Способ переработки молочной сыворотки

 

Изобретение относится к молочной промышленности, в частности к области переработки молока и молочных продуктов, может быть использовано для получения пищевого белка из отходов переработки молока, в частности молочной сыворотки. Молочную сыворотку последовательно обрабатывают культурами Lactobacillus casei и Propionibacterium freudenreichii. Обработку второй культурой проводят не ранее начала снижения кислотности сыворотки не менее чем на 0,8 единиц pH. В момент засева второй культурой соотношение культур поддерживают от 0,4 до 5,0. Суммарную концентрацию культур выбирают от 1 до 5 г/л среды. По окончании ферментации выделяют белковый продукт, содержащий весь комплекс незаменимых аминокислот, витамины группы B, микроэлементы. 7 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области пищевой промышленности, в частности к области переработки молока и молочных продуктов, и может быть использовано для получения пищевого белка из отходов переработки молока, в частности молочной сыворотки.

Молочная сыворотка является крупнотоннажным отходом производства переработки молока и в настоящее время практически не находит применения. Частично молочную сыворотку используют в качестве корма для скота, основное количество молочной сыворотки сливают в канализацию, а незначительную часть используют на технические и пищевые цели. Недостатком молочной сыворотки как пищевого продукта и сырья следует признать большое содержание балластных веществ (в частности, воды), а также неблагоприятное для пищеварения соотношение углеводов, белков и минеральных веществ. Концентрирование молочной сыворотки посредством удаления части воды не нашло широкого применения, поскольку концентрат, хотя и более удобен для использования и перевозки, все же не находит достаточного сбыта по вышеуказанным причинам. До сих пор основную часть молочной сыворотки сливают в канализацию, загрязняя окружающую среду.

Для повышения пищевой ценности молочной сыворотки было предложено (US, патент 3343962) улучшить соотношение углеводов, белков и минеральных веществ путем выращивания на молочной сыворотке как на питательной основе молочнокислых бактерий, сбраживающих лактозу. При использовании ацидофилиновой палочки удалось увеличить содержание белка до 0,8%. Однако подобное увеличение содержания белка не решило проблему масштабной утилизации сыворотки экологически чистым путем.

Было предложено также (SU, авторское свидетельство 379256) перерабатывать молочную сыворотку посредством сквашивания ее с использованием двух видов бактерий. Часть сыворотки было предложено сквашивать пропионовыми бактериями, а часть - ацидофильными. Сквашенные продукты смешивали, охлаждали и высушивали. Содержание белка составляло до 5%. Указанное содержание белка в продукте не обеспечивает рентабельность разработанного способа в промышленных масштабах.

Техническая задача, решаемая посредством настоящего изобретения, состоит в разработке экологически чистого и рентабельного способа промышленной утилизации молочной сыворотки.

Технический результат, получаемый в результате реализации изобретения, состоит в получении пищевого белкового продукта из отходов переработки молока, в частности молочной сыворотки в промышленном масштабе.

Для достижения указанного технического результата предложено последовательно ферментировать молочную сыворотку культурами Lactobacillus casei и Propionibacterium freudenreichii с последующим выделением белка, причем обработку молочной сыворотки второй культурой проводят при снижении величины pH молочной сыворотки от первоначального значения, по меньшей мере, на 0,8 единиц, при этом в момент засева второй культурой соотношение культур поддерживают от 0,4 до 5,0, а суммарную концентрацию культур выбирают от 1 до 5 г/л среды. Предпочтительно ферментацию проводят при не менее чем 5% насыщении молочной сыворотки кислородом. Обычно в молочную сыворотку дополнительно вводят питательные вещества. Преимущественно в процессе культивирования проводят аэрацию молочной сыворотки. Молочная сыворотка перед ферментацией может быть упарена до концентрации 15-25% сухих веществ. Предпочтительно используют штамм Lactobacillus casei штамм ГСБ-ТБ1Б и/или штамм Propionibacterium freudenreicheii ВСБ-16. Обычно готовый белковый продукт получают в виде концентрата или сухого порошка. Экспериментально было установлено, что именно уменьшение величины pH молочной сыворотки, по меньшей мере, на 0,8 единицы позволяет создать максимально приемлемые условия для использования культуры Propionibacterium freudenreicheii, и, следовательно, получить максимальный выход готового продукта. Также экспериментально были подобраны соотношение культур, а также их суммарная концентрация. Именно указанные выше соотношения позволяют получить максимальный выход целевого продукта.

