Способ производства молочного продукта

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к молочной промышленности и может быть использовано при производстве продуктов массового, детского, диетического и геродиетического питания.

Уровень техники

Известен способ получения гуманизированного молока, приближенного по составу к материнскому молоку, целью которого являлось повышение биологической ценности конечного продукта по сравнению с молоком коровьим. По данному способу повышение биологической ценности достигалось внесением в цельное коровье молоко сухой сыворотки при соотношении по массе цельное молоко : сухая сыворотка (580-600):(40-45), что соответствует процентному отношению сывороточных белков к казеину, в готовом продукте, 38:62. Гуманизированное молоко, по данному способу, предназначено для детей до 1 года: кроме сухой сыворотки в качестве дополнительных ингредиентов предусматривалось использование декстрин-мальтозы, сахара свекловичного, масла растительного, аминокислоты λ-цистина, витаминов А и D2, а также препаратов витаминов С и Р (А.С. СССР на изобретение №686711, кл. МПК А23С 9/10, А23С 11/00, опубл. 25.09.1979).

К недостаткам вышеописанного способа можно отнести следующее. Во-первых, при запатентованном соотношении цельного коровьего молока и сухой сыворотки не достигается максимальное значение биологической ценности, которая достигается при равных концентрациях в продукте сывороточных белков и казеина. Во-вторых, необходимость внесения большого количества дополнительных ингредиентов усложняет технологию и повышает себестоимость конечного продукта. Реализация этого способа возможна лишь на специализированных предприятиях, в ограниченном объеме. К недостаткам можно отнести также необходимость использования только сухой сыворотки, хотя в настоящее время существует возможность получения сывороточных концентратов с помощью экономичных баромембранных способов концентрирования, таких как обратный осмос и нанофильтрация.

Известен также способ получения стерилизованного молочного продукта для детского питания с рождения до 5 месяцев. Стерилизованный молочный продукт содержит в мас.%: молоко нормализованное 33,6-35,2; сывороточный белковый концентрат 1,091; масло оливковое 0,38-0,43; масло кукурузное 0,48-053; молочный сахар 1,9-2,8; патоку низкоосахаренную 2,0-2,2 или солодовый экстракт 2,5-2,8; лактулозу 1,2-1,6; минеральные вещества 0,082736-0,100678; водорастворимые витамины 0,0000702-0,00008433; инозитол; λ-карнитин 0,0013-0,0020; таурин 0,0045-0,0060; остальное вода. Способ осуществляют следующим образом: полученное после сепарирования обезжиренное или цельное молоко нормализуют сливками до массовой доли жира 6%. Лимоннокислый калий и лимоннокислый натрий растворяют в питьевой воде, затем 1/3 часть полученного раствора вносят в нормализованное молоко и перемешивают. Одновременно готовят белково-углеводную и жировую смеси, растворы витаминов. В резервуар для приготовления концентрированной смеси вносят смесь нормализованного молока с 3/3 частью раствора лимоннокислых солей, белково-углеводную смесь, растворы водорастворимых витаминов, минеральных солей, таурина, инозитола, L-карнитина и питьевую воду. Смесь перемешивают, затем концентрированную смесь подогревают до температуры 75-85°С и деаэрируют при вакууме 50-55 кПа. После чего жировую смесь смешивают в потоке с концентрированной смесью и гомогенизируют. Гомогенизированную смесь стерилизуют и охлаждают. Охлажденный продукт фасуют в потребительскую тару и направляют в холодильную камеру (патент РФ на изобретение №2189753, кл. МПК А23С 9/20, А23С 9/12, А23С 9/13, опубл. 27.09.2002).

К недостаткам вышеуказанного способа можно отнести чрезмерное количество добавок. В то же время добавка сывороточного белкового концентрата, за счет которого и происходит повышение биологической ценности готового продукта, весьма незначительна и не обеспечивает существенного, хотя бы на 10%, повышения этого показателя по сравнению с обычным коровьим молоком. Очевидна высокая себестоимость продукта и вытекающая из этого невозможность реализации его в больших объемах.

