / Е.В. Шепелева, И.А. Радаева, А.Н. Петров // Пути повышения

эффективности производства молочных продуктов: материалы Всерос. научно-

прак. конф. – Адлер, 2005. – С. 25-33.

178. Шидловская, В.П. Органолептические свойства молока и молочных

продуктов / В.П. Шидловская. – М.: КолосС, 2000. – 243 с.

179. Щербина, Б.В. Научные основы процесса ультрафильтрации белковых

растворов из животного сырья: дис. … д-ра техн. наук: 05.18.04 / Щербина Борис

Валентинович. – М., 1989. – 420 с.

180. Ярославцев, А.Б. Мембраны и мембранные технологии / А.Б.

Ярославцев. – М.: Научный мир, 2013. – 612 с.

181. Baldasso, C. Concentration and purification of whey proteins by

ultrafiltration / C. Baldasso, T.C. Barros, I.C. Tessaro // Desalination. – 2011. – № 278.

– Р. 381–386.

182. Baker, J.S. Biofouling in membrane systems / J.S. Baker, L.Y. Dudley // A

review. De–salination. – 1998. – V. 118. – P. 81-90.

183. Bruine, S. Overview of concentration polarization in ultrafiltration / S.

Bruine // Desalination. – 1980. – V.35. – P. 1–3.

184. Cheruan, M. A study of the fouling phenomenon during ultrafiltration of

Cottage cheese whey / M. Cheruan, U. Merin // Abstracts of Papers, American

Chemical Society. – 1979. – V. 1. – 128 р.

185. Christ, D. Effect of sucrose addition and heat treatment on egg albumen

protein gelation / D. Christ, K.P. Talceuchi, R.L. Cunha // Journal of Food Science. –

2005. – № 70 (3). – P. E230-E238.

186. Dried milk protein products / P.M. Kelly // “Y Soc. Dairy Technol.”. –

1986. – №3. – Р. 81-85.

187. Dickinson, E. Interfacial structure and stability of food emulsions as

143

affected by protein-polysaccharide interactions (a review) / E. Dickinson // Soft Matter.

– 2008. – № 4. – P. 932-942.

188. Herbertz, G. The Importance of Whey and Whey Components in Food and

Nutrition / G. Herbertz // Proceedings of the 3-rd International Whey Conference. –

Munich, 2014. – Р. 237-239.

189. Hahn, R. Bovine whey fractionation based on cation-exchange

chromatography / R. Hahn, P.M. Schulz, C. Schaupp et al. // Journal of

Chromatography A 795. – 1998. – p. 277-287.

190. Fane, A.G. Ultrafiltration of protein solutions through partially permeable

membranes: the effect of adsorption and solution environment / A.G. Fane, C.J.D. Fell,

A.G. Waters // J. Membrane Sci. – 1983. – № 1/3. – P. 211-224.

191. Filippov, A.N. The Theory of Ultra– and Micro–Filtration of Aqueous

Solutions Complicated by Blocking of Membranes Pores in Time / A.N. Filippov, S.I.

Vasin // 5–th American Congress on Membrane Science and Technology. – 2005. – 90

р.

192. Filippov, A.N. Theoretical and experimental investigations of gel formation

processes on surface of ultrafiltration membranes / A.N. Filippov, V.M. Starov, I.V.

Usanov // Fouling and Cleaning in Food Processing. – 1989. – June 5-7. – P. 323-328.

193. Filippov, A. Sieve mechanism of microfiltration / A. Filippov, V.M.

Starov, D.R. Lloyd, S. Chakravarti, S. Glaser // J. Membrane Sci. – 1994. – V.89. –

P.199-213.

194. Filippov, A.N. Theoretical and experimental investigations of gelformotion

processes on the surface of ultrafiltration membranes / A.N. Filippov, V.M. Starov,

V.A. Ljalin, I.V. Usanov // Proc. Int. Symposium "Membranes and Membrane

Separation Processes" (Sept. 11–15, Torun, Poland). – 1989. – P. 163-165.

195. Fox, P.F. Milk proteins: molecular, colloidal and functional properties /

P.F. Fox, D.M. Mulvihill // J. Dairy Sci. – 1982. – №4. – Р. 679-693.

196. Hidding, J. Effect of various pre-heating on the ultrafiltration of sweet

whey / J. Hidding, R. De Boer // Milhwissenschaft. –1981. – V. 11 – P. 657-663.

197. Hollstroom, B. Description of Rotating Ultrafiltration Modul / B.

144

Hollstroom // Desalination. – 1978. – Vol. 1. – № 3. – P. 273-279.

198. Milner, J.A. Functional foods and health: a US perspective / J.A. Milner //

British J. Nutrition. – 2002. – Vol. 88. – Р. 151-158.

199. Weijers, M. Light scattering study of heat-induced aggregation and geletion

of ovalbumin / M. Weijers, R.W. Visschers, T. Nicolai // Macromolecules. – 2002. – №

35. – P. 4753-4762.

200. Gerrior, S. Milk and milk products: their importance in the American diet /

S. Gerrior, J. Putnam, L. Bente // Food Rev. – 1998. – V. 21. – №2. – P. 29-37

201. http://www.ecobest.ru/snip/folder-sanpin/list-sanpin2-3-2-1078-01.html

(доступ 05.02.16)

202. Roberfroid, M.B. Global view on functional foods: European perspectives /

M.B. Roberfroid // British. J Nutrition. – 2002. – Vol.88. – Suppl.2. – Р. 133-138.

203. Mitchell, I.R. Immobilised lactose hydrolysis system: Development and

investigation of enzymatic products. PhD Thesis, Deakin University. – 1990. – 254 р.

204. Whey and Lactose processing. Chapter 10: Zadow J. G. Lactose hydrolysis/

Edited by J. G. Zadow. – London – New York: Elsevier applied science, 1992. – P. 361-

409.

145

Приложение А

Приложение Б

146

147

Приложение В

148

Приложение Г

149

Приложение Д

150

Приложение Е

151

Приложение Ё

152

Приложение Ж