4. Пищевая, биологическая ценность и биотехнологические свойства молочной сыворотки

Виды сыворотки

1. Традиционные способы разделения молока, основанные на биотехнологии (закваски, ферменты) и использовании химических реагентов (кислот, щелочей, солей), приводят к образованию подсырной, творожной и казеиновой сыворотки.

2. При нетрадиционных способах разделения молока, основанных на молекулярно-ситовой фильтрации, электрофизическом воздействии и термодинамической несовместимости казеиновых фракций молочных белков с полисахаридами получают белковый концентрат и ультрафильтрат или бесказеиновую фазу. По составу и свойствам ультрафильтрат и бесказеиновая фаза аналогичны молочной сыворотке.

Состав и свойства молочной сыворотки

Состав молочной сыворотки колеблется в значительных пределах и  зависит для подсырной сыворотки от вида вырабатываемого сыра и его жирности; для творожной – от способа производства творога и его жирности; казеиновой - от вида вырабатываемого   казеина. При выработке жирных сыров расходуют в основном казеин и молочный жир, а остальные компоненты в значительном количестве переходят в молочную сыворотку. Казеин должен быть использован максимально, жир - в соответствии с видом вырабатываемого сыра, молочный сахар и минеральные соли - в необходимых для созревания сыра количествах. При производстве твердых сыров оптимальное содержание молочного сахара составляет 10 % (в среднем 5-7 %) от его содержания в молоке и зависит от вида сыра. Содержание минеральных со­лей обычно составляет 3-5 % от их содержания в молоке. Кальциевые и фосфорные соли переходят в сыр при получении сычужного сгустка.

При производстве сметаны и творога основные компоненты молока используются аналогично сказанному выше. Применяя различные технологические приемы (например, высокотемпературную обработку молока, мембранные методы обработки и др.), можно увеличить переход в творог сывороточных белков или других ценных компонентов молока.

Состав и свойства молочной сыворотки связаны с технологией белковых и белково-жировых продуктов. В зависимости от вида основного продукта получают подсырную, творожную или казеиновую сыворотки. Состав и свойства различных видов молочной сыворотки приведен в таблице 5.

Таблица 5 – Состав и свойства молочной сыворотки

При разделении обезжиренного молока по технологии "Био-Тон", разработанной ВНИИКИМ, с использование биополимеров получают бесказеиновую фазу, названную концентратом структурирующим пищевым (КСП). В бесказеиновой фазе практически отсутствует молочный жир. Массовая доля молочного сахара возрастает до 80 %, а доля остальных компонентов близка к таковым в молочной сыворотке только в отличие от сыворотки она дополнительно содержит до 0,5 % полисахарида. Это придает её повышенные функциональные свойства по сравнению с молочной сывороткой и обезжиренным молоком.

Используют бесказеиновую фазу в натуральном, сгущенном и сухом видах при выработке различного вида суфле, желирующих продуктов. Она является эффективным эмульгатором и стабилизатором пищевых систем, студнеобразователем.

Молекулярно-ситовая фильтрация молока и ВМС через полупроницаемые мембраны приводит к получению побочного продукта (фильтрата), состав которого практически идентичен молочной сыворотке.

При нетрадиционных способах обработки молочного сырья, получаемые ультрафильтраты (пермеаты) и бесказеиновая фаза, по составу и свойствам приближаются к молочной сыворотке с учетом содержания реагентов, например пектина.

Основным компонентом в составе молочной сыворотки является лактоза, которая составляет в сухом веществе 70-75%. При этом в творожной сыворотке лактозы несколько меньше за счет сбраживания в молочную кислоту, что отражается на кислотности сыворотки. Степень перехода отдельных компонентов молока в молочную сыворотку связана с процессами гелеобразования и синерезиса. В молочную сыворотку переходит 6,3 – 12,4 % жира, а абсолютное содержание его в зависимости от жирности исходного сырья и технологии колеблется в широких пределах – от 0,05 до 0,5 %.

Молочный жир в сыворотке диспергирован больше, чем в цельном молоке. Так, например, количество жировых шариков размером менее 2 мкм в сыворотке составляет 72,6, а в молоке 51,9 %.

В 100 г сыворотки содержится 0,134 мг азота, в том числе 65 % белкового и 35 % небелковых азотистых соединений. В пересчете на белок с использованием принятого коэффициента (6,38) эта величина составляет 0,5 – 1,5 % и зависит от способа нормализации и тепловой обработки смеси, коагуляции белков и синерезиса сгустка.

