Современное состояние и перспективы переработки молочной сыворотки
д.т.н. И.А. Евдокимов, Кавказский государственный технический университет
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. Проблема дефицита сырья может быть решена за счет использования молочной сыворотки, ресурсы которой в нашей стране превышают 3,5 млн m в год.
В сыворотку переходит более 50 % сухих веществ, в том числе 30 % белков, поэтому она обладает высокой пищевой и биологической ценностью [10]. По теоретическим расчетам, это более 10,5 тыс. т молочного жира, 163 тыс. т лактозы, 36,4 тыс. т белковых и 21,8 тыс. т минеральных веществ, не считая аминокислоты, витамины, ферменты и другие компоненты. Не следует сбрасывать со счетов и экологический аспект: 1 т молочной сыворотки, сливаемой в канализацию, загрязняет водоемы так же, как 100 м3 хозяйственно-бытовых стоков [3].
Переработка молочной сыворотки в России, несмотря на многочисленные разработки в этой области [6], сдерживается по нескольким причинам. Среди них можно выделить незначительные инвестиции в молочную промышленность, отсутствие средств на внедрение современных технологий и покупку оборудования, недостаточные информация о преимуществах продуктов из сыворотки и реклама здорового образа жизни, отсутствие массового производства многофункциональных продуктов на основе молочной сыворотки, либерализм экологической службы в отношении сброса сыворотки в сточные воды. В зависимости от объемов и вида молочной сыворотки должны применяться различные технологии ее переработки. По данным ММФ, объемы сыворотки в мире составляют более 130 млн т. и проблема сыворотки во многих странах остается актуальной.
Структура использования молочной сыворотки в России за последние 15 лет претерпела значительные изменения. Резко сократилось производство продуктов переработки сыворотки: молочного сахара-сырца - в 3,6 раза (до 2,2 тыс. т), рафинированного - в 24 раза (до 0,07 тыс. т), сыворотки сгущенной без сахара - в 22 раза, сыворотки сгущенной с сахаром - в 5 раз. Значительно уменьшился выпуск обогащенной молочной сыворотки (в 2002 г. -13 тыс. т), хорошо зарекомендовавшей себя при откорме свиней. В целом снизилась доля промышленной переработки молочной сыворотки: в 1991 г. - 39 %, в 2002 г.- 35 %, в 2003 г. - 26 % (636 тыс. т из 2447 тыс. т) [7].
В Европе, занимающей лидирующее положение в мире по производству молока, наблюдается положительная динамика объемов предназначенной для переработки сыворотки за счет увеличения производства сыра и казеина. Европейская сыродельная промышленность производит 6,8 млн т сыра в год, и прогнозируется рост объемов производства на 2 %. Европейская промышленность дает сырье для 3 млн т лактозы и 0,39 млн т белков сыворотки. Основными производителями сыворотки в Европе являются "Лакталис/Лактозерум" (Франция)-5 млн т, "Боркуло Домо Ингридиент" (Нидерланды) - 4,2 млн т, "ДМВ Интернешнл" (Нидерланды) -3.0 млн т. "Арла Фудс" (Дания/Швеция) -2,9 млн т и "Евросерум" (Франция) -2,5 млн т [15]
Эти фирмы занимаются глубокой переработкой сыворотки, что экономически выгодно и приносит прибыль. Все они объединены в Европейскую ассоциацию переработчиков сыворотки (EWPA) и совместно с другими странами один раз в 3-4 года проводят международные конференции по молочной сыворотке. Последняя, 4-я конференция по сыворотке проводилась в середине сентября 2005 г. в Чикаго (США) [17].
На нее собрались более 350 специалистов со всего мира, которые представляли научные учреждения, учебно-исследовательские центры, фирмы, выпускающие продукцию из сыворотки, и компании, производящие оборудование. Конференция была посвящена получению продуктов из сыворотки, которые оказывают существенное влияние на здоровье человека и профилактику заболеваний. Необычность этой конференции состояла в том, что примерно половина докладов была сделана специалистами-медиками из медицинских научных центров, университетов, клинических лабораторий, исследовательских центров, занимающихся созданием продуктов здорового питания.
Представляет интерес анализ переработки сыворотки в одной из ведущих молочных стран – США. По информации ММФ, в ближайшее время предполагается увеличение производства сухой сыворотки, концентратов сывороточных белков, казеина и лактозы (Европейский Союз, США, Новая Зеландия, Австралия, Аргентина, Канада), что позволит сократить сбросы в окружающую среду и увеличить объемы производства продуктов питания. Переработка молочной сыворотки в Европе направлена в первую очередь на производство продуктов питания. За рубежом считается, что организация сушки сыворотки, даже при высоком уровне стоимости энергоносителей, гораздо выгоднее, чем экологические штрафы за слив молочной сыворотки без обработки в водоемы. Для анализа динамики последних лет в производстве сухой сыворотки в качестве примеров выбраны несколько стран. Следует обратить внимание, что объемы производства сухой сыворотки практически остаются на одном уровне, поскольку на данный момент гораздо больший интерес представляют высокие технологии переработки сыворотки. И эти тенденции касаются всех ведущих молочных стран мира.
