Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА РАСТВОРА ЩЕЛОЧИ ДЛЯ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ НФ-КОНЦЕНТРАТОВ ТВОРОЖНОЙ СЫВОРОТКИ

Изобретение относится к молочной промышленности, в частности к переработке сыворотки, и может быть использовано для определения количества раствора щелочи при нейтрализации концентратов творожной сыворотки, полученных методом нанофильтрации (НФ-концентраты).

Высокая кислотность творожной сыворотки ограничивает ее использование в составе пищевых продуктов. Проведение обработки творожной сыворотки нанофильтрацией существенно снижает содержание органических кислот, однако достигаемый при этом уровень нейтрализации не достаточен для широкого использования полученных концентратов в составе пищевых продуктов на молочной основе [1]. Это обуславливает необходимость дополнительной нейтрализации НФ-концентратов, проведение которой обеспечит оптимальную кислотность и не приведет к снижению качественных показателей сырья. Решение данной задачи возможно только при наличии точного метода определения количества щелочи для нейтрализации НФ-концентратов, учитывающего изменение физико-химических свойств творожной сыворотки после концентрирования нанофильтрацией.

Известен способ определения количества раствора щелочи для нейтрализации концентрированной сыворотки, основанный на методе подбора. В пробу сыворотки массой 100 г поэтапно добавляют небольшие дозы раствора щелочи и определяют соответствующие значения титруемой кислотности. При достижении заданного значения титруемой кислотности фиксируют весь объем добавленного раствора и пересчитывают его на необходимый объем сыворотки [2].

Недостаток этого способа заключается в необходимости многократного определения титруемой кислотности. Кроме того, нейтрализация проводится по значению титруемой кислотности, что является некорректным для концентрированных молочных растворов.

Известен способ определения количества раствора щелочи для нейтрализации молочного продукта, который осуществляется следующим образом. В пробу молочного продукта вводят фенолфталеин и добавляют раствор щелочи в две стадии. На первой добавляют объем щелочи, эквивалентный титруемой кислотности, которую необходимо получить в продукте. На второй стадии раствор щелочи вводят в эту же пробу до появления розового окрашивания. Затем расход щелочи, добавленный на второй стадии, пересчитывают на весь объем молочного продукта и используют для нейтрализации [3].

Недостаток этого способа также заключается в том, что параметром оценки степени нейтрализации является титруемая кислотность.

Известен способ определения количества раствора щелочи для нейтрализации творожной сыворотки, который включает отбор пробы сыворотки, определение величины изменения титруемой кислотности после внесения пробного количества раствора щелочи и пропорциональный пересчет этого количества на необходимую величину изменения кислотности во всем объеме творожной сыворотки [4]. Этот способ выбран в качестве прототипа предложенного решения.

Первый недостаток этого способа заключается в том, что конечным параметром оценки степени нейтрализации, как и у вышеперечисленных способов, является титруемая кислотность. Показатель титруемая кислотность для концентрированных молочных растворов, к которым относятся НФ-концентраты творожной сыворотки, отражает не только кислые свойства сырья, а показывает, в том числе, и концентрацию всех соединений, обладающих кислотными свойствами (потенциальная кислотность). Примером может служить сравнение титруемой кислотности и pH питьевого молока с этими же показателями сгущенного молока. Свежее питьевое молоко характеризуется значением pH (6,6-6,8) и титруемой кислотностью (16-18)°Т. При повышении кислотности до 37°Т оно теряет термоустойчивость и при нагревании образует хлопья. Сгущенное же до 17,5% сухих веществ молоко с кислотностью (35-40)°Т и pH (6,3-6,4) выдерживает нагрев до 100°C [5].

Пример показывает, что одним из основных параметров концентрированного сырья, характеризующим его технологические свойства, является активная кислотность (pH). Именно активная кислотность в большей степени определяет возможность проведения тепловой обработки концентрированного сырья при производстве тех или иных продуктов.

