Исследование процесса сушки наноконцентратов творожной сыворотки

Одним из классических и наиболее распространенных способов переработки молочной сыворотки в настоящее время является сушка. Однако, пониженное содержание сухих веществ в сыворотке вызывает увеличение затрат на единицу готового продукта, а в случае с творожной сывороткой ситуация осложняется высоким содержанием молочной кислоты и минеральных веществ, значительно затрудняющих процесс сушки [1]. К негативному воздействию минеральных солей и молочной кислоты, следует также отнести ухудшение органолептических свойств сухого продукта, что резко ограничивают область его применения. Тем не менее, присутствие в творожной сыворотке компонентов высокой пищевой ценности и современные технологии, в особенности мембранные, открывают широкие возможности в ее переработке.

Среди мембранных методов концентрирования творожной сыворотки, одним из наиболее перспективных является нанофильтрация. Применение данного метода в технологии переработки творожной сыворотки, помимо энергосбережения, способствует достижению хороших органолептических показателей.

Процесс сушки наноконцентратов творожной сыворотки практически не изучен, а информация по данному вопросу, представленная в литературных и электронных источниках, носит обзорный характер, что обуславливает острую необходимость экспериментального исследования упомянутого процесса.

Цель экспериментального исследования - определение основных закономерностей и отличительных особенностей процесса сушки наноконцентратов творожной сыворотки по сравнению с обратноосмотическими концентратами.

Для выработки нано- и обратноосмотических концентратов использовалась творожная сыворотка, получаемая при производстве творога обезжиренного на ОАО «Учебно-опытный молочный завод» Вологодской государственной молочнохозяйственной академии имени Н.В. Верещагина». Основные физико-химические показатели творожной сыворотки приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные физико-химические показатели творожной сыворотки

Выработка наноконцентратов творожной сыворотки осуществлялась по следующей схеме: Нанофильтрация -> Диафильтрация -> Нейтрализация. Нанофильтрация и диафильтрация осуществлялись на НФ-установке с активной площадью мембраны 2м2 и молекулярной массой отсечки 200 Дальтон, при давлении 25 бар и температуре 40 ± 1°С. Полученные наноконцентраты нейтрализовались до pH 6,5. Проведение данных операций, по специально разработанной технологии, позволяет получать наноконцентраты с высокими органолептическими показателями [2]. Обратноосмотические концентраты были получены при температуре 40 ± 1°С и давлении 25 бар, в данном случае была использована обратноосмотическая мембрана марки SW30-2540-F фирмы FilmTec.

Основные физико-химические показатели концентратов творожной сыворотки представлены в таблице 2.

Таблица 2. Основные физико-химические показатели концентратов творожной сыворотки

Сушка концентратов осуществлялась в сушильном шкафу в изотермических условиях, при температуре среды 90 °C. Данная температура является наиболее оптимальной для выявления форм связи влаги с продуктом.

Кривые кинетики сушки концентратов творожной сыворотки представлены на рисунке 1. Процесс высушивания протекает в три основных периода: первый - период возрастающей скорости сушки (В-С); второй - период постоянной скорости сушки (С-D); третий - период убывающей скорости сушки (D-Е). Отрезок A-В характеризует прогрев продукта; В-С - соответствует удалению свободной влаги, содержание которой в нано- и обратноосмотическом концентрате практически совпадает; отрезок С-D характеризует удаление осмотически связанной влаги; D-E - характеризует удаление адсорбционно связанной влаги.

Анализ кривых кинетики сушки концентратов творожной сыворотки позволяет выявить следующие отличия процесса обезвоживания наноконцентратов в сушильном шкафу:

• -    скорость удаления осмотически связанной влаги из наноконцентратов более высокая, а содержание адсорбционно-связанной влаги несколько ниже, что способствует увеличению скорости сушки наноконцентратов в целом;

• -    достижение 8%-ного влагосодержания, в среднем, происходит на 50 минут быстрее, что составляет более 1/3 от всей длительности сушки;

• -    при достижении в наноконцентрате 5%-ного влагосодержания, в контрольном образце концентрата данный параметр превышает 8 %.

Сушка обратноосмотического концентрата характеризуется заметно более низкой скоростью во втором периоде, а также значительным увеличением длительности третьего периода, при необходимости достижения заданного влагосодержания продукта.

Очевидно, что более быстрое удаление влаги из наноконцентратов творожной сыворотки в сравнении с их аналогами, полученными с помощью обратного осмоса, обусловлено их меньшей зольностью и кислотностью.

На основании полученных данных можно сделать следующие выводы:

• •    процесс сушки нано- и обратноосмотических концентратов с массовой долей сухих веществ порядка 20 %, протекает в три основных периода;

• •    скорость сушки наноконцентратов выше, что обеспечивает сокращение длительности процесса высушивания;

• • с точки зрения органолептики, энергосбережения и длительности процесса, нанофильтрация является более эффективным методом концентрирования творожной сыворотки.

Рисунок 1. Кривые кинетики сушки концентратов творожной сыворотки