Технологии

Современное обеспечение водоподготовки в технологии восстановленного молока

А.В. Бигаева, ФГБНУ «Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН; С.Н. Туровская, ФГАНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт молочной промышленности»
В настоящее время наблюдается резкое увеличение химического и бактериального  загрязнения источников пресной воды в промышленно развитых регионах, что неизбежно сказывается на санитарно-гигиенических и микробиологических показателях как сырья  для пищевых производств, так и готовой продукции, полученной на его основе,  в т.ч. восстановленного молока. В то же время тяжелые климатические условия обширных территорий России не позволяют разводить крупный рогатый скот молочного направления, вследствие чего отдаленные регионы могут испытывать дефицит в социально важных натуральных продуктах животного происхождения. Во избежание этого отечественные предприятия молочной промышленности используют сухие молочные продукты (СМП), в частности сухое молоко. Молоко-сырье для получения высококачественной продукции должно отвечать требованиям безопасности и при этом обладать определенными физикохимическими и технологическими качествами. При этом восстановление сухого молока  и производство молочных продуктов на его основе полностью зависят от качества  используемой воды. Совершенствование систем контроля качества на пищевых  производствах привело к выявлению отрицательных аспектов классических схем  водоподготовки, таких как появление дисбаланса в организме человека при длительном использовании «очищенной» воды, увеличение количества сточных вод и др.  Этим обосновывается необходимость постоянных разработок новых рациональных  методов подготовки питьевой воды.
27.03.2020

Человечество вышло на новый уровень развития – общество потребителей, бездумно расходующих природные ресурсы, в т.ч. пресную воду, запасы которой небезграничны. Из года в год потребление воды растет в связи с естественным ростом численности населения и соответствующим усилением промышленного сектора. Отработанные водные ресурсы, загрязненные токсическими соединениями и патогенными микроорганизмами, часто без предварительной очистки попадают в окружающую среду, где поражают наземные и подземные источники пресной питьевой воды. В то же время качество и безопасность питьевой воды – основополагающие критерии получения высокоценных пищевых продуктов. 

Молоко – незаменимый продукт животного происхождения в рационе человека, обладающий много компонентным сбалансированным составом. Для его получения в крупных промышленных объемах нужны определенные климатические условия, которые недоступны для большой площади территории России. Регионы с неразвитым молочным животноводством для обеспечения населения полноценными продуктами питания целесообразно снабжать сухими молочными продуктами, в т.ч. сухим молоком. При этом качество воды, применяемой для восстановления сухих молочных продуктов, играет огромную роль в формировании качества готовых продуктов и продолжительности их хранения [1]. 

На пищевые предприятия вода поступает либо из централизованной водопроводной сети, либо частных артезианских скважин. При этом качественные показатели воды должны соответствовать требованиям СанПиН 2.1.4.1074–01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения», представленным в таблице [2–4]. Более строгие требования применяют к воде в производстве продуктов детского питания, в т.ч. детских молочных смесей: вода должна добываться из подземных водоисточников, надежно защищенных от биологического и химического загрязнения. На всех этапах подготовки воды, предназначенной для детей, запрещено использовать препараты хлора и серебра для ее обеззараживания [3, 5].

В зависимости от вида источника, назначения воды и предъявляемых нормативных требований подбираются методы и системы водоподготовительного оборудования [2, 4, 6].  Первым этапом на производстве является очистка воды от грубых механических примесей отстаиванием либо фильтрацией. Удаление взвешенных частиц позволяет улучшить органолептические свойства воды, при этом из нее удаляется часть микроорганизмов. Этот этап позволяет повышать эффективность всех последующих методов и предохраняет от быстрого износа дорогостоящее оборудование. Далее встают задачи умягчения, обезжелезивания, деманганации, деминерализации, обеззараживания воды [3]. Наиболее популярными методами водоподготовки являются химические или реагентные методы: применение хлора и его производных, солей железа и алюминия, перманганата калия, озона и т.д. Данные методы являются надежными в плане обеззараживания, они высокоэффективны. Однако образующаяся в процессе очистки взвесь требует последующей фильтрации воды – дополнительного технологического этапа. При этом выявлено, что хлорирование воды способствует образованию канцерогенных хлорорганических соединений, угрожающих здоровью потенциальных потребителей [7]. Наиболее безопасным химическим методом очистки является озонирование воды. Для корректировки многочисленных физико-химических показателей воды применяют различные фильтры засыпного типа.