Основной путь решения проблемы комплексной переработки молочного сырья видится в создании безотходных технологий сыра, творога и казеина. В настоящее время известны два подхода по переработке сыворотки: полное использование сухих веществ; раздельное использование составных компонентов [2, 4], Первый подход реализуется по двум направлениям. Первое - использование натуральной сыворотки как ингредиента хлебобулочных изделий, напитков и желе, десертов и мороженого, а также для приготовления питательных сред, кормов и удобрений, моющих средств, косметики и оздоровительных ванн.
При кажущейся простоте использования необработанной сыворотки в качестве корма сельскохозяйственным животным или удобрений приходится констатировать, что не все так просто. Например, попытки использовать для удобрения полей как непосредственно сыворотку, так и сточные воды молочных заводов, содержащие значительный процент сыворотки, показали, что при концентрации сыворотки в сточных водах более 10 % происходит угнетение роста многих сельскохозяйственных культур, зависящее от типа почв и вида растения. Помимо всего прочего, использование сыворотки в необработанном виде неперспективно с точки зрения транспортировки и быстрой порчи при повышенных температурах, особенно в летний период, когда в России образуются наибольшие объемы сыворотки.
Второе направление полного использования сухих веществ сыворотки более перспективно. Оно дает возможность получать: сгущенные и сухие сывороточные концентраты, сухую деминерализованную сыворотку, сухую безлактозную сыворотку, сухую сыворотку с наполнителями, блочную сыворотку (продукты с промежуточной влажностью), гранулированную сыворотку. Полное использование компонентов сыворотки базируется на обезвоживании путем выпаривания под вакуумом и сушки. Представляет интерес сгущение сыворотки до высоких концентраций (более 70 % сухих веществ), так как стоимость сушки на порядок дороже выпаривания. При этом можно получать продукты с промежуточной влажностью [14].
Например, оборудование "Paraflash", разработанное фирмой "Ангидро" (Дания), предполагает сгущение сыворотки или пермеата до 70-80 % сухих веществ. Эффективность применения различных технологических схем переработки сыворотки на сгущенные концентраты характеризуется и различной прибылью предприятий. С этих позиций, например, производство сгущенной очищенной сыворотки с содержанием сухих веществ 30 % менее экономично (рентабельность продукта 12,5 %), чем применение биотехнологии сгущенной гидролизованной сыворотки (рентабельность 41,1 %) [8].
Раздельное использование компонентов сыворотки позволяет получить: подсырные сливки, казеиноальбуминную массу, концентраты сывороточных белков, молочный сахар, концентраты белков с полисахаридами (пектин, хитозан), минерализат солей [9, 13]. Одно из традиционных направлений переработки молочной сыворотки - производство молочного сахара. Как было отмечено ранее, его в России производится очень мало. Утверждение, что это очень энергоемкий процесс и производство молочного сахара невыгодно, несколько противоречит европейским понятиям. Например, более 50 лет существует частная фирма Meggle (Германия), которая в центре Европы производит молочный сахар (лактозу) различных видов. Причем объемы собственной сыворотки только 0,5 млн т в год. а привозной - 4,5 млн т в год.
В последние годы уделяется усиленное внимание глубокой переработке молочной сыворотки - получению производных из отдельных компонентов (гидролизаты молочного жира и белков, производные лактозы - лактулоза. лактитол, тагатоза, галактоолигосахариды и др.). Следует отметить, что производные лактозы - галактоолигосахариды и лактулоза - это превосходные компоненты при составлении рецептур здоровой пищи, так называемых продуктов функционального питания [7, 9, 18].
Все направления глубокой переработки молочной сыворотки связаны с биотехнологией, позволяющей получать широкую гамму продуктов [5, 9]. К ним относятся: органические кислоты и спирт этиловый; микробный жир, белок одноклеточных микроорганизмов и биоЗЦМ; ферменты, аминокислоты и витамины; глюкозогалактозный сироп (ферментативный гидролиз); метан, биогаз, углекислый газ; антибиотики и антиоксиданты. За рубежом на основе глубокой переработки молочной сыворотки выпускается широкий ассортимент продуктов энтерального питания, которые обеспечивают поддержание и реабилитацию пищевого статуса здоровых и больных людей [2,16,17]. Следует подчеркнуть, что экономически выгодно получать из сыворотки высокоочищенные белковые компоненты.