Ниже приведены предпочтительные варианты реализации изобретения.

Пример 1. В молочную сыворотку вносят минеральные компоненты: сернокислый аммоний в количестве 3 г/л, калий фосфорнокислый однозамещенный в количестве 10 г/л, сернокислый магний в количестве 0,3 г/л, сернокислый магний и сернокислый цинк в количестве 0,04 г/л каждый. Содержание сухих веществ в молочной сыворотке, поступающей на ферментацию после упаривания, составляет 15%. Молочную сыворотку с питательной средой засевают культурой Lactobacillus casei штамм ГСБ-ТБ1Б. Культивирование проводят примерно при 30^oC в течение 3 ч и при концентрации кислорода 3-5% от концентрации насыщения. При снижении кислотности на 0,8 единиц pH проводят засев второй культуры - Propionibacterium freudenreichii штамм ВСБ-16. Соотношение культур составило 1,0. Дальнейшее культивирование проводят в течение 10 ч при более интенсивной аэрации, при содержании растворенного в среде кислорода 10 - 15% от концентрации насыщения среды кислородом. В полученной на стадии ферментации суспензии белка определили содержание сырого протеина. Оно составило 22% от абсолютно сухого вещества (a.c.в.).

Пример 2. В молочную сыворотку с содержанием 7% сухих веществ добавляют минеральные компоненты: сернокислый аммоний в количестве 5 г/л, калий фосфорнокислый однозамещенный в количестве 10 г/л, сернокислый магний в количестве 0,5 г/л, сернокислый магний и сернокислый цинк в количестве 0,05 г/л каждый. Засевают бактерии Lactobacillus casei штамм ГСБ-ТБ1Б и проводят процесс аэробной ферментации. При снижении pH среды на 1,0 единицу проводят засев молочной сыворотки культурой Propionibacterium freudenreichii ВСБ-16. Суммарная концентрация культур при засеве второй культуры Propionibacterium freudenreichii составляет 4 г/л. Дальнейшее культивирование проводят в течение 14 ч при более интенсивной аэрации, поддерживая уровень растворенного кислорода 10% от насыщения. В полученной суспензии белка определили содержание сырого протеина. Оно составляет 20% от а.с.в. Для получения жидкого пищевого наполнителя суспензию белка дополнительно упаривают до концентрации сухих веществ 37% в вакуум-выпарном аппарате. В полученный белковый концентрат может быть добавлен стабилизатор (в частности, бензоат натрия) с последующей расфасовкой в герметичную тару.

Пример 3. В молочную сыворотку вносят минеральные компоненты: сернокислый аммоний в количестве 5 г/л, калий фосфорнокислый однозамещенный в количестве 20 г/л, сернокислый магний в количестве 0,7 г/л, сернокислый магний и сернокислый цинк в количестве 0,06 г/л каждый. Содержание сухих веществ в молочной сыворотке составляет 25%. Молочную сыворотку с питательной средой засевают культурой Lactobacillus casei штамм ГСБ-ТБ1Б. Культивирование проводят примерно при 30^oC в течение 4 ч до снижения pH на 1,5 ед., затем проводят засев молочной сыворотки культурой Propionibacterium freudenreichii ВСБ-16. Концентрация культур в момент подсева второй культуры составляет 5 г/л. Далее выращивание проводят при более интенсивной аэрации - 25% от насыщения среды кислородом в течение 11 часов. Содержание сырого протеина в суспензии белка после ферментации составляет 23%.

Полученную суспензию белка высушивают в распылительной сушилке с получением готового белкового продукта в виде порошка с характеристиками,представленными в табл. 1 в конце описания.

Используемые в вышеохарактеризованном способе обработки молочной сыворотки бактерии являются представителями родов и видов, выделенных из пищевых продуктов и разрешенных к применению в пищевой промышленности.

