3.1 Обработка ферментными препаратами

Применение ферментов значительно увеличивает скорость химических превращений, что позволяет сократить продолжительность многих технологических процессов. С помощью ферментов может быть обеспечена также определенная направленность процессов при получении ценных компонентов продуктов питания.

Для гидролиза лактозы используют фермент β-галактозидазу. В результате гидролиза плохо растворимый и несладкий молочный сахар (лактоза) превращается в более сладкую и хорошо растворимую смесь моносахаров (глюкозы и галактозы), что позволяет широко использовать фермент для производства пищевых и кормовых продуктов.

С₁₂ Н₂₂ О₁₁ + Н₂ О = С₆ Н₁₂ О₆ + С₆ Н₁₂ О₆

лактоза глюкоза галактоза

В результате гидролиза в моносахара превращается до 50—70% лактозы, увеличиваются сладость и усвояемость готового продукта.

Натуральная МС содержит значительное количество ароматических соединений. Технологическая обработка и гидролиз увеличивают их количество, что благоприятно отражается на возможности использования в хлебопечении, производстве безалкогольных напитков и других пищевых продуктов.

Гидролиз белков МС до пептидов и аминокислот осуществляется для повышения биологической ценности и качества (прозрачность и отсутствие осадка) продуктов. Наиболее эффективны следующие протеолитические ферменты: протеазы Actinomyces vulgaris (88% гидролиза), трипсин (76), протофрадин и панкреатин (67), куриный пепсин (54), протоальбин (47). В процессе гидролиза в МС изменяется количество аминокислот. В гидролизованной МС содержится весь набор аминокислот, заметно увеличивается их содержание в сравнении с исходной сывороткой, особенно лейцина и глутаминовой кислоты. Появляются оксиаминокислоты (серин, треонин), двухосновные (гистидин, аргинин), а также ароматические и серосодержащие аминокислоты.

Из такой МС готовят сгущенные и сухие обогащенные концентраты. В производстве молочного сахара гидролиз белков позволяет улучшить его качество и стабилизировать технологический процесс. На основе ферментации МС можно приготовить белковые гидролизаты для микробиологических питательных сред (Кунижев, Шуваев, 2004).

3.2 Мембранные методы

Мембранные методы можно разделить на два основных: гиперфильтрация (микрофильтрация, ультрафильтрация, обратный осмос) и электродиализ. К мембранным относят также условно ионный обмен, гель-фильтрацию, сорбцию-десорбцию. Основаны эти методы на свойствах МС как гетерогенной системы с четко выраженной селективность компонентов по молекулярной массе, размерам и ионной силе. Наибольший интерес представляют гиперфильтрация, электродиализ и обратный осмос. Ионный обмен и гель-фильтрация широкого применения пока не нашли.

Основной деталью мембранных установок являются специальные полупроницаемые мембраны с различным диаметром пор, соизмеримых с молекулами находящихся в растворе компонентов. В зависимости от диаметра пор мембраны происходит разделение находящихся в растворе компонентов: компоненты с размерами менее диаметра пор проходят через мембрану, а компоненты с большими размерами задерживаются. Получаются два раствора с различными компонентами.

Гиперфильтрация – физический способ разделения растворов через полупроницаемую перегородку с порами от 1 до 1000 нм. Процесс основан на принципе обратного осмоса. Часть компонентов раствора и растворитель за счет давления проходит через мембрану, другая (белки) задерживается. Происходит концентрация раствора.

Проницаемость всех видов мембран во время работы снижается, что обусловлено концентрационной поляризацией (слой раствора с повышенной концентрацией на поверхности фильтра). Осмотическое давление и гидродинамическое сопротивление увеличиваются. Для уменьшения этого эффекта раствор перемешивают или резко увеличивают скорость его прохождения через мембрану.

Достоинства мембранных способов:

o возможность направленного регулирования состава и свойств при небольших энергетических затратах;

o создание новых продуктов с пониженной калорийностью и высокой биологической ценностью;

o рациональное использование МС (малоотходные процессы).

В зависимости от пористости мембраны и эффективности разделения выделяют виды гиперфильтрации:

· Микрофильтрация – разделение суспензий и коллоидных растворов. Диаметр пор 100-1000 нм. Используется для холодной стерилизации.

· Ультрафильтрация – для разделения растворов высокомолекулярных веществ, когда осмотическое давление пренебрежимо мало по сравнению с рабочим давлением. Диаметр пор 10-100 нм. Давление – 1-10 атм. Мембрана задерживает только ВМС (белки) и пропускают вещества, образующие истинный раствор (соли, лактоза). Белки сохраняют свои нативные свойства.

· Обратный осмос. Разделить ВМС и НМС трудно, деление это часто условно, поэтому нельзя четко разграничить процесс ультрафильтрации и обратного осмоса. В обоих случаях требуется преодолевать осмотическое давление раствора, т. к. растворитель переносится в направлении, противоположном возрастанию концентрации растворимого вещества. Практически обратный осмос сводится к сгущению раствора. Преимущество его – возможность проведения процесса при любых температурах, меньшие энергетические затраты и расход тепловой энергии. Это особенно важно при выработке пищевых продуктов, где выпаривание при повышенных температурах приводит к нежелательным последствиям.

Электродиализ – один из эффективных способов деминерализации МС. Суть процесса – селективная ионитовая мембрана, находясь в контакте с раствором, под влиянием электрического поля пропускает ионы одного заряда и служит барьером для ионов противоположного заряда.

При пропускании постоянного электрического тока катионы солей из МС перемещаются к катоду, анионы – к аноду. Ионы переходят через мембрану в рабочий раствор. Дальнейший путь катионов к катоду преграждает анионная мембрана, а анионов к аноду – катионная. Они накапливаются в рабочем растворе. МС обессоливается, а рабочий раствор концентрируется.