Ближайшим техническим решением к предложенному является способ получения молока «Волжское» (Л.И. Степанова. Справочник технолога молочного производства. Технология и рецептуры. Том 1. Цельномолочные продукты. Санкт-Петербург, ГИОРД, 2000, с. 57-58, 52, 62). Молоко вырабатывают из нормализованного пастеризованного молока 2%-ной жирности с добавлением белково-углеводной основы. Сухая белково-углеводная основа восстанавливается до массовой доли сухих веществ 11±1% водой, подогретой до 35±3°С. Белково-углеводную основу вносят в нормализованную смесь перед пастеризацией. По органолептическим показателям молоко «Волжское» не отличается от молока коровьего с аналогичной жирностью, однако по биологической ценности превосходит его незначительно.

Недостатком вышеизложенного способа является сложность технологии, обусловленная необходимостью применения в рецептуре молока «Волжское» дорогостоящей белково-углеводной основы, полученной с помощью ультрафильтрации, относительно невысокая биологическая ценность, а также необходимость утилизации больших объемов получаемого при его производстве УФ-фильтрата (пермеата), обладающего высокой загрязняющей способностью.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом предложенного способа является упрощение технологии производства, а также повышение биологической ценности молочного продукта, за счет использования при производстве простых сывороточных концентратов, например концентратов подсырной сыворотки.

Этот результат достигается тем, что в предложенном способе производства молочного продукта, в исходное обезжиренное молоко добавляют концентрированную молочную сыворотку, с массовой долей сухих веществ 8,2-18,0%, при соотношении объемов молоко : сывороточный концентрат 1:1-1:4.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе производства молочного продукта, предусматривающим приемку обезжиренного молока, нормализацию по жиру, гомогенизацию, пастеризацию и расфасовку, согласно изобретению, перед нормализацией молоко смешивают с сывороточным концентратом, причем соотношение объемов обезжиренное молоко : сывороточный концентрат выдерживают в диапазоне 1:1-1:4, а массовую долю сухих веществ в сывороточном концентрате в диапазоне 8,2-18,0%.

Сывороточный концентрат, добавляемый в обезжиренное молоко, может быть предварительно подвергнут частичной деминерализации одним из известных способов.

Вносимый в обезжиренное молоко сывороточный концентрат может представлять собой смесь подсырной и предварительно раскисленной творожной сыворотки.

Осуществление изобретения

Способ производства молочного продукта предусматривает приемку обезжиренного молока, смешивание его с сывороточным концентратом с массовой долей сухих веществ 8,2-18,0% при соотношении объемов молоко : сывороточный концентрат в диапазоне значений 1:1-1:4, нормализацию полученной композиции по жиру, гомогенизацию, пастеризацию, охлаждение и расфасовку.

Нижний предел по сухим веществам (8,2%) обусловлен тем, что он равен стандартной величине массовой доли сухих веществ в обезжиренном молоке. В этом случае добавление в обезжиренное молоко с массовой долей сухих веществ 8,2% сывороточного концентрата с таким же значением массовой доли сухих веществ, позволяет получить аналог обезжиренного молока с высокой биологической ценностью.

Верхний предел по сухим веществам (18%) обусловлен тем, что концентрирование сыворотки с применением наиболее экономичного баромембранного метода нанофильтрации осуществляется, преимущественно, до этого значения массовой доли сухих веществ. Добавление такого сывороточного концентрата в исходное обезжиренное молоко позволяет получать его аналоги не только с высокой биологической ценностью, но и с повышенным значением массовой доли сухих веществ, что также может привлечь массового потребителя. Нижний и верхний пределы по объемному соотношению обусловлены крайними вариантами смешивания обезжиренного молока и сывороточного концентрата, обеспечивающими значение биологической ценности системы близкое к максимально возможному значению.

Нижний предел объемного соотношения обезжиренное молоко : сывороточный концентрат (1:1) соответствует варианту, когда одна часть обезжиренного молока с массовой долей сухих веществ 8,2% (2,7% казеина + 0,7% сывороточных белков) смешивается с одной частью сывороточного концентрата с массовой долей сухих веществ 18% (1,9% сывороточных белков). После смешивания концентрация сывороточных белков в системе становится примерно равной концентрации казеина, а биологическая ценность, рассчитанная по балансу незаменимых аминокислот, достигает своего максимального уровня.