Второй недостаток связан с тем, что определение количества раствора щелочи через титруемую кислотность предусматривает проведение титрования до появления слабо-розового окрашивания, обусловленного присутствием индикатора фенолфталеина и свидетельствующего о полной нейтрализации всех кислых соединений в сыворотке. Известно, что изменение окраски индикатора фенолфталеина происходит в достаточно широком интервале pH 8,3-8,9 [6]. Таким образом, количество раствора щелочи для нейтрализации НФ-концентратов творожной сыворотки, рассчитанное на основе титруемой кислотности, может привести к ее избыточному количеству в продукте и, как следствие, ухудшению органолептических показателей обусловленных мыльным вкусом. Это существенно ограничит использование НФ-концентратов, нейтрализованных данным способом, в качестве сырья для производства пищевых продуктов.

Предложенный способ предусматривает определение количества раствора щелочи для нейтрализации по значению активной кислотности и позволяет учесть изменение буферных свойств сыворотки после концентрирования и, тем самым, повысить технологические и органолептические свойства сырья, предотвращая внесение избыточного количества щелочи.

Технический эффект достигается тем, что в основе предложенного способа лежит экспериментально установленное авторами пропорциональное повышение pH от количества внесенной щелочи в диапазоне изменения pH от 4,3 до 7,0 [7]. Именно в этом интервале проводится нейтрализация творожной сыворотки и ее НФ-концентратов при производстве пищевых продуктов.

Способ осуществляется следующим образом. В пробе НФ-концентрата объемом 1 дм³ определяют кислотность pH₀. Затем добавляют раствор щелочи объемом V_пр, перемешивают и выдерживают 5 мин до установления активной кислотности. После этого определяют кислотность pH₁ и пересчитывают необходимое количество щелочи для достижения заданного значения pH_зад во всем объеме НФ-концентрата по формуле:

где: V_щ - количество раствора щелочи для нейтрализации НФ-концентрата объемом V_к, дм³;

V_к - объем НФ-концентрата творожной сыворотки, подлежащий нейтрализации, дм³;

pH_зад - заданное значение активной кислотности НФ-концентрата;

pH₀ - исходное значение активной кислотности НФ-концентрата;

pH₁ - значение активной кислотности пробы НФ-концентрата объемом 1 дм³ после внесения раствора щелочи объемом V_пр;

V_пр - количество раствора щелочи, добавленное в пробу НФ-концентрата, дм³.

Предложенный способ позволяет применять любой вид щелочного агента с различной концентрацией. Следует иметь в виду, что для нейтрализации всего объема НФ-концентрата и внесения в пробу необходимо использовать щелочь одинаковой концентрации из одной партии.

Пример

Имеется 1000 дм³ НФ-концентрата творожной сыворотки с содержанием сухих веществ 20% и активной кислотностью pH₀ 4,85. Необходимо провести его нейтрализацию раствором гидроксида натрия до значения pH_зад 6,50.

В пробу объемом 1 дм³ вносят 0,0025 дм³ 40%-ого раствора гидроксида натрия и выдерживают 5 мин. После этого измеряют активную кислотность, которая составила pH₁ 6,00.

Объем раствора щелочи, необходимого для нейтрализации 1000 дм³ НФ-концентрата творожной сыворотки, определяют по формуле:

Список литературы

1. Шохалова В.Н. Состав НФ-концентратов творожной сыворотки / В.Н. Шохалова [и др.] // Молочная промышленность. - №12. - 2014. - С. 56-57.

2. ТУ 9229-012-04610209-10 Технологическая инструкция по производству сыворотки гидролизованной сгущенной творожной нейтрализованной.

3. Авторское свидетельство СССР № 1508145, A23C 7/00. Способ определения количества раскисляющего раствора для раскисления молочного продукта [Текст] / Малакаускене Б.Ю., Станкявичюс Г.П., Смекалов Н.А.; Литовский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института маслоделия и сыроделия. - №4256944/30-13; заявл. 04.06.87; опубл. 15.09.89, Бюл. №34.

4. Сборник технологических инструкций по производству молочного сахара, утвержденный Департаментом пищевой и перерабатывающей промышленности Минсельхозпрода РФ 20.05.1998.

5. Тепел А. Химия и физика молока / А. Тепел. - СПб.: Профессия, 2012. - 832 с.

6. Слесарев В.И. Химия. Основы химии живого / В.И. Слесарев. - СПб.: Химиздат, 2001. - 783 с.

7. Шохалова В.Н. Исследование буферной емкости концентратов творожной сыворотки, полученных методом нанофильтрации / В.Н. Шохалова [и др.] // Молочнохозяйственный вестник. - №4 (12). - 2013. - С. 86-91.