С целью осветления воды в качестве  фильтрующего материла используют кварцевый песок, обезвоженный алюмосиликат, гидроантрацит и т.д. Окислительные фильтры с марганцевым цеолитом либо искусственным сорбентом, содержащим активный диоксид марганца, обладающий высокой удельной поверхностью, применяют для вывода из воды соединения марганца и железа, растворенного сероводорода. Побочные эффекты химической обработки позволяют убрать адсорбционные фильтры на основе активированного угля либо цеолитов и искусственных сорбентов и ионообменные фильтры на основе синтетических смол [6, 8]. Современными исследованиями показано, что в качестве сорбентов в водоподготовке могут быть использованы отходы пищевых производств (отходы переработки гречихи, подсолнечника, риса и т.д.), что позволяет решать вопрос их утилизации [3].  Качественную деминерализацию воды позволяют произвести мембранные методы: электромембранные и баромембранные. Эти методы являются наиболее экологичными [3]. К электромембранным методам относятся электродиализ с ионообменными мембранами и электроионирование. Процесс переноса ионов через мембрану в них основан на изменении градиента электрического потенциала. К баромембранным методам относятся обратный осмос, ультрафильтрация, микрофильтрация, основанные на действии гидравлического давления. Существует исследование, показывающее, что под воздействием повышенного давления при применении мембран с диаметром 1 нм, возможно изменение нативной химической структуры воды – разрыв межмолекулярных водородных связей [9]. При этом аппаратурное оформление обратного осмоса является более сложным, нежели аппаратурное оформление электродиализа.  

К современным и популярным методам водоподготовки следует отнести термические методы обработки (вымораживание), магнитную обработку, кавитацию, радиолиз [2, 3]. Значительное влияние на качество восстановленного молока и молочных продуктов оказывает жесткость воды. В жесткой воде процесс растворения сухого молока протекает медленнее. Вместе с тем повышенное содержание ионов кальция и магния снижает устойчивость белков в восстановленном молоке. Также неконтролируемое содержание нитратов, сульфатов и хлоридов может негативно сказываться на органолептических показателях восстановленных молочных продуктов. Исследованиями установлено, что от нежелательных составляющих компонентов воды можно избавиться, применяя метод разделительного вымораживания при значениях температуры от –5 до –2 ºС в зависимости от количества воды [10]. 

Магнитная обработка сегодня широко распространена в пищевой отрасли. Она применяется для предотвращения накипеобразования, интенсификации процесса коагуляции и кристаллизации, для усиления бактерицидного действия дезинфекантов [11]. Механизм воздействия магнитного поля на воду в настоящее время окончательно не выяснен [3, 11]. К преимуществам магнитной обработки относятся простота, экономическая доступность, безопасность.  Альтернативой магнитной обработке воды может служить кавитация [3, 11]. Под кавитацией пони- мают образование в жидкости полостей – кавитационных пузырьков – заполненных газом, паром или их смесью. Эти пузырьки захлопываются с образованием ударной волны при понижении давления в жидкости при увеличении ее скорости либо при прохождении акустической волны большой интенсивности. Как и магнитная обработка, кавитация остается актуальной темой дальнейших исследований в области
 ультразвуковой сонохимической водоподготовки [12]. Но уже сейчас доказано, что кавитация способствует интенсификации процессов производства восстановленных продуктов переработки молока. Под воздействием ультразвукового капиллярного эффекта происходит более полное и краткосрочное набухание белков молока, в результате чего снижается индекс растворимости сухого молока [13]. Еще одним перспективным методом водоподготовки является радиолиз. Радиолиз предполагает под собой воздействие на воду электронов с высокой энергией (300–500 кЭв). Это воздействие универсально для всех компонентов воды. Радиолиз позволяет обесцвечивать, дезодорировать, обеззараживать воду одновременно [3].