Верхний предел соответствует варианту, когда на одну часть обезжиренного молока с массовой долей сухих веществ 8,2% (2,7% казеина + 0,7% сывороточных белков) приходится четыре части сывороточного концентрата с такой же массовой долей сухих веществ (8,2%). В этом случае, соотношение концентрации сывороточных белков к казеину достигает значения 60:40, что соответствует значению этого показателя в материнском молоке (В.В. Кузнецов, Н.Н. Липатов. Справочник технолога молочного производства, т 6. С.-Петербург, ГИОРД, 2005, с. 56).

В предлагаемом способе производства молочного продукта с высокой биологической ценностью возможна реализация бесконечного числа вариантов, в которых могут учитываться дополнительные условия, например, необходимость достижения комфортных органолептических показателей. Однако во всех этих вариантах будут получаться аналоги молока с более высокой биологической ценностью по сравнению с коровьим молоком. Минимальное повышение биологической ценности будет наблюдаться в варианте, когда одна часть обезжиренного молока будет смешиваться с одной частью сывороточного концентрата, с массовой долей сухих веществ 8,2%. В этом случае отношения сывороточных белков к казеину повысится с 20:80 для коровьего молока до 36:64 для получаемого аналога.

Так как молочная сыворотка имеет избыточную зольность, придающую ей в концентрированном виде горечь, то перед добавлением ее в обезжиренное молоко она может быть подвергнута частичной деминерализации одним из известных способов, например электродиализом или нанофильтрацией.

Предложенный способ может быть реализован при использовании подсырной и творожной сывороток, а также при их произвольном сочетании. Ограничение при использовании творожной сыворотки обусловлено только органолептическими показателями.

Пример 1

На пилотной нанофильтрационной установке с площадью мембран 2 м², при температуре 40±1°С подвергли концентрированию и частичной деминерализации 50 л. натуральной подсырной сыворотки с исходной массовой долей сухих веществ 5,9%, в том числе сывороточных белков 0,58% и золы 0,61%. После 40 мин работы пилотной нанофильтрационной установки получили 15,2 л сывороточного концентрата с массовой долей сухих веществ 18,3%, в том числе сывороточных белков 1,9% и золы 1,49% (уровень деминерализации 21%). Один литр сывороточного концентрата смешали с одним литром обезжиренного молока с массовой долей сухих веществ 8,23%, в том числе казеина 2,69%, сывороточных белков 0,68% и золы 0,71%. Получили 2 литра аналога обезжиренного молока с массовой долей сухих веществ 13,26%, в том числе казеина 1,36%, сывороточных белков 1,31%, золы 1,24%.

Биологическая ценность исходного обезжиренного молока, рассчитанная по балансу незаменимых аминокислот, сравнение с эталоном, равна 65,4%, полученного сывороточного концентрата 76,1%, а вышеуказанной смеси обезжиренное молоко - сывороточный концентрат, 81,95%, что близко к максимально возможному значению 82%.

К двум литрам смеси добавляли 0,38 л сливок 20% жирности, подвергли смесь гомогенизации на лабораторном гомогенизаторе с числом оборотов 600 об/мин, пастеризовали полученную смесь путем быстрого нагрева до 72±1°С, выдержкой 3 мин и быстрого охлаждения в водяной бане до 20±2°С. Получили 2,35 л пастеризованного аналога цельного молока с жирностью 3,2%, массовой долей сухих веществ 15,3% и биологической ценностью 81,9%, вместо 66% для стандартного цельного молока.

Пример 2

Взяли 1 кг сухой, деминерализованной до 70%-го уровня подсырной сыворотки с массовой долей сухих веществ 97,4%, в том числе сывороточных белков 11,6%, растворили в 10,9 кг питьевой воды. Получили 11,9 кг сывороточного концентрата с массовой долей сухих веществ 8,2%, в том числе сывороточных белков 0,97%. Четыре литра полученного сывороточного концентрата смешали с одним литром обезжиренного молока с массовой долей сухих веществ 8,26%, из которых 2,76% приходилось на казеин, а 0,74% на сывороточные белки. Полученная смесь имела следующий состав: сухие вещества 8,21%, в том числе казеина 0,55%; сывороточных белков 0,96%. Соотношение казеин : сывороточные белки равно 38:62 (у материнского молока примерно 40:60). Один литр, полученной смеси смешали с 0,19 л молочных сливок с жирностью 20%, подвергли смесь гомогенизации на лабораторном гомогенизаторе с числом оборотов 600 об/мин, пропастеризовали, как в примере 1 и получили 1,19 л аналога материнского молока с массовой долей сухих веществ 10,9%, в том числе жира 3,2%; белка 1,52%; лактозы 5,9%; минеральных веществ 0,3%.