Например, мировая потребность только в одном из минорных белков - лактоферрине - оценивается в 5 млрд долл. США. Интересен опыт по кооперации при переработке сыворотки, когда сырье свозится на одно предприятие. К примеру, из поступающей с молокоперерабатывающих заводов сыворотки на фирме Meggle производится лактоза, на "ДМВ" - сухая сыворотка, в Белоруссии (Пружаны)-этиловый спирт, на австрийском фирме Fresenius Kabi -лактулоза.
В Германии около 240 заводов утилизируют сыворотку с получением биогаза. Ряд российских предприятий и фирм владеют опытом по переработке молочной сыворотки. В Ставрополе выпускаются комбинированный сухой продукт "Ставропольский", напитки, хлебобулочные изделия, плавленые сыры, майонез; в Бежецке - ЗЦМ и деминерализованная сыворотка, в Рубцовске - сухая сыворотка, в Ипатово -молочный сахар и бифидогенные кормовые добавки - БИКОДО [11].
Одной из ведущих тенденций последних лет в развитии молочной промышленности в нашей стране и за рубежом является широкое использование мембранных методов обработки. Они открыли возможности для получения новых видов молочных продуктов и повлекли за собой коренное изменение технологий переработки сыворотки [1,13]. Не меньший интерес с точки зрения перспективности мембранных процессов имеет электродиализ [2, 12].
С его помощью решаются две проблемы, свойственные молочной сыворотке: высокая минерализация и солоноватый вкус; высокая кислотность. Например, обработанная методом электродиализа творожная сыворотка со степенью деминерализации 70 % не создает трудностей при распылительной сушке. Получаемая деминерализованная сухая сыворотка используется в производстве мороженого, детского питания, кондитерских изделий, напитков и др.
Что касается прогноза на будущее, то, по мнению европейских ученых, его можно представить в виде пирамиды [15]. В ее основании - объемы переработки сыворотки; пласты вверх - технологии различного уровня, от традиционных до мембранных; вершина пирамиды - специфическая изоляция и глубокое фракционирование. Интерес к молочной сыворотке во всем мире продолжает расти. В первую очередь это касается технологий глубокой переработки молочной сыворотки, которые позволяют получать продукты, подобные лекарственным препаратам.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Евдокимов И.А. Концепция получения растворимых концентратов из молочного сырья с применением мембранных методов. Сер. Пищевая и перерабатывающая промышленность.-М.: АгроНИИТЭИММП, 1995 Вып. 5-6 2. Евдокимов И.А., Володин Д.Н., Дыкало Н.Я. Электродиализ - перспективный метод переработки молочной сыворотки //Переработка молока. № 2.2001. 3. Евдокимов И.А., Рябцева С.А., Никульникова И.К, и др. Экологичность и экономичность переработки лактозосодержащего сырья: матер, науч-теор. конф- Углич, 1995. 4. Залашко М.В. Биотехнология переработки молочной сыворотки - М.: Агропромиздат, 1990. 5. Кравченко Э.Ф. Состояние и перспективы использования молочной сыворотки //Сыроделие и маслоделие. № 2.2000. 6. Кравченко Э.Ф., Волкова ТА. Использование молочной сыворотки в России и за рубежом //Молочная промышленность. 2005. № 4. 7. Молочная индустрия мира и Российской Федерации (Ежегодник-2005) С.А Пластинин, В.Д Харитонов, В.БЛабиновидр.-М.. 2005. 8. Павлов В.А. и др. Резервы повышения эффективности переработки творожной сыворотки. Обзорная информация,-М.: АгроНИИТЭИММП, 1987. 9. Сенкевич Т., Ридель К.-Л. Молочная сыворотка, переработка и использование в агропромышленном комплексе: пер. с нем. НА Эпштейна-М.: Агропромиздат, 1989. 10. Храмцов А.Г. Молочная сыворотка,- М.: Агропромиздат, 1990. 11. Храмцов А.Г., Василисин С.В. Справочник технолога молочного производства. Т. 5: Продукты из обезжиренного молока, пахты и молочной сыворотки.-СПб.: ГИОРД, 2004. 12. Храмцов А.Г., Евдокимов И.А., Варданян Г.С., Терновой А.И. Деминерализация лактозосодержащего сырья методом электродиализа. Обзорная информация. -М.: АгроНИИТЭИММП, 1992. 13. Храмцов А.Г., Нестеренко П.Г. Технология продуктов из молочной сыворотки.-М.: Дели принт, 2004 14. Храмцов А.Г., Павлов В.А.. Евдокимов ИЛ. и др. Переработка и использование молочной сыворотки: технологическая тетрадь.- М.: Росагропромиздат, 1989. 15. The Importance of Whey and Whey Components in Food and Nutrition. -Munich. 2001 16. 2nd International Whey Conference. -Rousmont, 1997. 17. 4th International Whey Conference -Chicago, 2005. 18. Oligosaccharides and probiotic bacteria // Bulletin of the IDF 313. 1996.
