Аспекты централизованной переработки молочной сыворотки и разработка безлактозного напитка на её основе

В современных условиях возрастания требований к рациональному использованию природных и сельскохозяйственных ресурсов, а также внедрению принципов безотходного производства, вопросы эффективной переработки побочных продуктов молочного производства приобретают особое значение.

Молоко и молочные продукты являются важными источниками необходимых питательных веществ для питания и здоровья человека с точки зрения развития организма и поддержания здорового обмена веществ. Главной особенностью данной пищевой группы является богатое содержание животных белков и целого ряда витаминов. К последним относятся как жирорастворимые формы (A, D, E), так и водорастворимые. В частности, продукция содержит почти все витамины B-комплекса, такие как B1, B2, B5, B6, B9 и B12, каждый из которых выполняет свою функцию в организме. Также они богаты минеральными веществами, включая кальций, магний и фосфор. Хотя минералы составляют лишь малую часть питательных веществ в молоке (менее 1 % от общего состава молока), они выполняют множество функций в организме, в том числе участвуют в формировании структурных компонентов и биохимических процессах[1,2].

Из молока делают различные молочные продукты, такие как йогурт, мороженое и сыр, что увеличивает потребление молока и позволяет преодолеть ограничение, связанное с коротким сроком его хранения. Потребление молока и молокопродуктов населением в Свердловской области представлены на рисунке 1.

Рисунок 1 – Потребление молока и молочных продуктов населением Свердловской области, кг на душу населения

Молочная сыворотка, являющаяся побочным продуктом молочного производства, представляет собой ценное сырье с высоким содержанием органических и минеральных веществ. Её высокая пищевая ценность и многообразные технологические возможности позиционируют её как вторичный молочный продукт.

Глобальное производство сыворотки достигает 180-190 миллионов тонн в год, из которых только половина подвергается переработке. Значительный объём сыворотки, получаемой в ходе производства молочных продуктов, используется для изготовления разнообразных пищевых продуктов и добавок для кормов.

Наряду с этим, в Свердловской области выпускается широкий ассортимент молочной продукции. По данным Министерства агропромышленного комплекса и потребительского рынка Свердловской области, регион входит в число лидеров по производству молока и молочных продуктов среди субъектов Российской Федерации. В 2024 году оно достигло 872,2 тыс.т., что подчеркивает важность региона в молочной промышленности Уральского федерального округа [3,4].

Увеличение объемов производства и переработки молока ведёт к увеличению количества молочной сыворотки. В последние несколько лет в связи с развитием технологий и более осознанным пониманием функциональных свойств сывороточных компонентов молочная сыворотка стала использоваться в производстве специализированных продуктов питания. В связи с этим более эффективное использование данного сырья требует централизации, что наиболее актуально для Свердловской области, как хорошо развитого и территориально обширного региона. Организация централизованной утилизации молочной сыворотки обладает рядом преимуществ:

• •    монетизация вторичного сырья для производителей;

• •    снижение негативного воздействия на окружающую среду;

• •    оптимизация затрат на производственные площади и ресурсы.

На основании карты расположения молокоперерабатывающих предприятий среднего и крупного масштаба в Свердловской области, для размещения специализированного комплекса логистически выгоден Полевской район. Размещение на транспортной развязке обеспечит охват всех точек забора сырья в пределах 4,5-часовой транспортной доступности (рисунок 2) [5].

1 – Екатеринбург, 2 – Талица, 3 – Кушва, 4 – Ирбит, 5 – Верхняя Пышма,6 – Алапаевск, 7 – Туринск; 8 – Богданович

Рисунок 2 — Карта-схема размещения предприятия – хаба централизованной комплексной переработки молочной сыворотки Свердловской области

Перспективным направлением утилизации молочной сыворотки является запуск производства функциональных напитков на ее основе. Добавление в рецептуру фруктовых концентратов, витаминных премиксов или натуральных ароматизаторов не только обогатит вкусоароматические свойства продукта, но и значительно повысит его биологическую ценность, открывая новые каналы сбыта и увеличивая рентабельность.