Около 10% белков сыворотки представлены остатками казеина. Глобулины сыворотки представлены β-лактоглобулином, иммуноглобулинами (эвглобулины и псевдоглобулины). Белковые вещества сыворотки включают также α-лактоальбумин, сывороточный альбумин, протеозопептоны и ферменты.

Аминокислотный состав отдельных фракций сывороточных белков имеет одинаковый качественный состав, но различается по количественному их соотношению. В числе аминокислот, входящих в белки сыворотки, имеются все незаменимые аминокислоты, которые находятся в количествах, удовлетворяющих или превышающих их в «идеальном белке» (за исключением ароматических, серосодержащих и валина).

Из небелковых азотистых веществ в сыворотке присутствуют свободные аминокислоты, мочевина, мочевая кислота, креатин, креатинин, пуриновые основания. Свободных аминокислот в сыворотке обычно немного, и количество их зависит от вида сыворотки. В творожной сыворотке свободных аминокислот значительно больше, чем в подсырной сыворотке. Это связано с более глубоким гидролизом белков молока под действием ферментов молочнокислых бактерий, а также молочной кислоты.

Аминокислотный состав творожной и подсырной сыворотки различается тем, что в творожной сыворотке содержится в 3,5 раза больше свободных аминокислот и в 7 раз больше незаменимых свободных аминокислот (в основном за счет валина, фенилаланина, лейцина, изолейцина).

В состав углеводного комплекса молочной сыворотки входят моносахара, олигосахара и аминосахара. В творожной сыворотке содержится 0,7 – 1,6 % глюкозы, что обусловлено гидролизом лактозы при производстве творога. Из аминосахаров в сыворотке обнаружены нейраминовая кислота, сиаловая кислота, кетопентоза. Олигосахариды представлены лактозой, лактулозой и серологически активными сахарами близкими к составу крови.

Количественное содержание анионов (5,831 г/л) и катионов (3,323 г/л) в сыворотке соответствует цельному молоку. В процессе производства некоторых видов сыров – российского, пошехонского и других часть сыворотки (около 30 %) получается соленой.

Содержание молочной кислоты в сыворотке достигает 1,24 % (творожная сыворотка), причем до 80 % ее находится в связанном состоянии.

Определение состава молочной сыворотки возможно аналитически или расчетным путем с использованием, например, для сухих веществ формулы М.С.Коваленко:

где р - плотность сыворотки в градусах ареометра; Р - плотность сыворотки в г/см³.

В молочную сыворотку практически переходят все минеральные соли и микроэлементы молока, а также соли, вводимые при выработке основного продукта и соединения с поверхности оборудования. В сыворотке содержится: калия до 0,19%; кальция до 0,11%; натрия 0,05%; магния 0,02%; фосфора 0,1% и хлора 0,11%. Минеральные вещества в сыворотке находятся в форме истинного и молекулярного растворов, в коллоидном состоянии, в виде солей органических и неорганических кислот. Из катионов в сыворотке преобладают калий, натрий, кальций, магний и железо; из анионов – остатки лимонной, фосфорной, молочной и соляной кислот. Таким образом, молочная сыворотка является сырьем с естественным набором жизненно важных минеральных соединений.

В молочную сыворотку почти полностью переходят водорастворимые витамины. Количество пиридоксина, холина и рибофлавина в сыворотке превышает его содержание в молоке, что обусловлено жизнедеятельностью молочнокислых бактерий. Сыворотка по набору и абсолютному содержанию витаминов также является биологически полноценным сырьем. Из органических кислот в сыворотке обнаружены молочная, лимонная, нуклеиновая и летучие жирные кислоты (уксусная, муравьиная, пропионовая, масляная).

Качество молочной сыворотки в соответствии с действующей нормативно-технической документацией должно соответствовать следующим требованиям. Внешний вид – однородная жидкость зеленоватого цвета без посторонних примесей (допускается наличие белого осадка), вкус и запах – чистый, свойственный молочной сыворотке без посторонних привкусов (для творожной и казеиновой слегка кисловатый, для соленой с привкусом соли). Плотность не ниже 1023 кг/м³; кислотность соответственно (^°оТ), не более: подсырная – 20, творожная – 75, казеиновая – 70.