Штамм бактерий Propionibacterium freudenreichii ВСБ-16 и штамм бактерий Lactobacillus casei штамм ГСБ-ТБ1Б получены из Коллекции микроорганизмов Всероссийского научно-исследовательского института биосинтеза белковых веществ и имеют следующие характеристики: Штамм бактерии Propionibacterium freudenreichii ВСБ-16 выделен из сыра селекционным путем и адаптирован к молочной сыворотке с высокой концентрацией сухих веществ. Культурально морфологические особенности штамма: колонии на МПА до 5 мм в диаметре, округлые, блестящие, кремовые. Морфология клеток, выращенных на молочной сыворотке: неподвижные палочки длиной 3 - 6 мм, встречаются булавовидные формы. Штамм сбраживает фруктозу, лактозу, глюкозу, лактат, малат, глицерол. Штамм продуцирует пропионовую кислоту, белок одноклеточных. Продуктивность штамма: на концентрированной молочной сыворотке (25% сухих веществ) выход биомассы от потребленного субстрата составляет 40%. Способ хранения: штамм хранят на МПА либо лиофизируют. Способ размножения штамма: штамм выращивают на молочной сыворотке (5 - 8% сухого вещества). Условия, состав сред для ферментации: состав среды - молочная сыворотка 5 - 25% а.с.в. Температура - 15-25^oC. Время выращивания 24 - 36 ч.

Штамм бактерий Lactobacillus casei штамм ГСБ-ТБ1Б выделен из молочной сыворотки селекционным путем, адаптирован к молочной сыворотке с высокой концентрацией сухих веществ. Культурально морфологические особенности штамма: колонии на МПА до 3 мм в диаметре, округлые, матовые. Морфология клеток, выращенных на молочной сыворотке: палочки длиной 3-6 мкм, расположенные поодиночке или в виде цепочек из 2-3 члеников. Штамм сбраживает фруктозу, лактозу, глюкозу, слабо ферментирует целлюлозу и рамнозу. На синтетических средах без добавления факторов роста не растет. Штамм синтезирует молочную кислоту, белок одноклеточных. Продуктивность штамма: при 15^oC сбраживает молоко за 25 ч, при этом синтезируется 1,5 г/л молочной кислоты. Способ хранения штамма: штамм хранят на МПА либо лиофизируют. Способ размножения штамма: штамм выращивают на молочной сыворотке (5-8% сухого вещества). Условия и состав сред для ферментации: молочная сыворотка 5-25% а.с.в. Температура - 15 - 25^oC, время выращивания 24-36 ч.

Получаемая белковая биомасса может быть использована в качестве белковой пищевой добавки, наполнителя пищевых продуктов вместо соевого белка, а также при изготовлении кормов для домашних животных. Она содержит весь комплекс незаменимых аминокислот, витамины группы В, микроэлементы и является экологически чистым питательным продуктом.

Формула изобретения

1. Способ переработки молочной сыворотки, включающий ферментацию молочной сыворотки двумя культурами бактерий, одна из которых относится к пропионовым бактериям, с последующим выделением белка, отличающийся тем, что молочную сыворотку последовательно обрабатывают культурами Lactobacillus casei и Propionibacterium freudenreichii, причем обработку второй культурой проводят при снижении величины pH молочной сыворотки от первоначального значения, по меньшей мере, на 0,8 единиц, в момент засева второй культурой соотношение культур поддерживают от 0,4 до 5,0, а суммарную концентрацию культур выбирают от 1 до 5 г/л среды.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ферментацию проводят при не менее чем 5%-ном насыщении молочной сыворотки кислородом.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в молочную сыворотку дополнительно вводят питательные вещества.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе культивирования проводят аэрацию молочной сыворотки.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что молочную сыворотку перед ферментацией упаривают до концентрации 15 - 25% сухих веществ.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют штамм Lactobacillus casei штамм ГСБ-ТБ1Б.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют штамм Propionibacterium freudenreichii ВСБ-16.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что готовый белковый продукт получают в виде концентрата или сухого порошка.

РИСУНКИ

Рисунок 1