В связи с этим, было принято решение разработать напиток с до- бавлением настоя шиповника и экстракта мяты, которые разнообразят палитру вкусов и повысят ценность конечного продукта.

Настой шиповника – хороший источник витамина С. Добавление его в напиток способствует повышению антиоксидантной активности и улучшению вкусоароматических характеристик за счет кислинки, которая характерна для шиповника. Экстракт мяты добавляется с целью формирования освежающего вкуса. Также мята способствует улучшению пищеварения, устраняя вздутие, тошноту и спазмы.

Молочный сахар (лактоза) – это дисахарид, в структуру которого входят галактоза и глюкоза. Он присутствует во всех продуктах переработки молока. Поскольку кишечная стенка способна абсорбировать лишь моносахариды, для усвоения лактозы требуется ее предварительный гидролиз. Когда активность специфического фермента – лактазы – снижена, нерасщепленный дисахарид вызывает симптомы, характерные для синдрома непереносимости лактозы [6]. Фермент лактаза (научное название – β-галактозидаза) продуцируется клетками слизистой оболочки тонкой кишки. Его биологическая роль заключается в катализе реакции гидролитического расщепления лактозы на моносахариды.

С технологической точки зрения, ценность β-галактозидазы заключаетсявееспособностиразрыватьβ-гликозидныесвязи. Благодаря этому свойству фермент применяется в пищевой промышленности для модификации молочной продукции: он гидролизует лактозу, делая ее доступной для употребления людьми с гиполактазией[7-10].

Цель исследований – разработка рецептуры и анализ качества безлактозного напитка, созданного на основе молочной сыворотки с использованием ферментативного гидролиза, также в состав напитка будут добавлены растительные компоненты.

Методика и методы исследования

В ходе производства напитка и оценки его органолептических и физико-химических характеристик применены общепризнанные и стандартизированные методики исследования.

Проведение пробной подготовки и анализа осуществляли в соответствии с требованиями ГОСТ 26809.1-2014. Определение титруемой кислотности проводилось согласно ГОСТ 3624-92.Массовую долю лактозы определяли с помощью прибора – анализатора молока «Эксперт профи». Измерение pH проводили согласно ГОСТ 32892-2014 Молоко и молочная продукция. Метод измерения активной кислотности. Органолептические показатели оценивались в соответствии с требованиями ГОСТ 34352-2017Сыворотка молочная–сырье. Технические условия. Для определения водорастворимых витаминов использовали метод, указанный в общей фармакопейной статье (ОФС) – ОФС.1.2.3.0017.15 Методы количественного определения витаминов.

С целью обеспечения сходимости результатов, все экспериментальные исследования проведены в двух повторностях.

Состав молочной сыворотки зависит от вырабатываемого продукта. В таблице 1 представлен химический состав разных видов молочной сыворотки[12].

Таблица 1 – Химический состав молочной сыворотки

Показатели	Молочная сыворотка
	подсырная	казеиновая	творожная
Сухое вещество, %	4,5-7,2	4,5-7,5	4,2-7,4
Лактоза, %	3,9-4,9	3,5-5,2	3,2-5,1
Белок, %	0,5-1,1	0,5-1,5	0,5-1,4
Минеральные соли, %	0,3-0,8	0,3-0,9	0,5-0,8
Кислотность, Т	15-25	50-120	50-85

Из данных таблицы 1 видно, что сыворотки имеют примерно одинаковые показатели. Однако подсырная сыворотка в отличие от казеиновойитворожнойотличаетсяпоказателемтитруемойкислотности. В творожной сыворотке этот показатель в четыре раза выше, чем в подсырной, что ограничивает её использование для производства напитков. Из этого следует, что для производства безлактозного напитка следует отдавать предпочтение подсырной сыворотке.

Также для расщепления лактозы в сыворотке применяли стандартизированный жидкий ферментный препарат β-галактозидазы «Ha-Lactase-2100».