Если в качестве эталона для определения биологической ценности взять не белок ФАО/ВОЗ, как в предыдущем примере, а белок женского молока, то биологическая ценность, рассчитанная по балансу незаменимых аминокислот, будет равна для полученного аналога 97% против 60-65% для цельного коровьего молока.

Пример 3

10 т натуральной подсырной сыворотки с массовой долей сухих веществ 5,86%, в том числе сывороточного белка 0,62%, подсгустили на вакуум выпарной установке "Виганд" до массовой доли сухих веществ 10,1%. С учетом потерь получили 5,6 т сывороточного концентрата, содержащего 1,08% белка. Полученный сывороточный концентрат с удельной электропроводностью 12,2 mСм подвергли частичной деминерализации на промышленной электродиализной установке "Мега" (Чешская республика). С учетом потерь получили 5,4 т деминерализованного до 70%-го уровня сывороточного концентрата с удельной электропроводностью 3,8 mСм, массовой долей сухих веществ 8,31%, в том числе сывороточного белка 1,05%.

Полученные 5,4 т сывороточного концентрата смешали с 2,7 т обезжиренного молока с массовой долей сухих веществ 8,26%, в том числе казеина 2,71% и сывороточных белков 0,68%. В данном варианте соотношение обезжиренное молоко : сывороточный концентрат как по объемам, так и по массам равно 1:2.

В результате смешивания получили 8,1 т аналога обезжиренного молока с массовой долей сухих веществ 8,29%, в том числе казеина 0,91% и сывороточных белков 0,93%. Биологическая ценность данной смеси, рассчитанная по "идеальному" белку ФАО/ВОЗ, составляет 82% и практически равна максимально возможному своему значению.

В 8,1 т смеси обезжиренного молока с сывороточным концентратом добавили 1,16 т сливок жирностью 20%, полученную смесь подвергли гомогенизации и пастеризации на пластинчатом пастеризаторе производительностью 10 т/ч при температуре 72°С с выдержкой 20 с. С учетом естественных потерь получили 9,2 т аналога цельного коровьего молока жирностью 2,5%, массовой долей сухих веществ 10,4% и биологической ценностью 82% против 65,8% для молока коровьего.

Способ позволяет получать аналоги молока с высокой биологической ценностью, не отличающиеся от стандартных видов молока по массовой доле сухих веществ и жиру.

При определенных значениях соотношения объемов обезжиренного молока и сывороточного концентрата может быть достигнуто максимальное приближение состава композиции по основным компонентам: сывороточные белки, казеин, лактоза, жир и минеральные вещества к составу материнского молока.

Максимально высокое значение биологической ценности в композиции обезжиренное молоко - сывороточный концентрат, определяемой по балансу незаменимых аминокислот, достигается при таком соотношение объемов молока и сывороточного концентрата, при котором концентрация сывороточных белков в композиции примерно равна концентрации казеина (Анисимов Сергей Владимирович. Технология белкового концентрата из нежирного молочного сырья. дисс. на соиск. уч. степени канд. техн. наук., М., 1988 с., 191) или несколько выше.

Сопоставительный анализ заявляемого изобретения показал, что совокупность существенных признаков заявленного способа производства молока не известна из уровня техники и значит соответствует условию патентоспособности «Новизна».

В уровне техники не было выявлено признаков, совпадающих с отличительными признаками заявленного изобретения и влияющих на достижение заявленного технического результата, поэтому заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «Изобретательский уровень».

Приведенные сведения подтверждают возможность применения заявленного способа в молочной промышленности, который может быть использован при производстве аналогов молока и поэтому соответствует условию патентоспособности «Промышленная применимость».