2020-03-28.png

При совершенствовании технологий водоподготовки не следуют игнорировать вопросы качества сухих молочных продуктов. Помимо традиционно регламентируемых показателей, сегодня научное сообщество широко дискутирует вопросы, связанные с функционально-технологическими показателями и термодинамическими характеристиками сухого молока. С развитием современных методов ДНК-технологий стало возможно также прогнозирование рациональных направлений его переработки [14]. Внедрение тех или иных методов или их многовариантного комбинирования в технологиях молочной промышленности определяется эффективностью и рентабельностью производства продукции. Конкретное технологическое решение подбирается индивидуально с учетом условий данного предприятия. В целом анализ научных работ показал необходимость водоподготовки и дальнейшее развитие ее технологий.  

Литература: 

1. Галстян А.Г. Водоподготовка – фактор повышения экономической эффективности предприятий / А.Г. Галстян, В.В. Червецов, С.Н. Туровская и др. // Молочная промышленность. – 2011. – № 2. – С. 58–60. 

2. Turovskaya S.N. Water microelement composition influence on the efficiency of the milk powder dissolution process / S.N. Turovskaya, A.N. Petrov, I.A. Radaeva et al. // Food systems. – 2019. – V. 2. – № 1. – Р. 9–15. 

3. Краснова Т.А. Водоподготовка в пищевой промышленности / Т.А. Краснова // Техника и технология пищевых производств. – 2018. – Т. 48. – № 1. – С. 15–30. 4. Радаева И.А. К вопросу зависимости эффективности процесса гидратации сухого молока от качества пищевой воды / И.А.Радаева,
 Е.Е. Илларионова, С.Н. Туровская и др. // Переработка молока. – 2019. – № 10. – С. 62–65. 5. Севостьянова Е.М. Технология розлива минеральных вод для детского питания / Е.М. Севостьянова // Пиво и напитки. – 2012. – № 6. – С. 32–33. 6. Фролов Г.А. Системы водоподготовки в производстве восстановленных молочных продуктов / Г.А. Фролов, А.Г. Галстян, А.Н. Петров // Пищевая промышленность. – 2008. – № 3. –
 С. 42–43. 7. Дрововозова Т.И. Технология водоподготовки для регенерации сухого молока / Т.И. Дрововозова // Известия вузов. Северокавказский регион. Серия: Технические науки. – 2005. –
 № 4. – С. 118–119.
8. Семипятный В.К. Водоподготовка – элемент технологий производства пищевых продуктов / В.К. Семипятный, С.Н. Туровская, Е.Е. Илларионова // Актуальные вопросы индустрии напитков. – 2017. – № 1. – С. 110–111. 

9. Краснова Т.А. Применение электродиализа в процессах водоподготовки / Т.А. Краснова, А.Г. Семенов // Достижения науки и техники АПК. – 2009. – № 4. – С. 66–67. 

10. Короткая Е.В. Особенности очистки воды разделительным вымораживанием для производства восстановленного молока / Е.В. Короткая, И.А. Короткий, А.В. Учайкин // Техника и технология пищевых производств. – 2018. – № 3. – С. 133–139. 

11. Галстян А.Г. Нетрадиционные способы подготовки воды для растворения сухих продуктов / А.Г. Галстян, А.Н. Петров // Молочная промышленность. – 2006. – № 10. – С. 66-67. 

12. Шестаков С.Д. Ультразвуковая сонохимическая водоподготовка / С.Д. Шестаков, О.Н. Красуля, Я.А. Артемова и др. // Молочная промышленность. – 2011. – № 5. – С. 39–43. 

13. Попова Н.В. Водоподготовка в технологии восстановленных продуктов переработки молока как фактор их качества / Н.В. Попова // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Пищевые и биотехнологии. – 2014. – № 4. – С. 27–35. 

14. Бигаева А.В. Термоустойчивость молока коров с разными генотипами к-казеина / А.В. Бигаева, Х.Х. Гильманов, С.В. Тюлькин, Р.Р. Вафин, А.Г. Галстян // Пищевая промышленность. – 2019. – № 10. – С. 59–61.

Источник: журнал "Переработка молока". 2020. № 1.