Биотехнологические свойства молочной сыворотки. Состав и свойства молочной сыворотки зависят от вида вырабатываемого основного продукта и технологических режимов его выработки. Массу молочной сыворотки, получаемой при выработке белковых или белково-жировых продуктов можно рассчитать по формуле (2.6):

Выход молочной сыворотки (К_сыв) можно рассчитать по формуле:

где: СВ_спр – сухое вещество в продукте, %; СВ_с – сухое вещество в сырье, %;    СВ_сыв – сухое вещество в сыворотке, %.

Теоретический выход сыворотки находится на уровне 90 %. С учетом нормативных потерь, которые могут существенно снижаться, выход сыворотки (в % от перерабатываемого сырья) составляет 65 – 80 %. Фактический выход сыворотки может приближаться к теоретическому за счет хорошей организации переработки молока и сокращения потерь сыворотки или быть ниже нормативного при плохой организации технологического процесса производства и нарушение режимов выработки основного продукта.

Молочная сыворотка, получаемая при производстве натуральных жирных сыров и жирного творога, содержит 0,1 – 0,6 % казеиновой пыли (в среднем 0,5 %) и около 0,45 % молочного жира. Общее содержание сухих веществ в сыворотке составляет около 50 % от сухих веществ молока.

Размер частиц казеиновой пыли колеблется от 0,05 до 1,5 мм. Содержание её в подсырной сыворотке зависит качества исходного молока и методов его обработки в процессе  разрезки сгустка и обработки сырного зерна. Разрезка недостаточно прочного геля и интенсификация процессов обработки без должной разработки конструкции аппаратов приводит к увеличению отхода казеиновой пыли и жира в сыворотку.

В творожной сыворотке казеиновой пыли содержится несколько больше, а в казеиновой сыворотке – несколько меньше, чем в творожной.

Казеиновую пыль с размером частиц 1,0 – 1,5 мкм можно удалить с помощью центробежной силы в сепараторах-осветлителях и использовать для переработки на пищевые цели.

Количество молочного жира в сыворотке также зависит от вида вырабатываемого продукта, от содержания массовой доли жира в нем и технологии получения. Независимо от массовой доли жира наибольшее число жировых шариков имеет диаметр 1 – 2 мкм, а основной объем жира заключен в шариках размером 2 – 6 мкм. Молочный жир также извлекают из сыворотки с помощью сепараторов-разделителей в виде подсырных сливок и используют для переработки на пищевые продукты.

Особое внимание следует обращать на разбавление сыворотки водой, использование которой предусмотрено технологией при выработке основного продукта. Это приводит к снижению сухих веществ сыворотки, затрудняет её переработку и увеличивает затраты на производство продуктов из сыворотки. Контроль за количеством попавшей воды в сыворотку можно осуществлять по температуре её замерзания.

Молочная сыворотка является хорошей средой для развития различных микроорганизмов. Этому способствует большое содержание в сыворотке молочнокислых бактерий, которые переходят в процессе выработки основного продукта, дополнительный их рост в процессе кратковременного хранения до обработки, дополнительное бактериальное обсеменение посторонней микрофлорой в процессе сбора и хранения. К тому же из основного производства сыворотка поступает с температурой около 30 ⁰С, что соответствует оптимальному росту большинства молочнокислых бактерий. Поэтому сбор, первичная обработка, резервирование до переработки должно осуществляться быстро и с соблюдением санитарно-гигиенических условий. Несоблюдение этих требований может привести к изменению состава и качества сыворотки. В процессе хранения состав и свойства сыворотки меняются. Связано это с деятельностью молочнокислых бактерий. Лактоза, как наименее устойчивый компонент, подвергается ферментативному гидролизу. Количество лактозы снижается, а кислотность сыворотки возрастает, снижается её доброкачественность, возрастает мутность. При нарастании кислотности сыворотки до 100 ⁰Т потери лактозы превышают 20 % от исходного содержания. Происходит гидролиз белков и жира, изменяется вкус сыворотки, могут накапливаться нежелательные и даже вредные вещества.

Практически считается, что при хранении молочной сыворотки без обработки в течение 12 часов она теряет до 25 % энергетической ценности.

Для сохранения исходного качества молочной сыворотки ее подвергают тепловой обработке (пастеризации, охлаждению) или вносят консерванты, разрешенные органами здравоохранения. Такая обработка позволяет успешно сохранить качество сыворотки в течение 24 – 36 ч.

Тепловые и центробежные методы обработки молочной сыворотки