Результаты исследований

Приготовление напитка проводили в два этапа. Для сохранения качества подсырной сыворотки на начальном этапе ее подвергали пастеризации при температуре 90 ±5 °С в течение 10 минут. Затем сыворотку охлаждали до температуры 40 °С и вносили фермент для расщепления лактозы. После чего выдерживали смесь в течение 2 часов. Полученный продукт фильтровали и снова проводили пастеризацию.

На втором этапе добавляли настой шиповника и экстракт мяты, перемешивали. Для приготовления настоя из шиповника необходимо 20 г вымытых сухих плодов залить двумя стаканами кипятка и прокипятить в закрытой эмалированной или фаянсовой посуде в течение десяти минут. После этого настой следует оставить настаиваться в течение десяти-восемнадцати часов, процедить через два-три слоя марли и отжать оставшиеся плоды [11].

В таблице 2 приведена рецептура безлактозного напитка на основе молочной сыворотки. Оптимальное соотношение компонентов определяли экспериментально, учитывая дегустационную оценку продукта.

Таблица 2 – Рецептура безлактозного напитка на основе молочной сыворотки с настоем шиповника и экстрактом мяты на 1000 г продукта

Наименование компонента	Ед. измерения	Количество
Сыворотка молочная	мл	800
Настой шиповника	мл	100
Экстракт мяты	мл	8
Сахар	гр	92

В рецептуру внесен ферментный препарат дозировкой 0,15%±0,02 от массы продукта. Оптимальная дозировка фермента β-галактозидазы «Ha-Lactase-2100» установлена экспериментально путём подбора условий, обеспечивающих эффективное снижение содержания лактозы в готовом продукте.

Готовый продукт обладал приятным молочным вкусом, легкой текстурой, с незначительным осадком ягод шиповника. Проведены физико-химические исследования контроля качества готового продукта, которые представлены в таблице 3.

Таблица 3 – Физико-химические показатели готового продукта

Наименование показателя	Безлактозный напиток на основе молочной сыворотки
Титруемая кислотность, 0Т	26±0,3
рН	5,5±0,25
Массовая доля лактозы, %	0,1±0,01

Основываясь на данных ТР ТС «О безопасности молока и молочной продукции» (ТР ТС 033/2013), продукт классифицируется как безлактозный при содержании лактозы не более 0,1 г на 1 дм³. Исходя из полученных значений таблицы 3 видно, что данный продукт соответствует требованиям ТР ТС 033/2013 и его можно классифицировать как безлактозный напиток.

Используя метод ОФС.1.2.3.0017.15 Методы количественного определения витаминов, определено содержание водорастворимых витаминов в продукте (таблица 4).

Таблица 4 – Содержание водорастворимых витаминов, мкг/100 г

Показатель	Значения
Аскорбиновая кислота (витамин С)	134±0,1
Пантотеновая кислота (витамин В5)	302±0,1
Пиридоксин (витамин В6)	359±0,1
Никотиновая кислота (витамин РР)	15±0,1
Тиамин (витамин В1)	34±0,1
Фолиевая кислота (витамин В9)	67±0,1
Рибофлавин (витамин В2)	98±0,1

Продукт содержит в себе достаточное количество пантотеновой, фолиевой кислоты, пиридоксина и рибофлавина, которые играют ключевую роль в обмене веществ, поддержании энергии и здоровье нервной системы.

Выводы

Разработка безлактозного напитка на основе молочной сыворотки с добавлением растительных компонентов является эффективным направлением переработки вторичных молочных ресурсов.

Реализация технологии ферментативного гидролиза лактозы с внесением растительных компонентов обеспечит функциональным продуктом широкий круг потребителей.

Предложенная модель по централизированной переработке молочной сыворотки в Свердловской области может послужить основой для развития регионального молочного комплекса, снизить негативное воздействие на окружающую среду, а кроме того, сформировать линейку инновационных продуктов питания.