- Загальні відомості про молочний цукор.
1.1. ПРИРОДА І СИНТЕЗ ЛАКТОЗИ.
Лактоза (молочний цукор) за сучасною номенклатурою вуглеводів відноситься до класу олігосахаридів, а саме дисахаридів (біоз).
Перші відомості про молочному цукрі як складової частини молока зустрічаються в роботі італійського вченого Фабріціо Бертоллета (1633 рік). Випарівая молочну сироватку він отримав з неї «найважливішу сіль молока», яке писав під назвою «манна» - кашки - подібна маса. Молочним цукром отримана речовина назвав Шель, (1780 рік) встановив, що молочний цукор відноситься до вуглеводів, і вніс його в цей ряд під назвою лактоза. Хімічна формула лактози С12 Н22 О11. структурна
Н - С - ОН Н - С - ОН
АЛЕ - С - Н АЛЕ - С - Н
Лактоза містить 12 пов'язаних атомів вуглецю 22 атома водню, 9 гідроксильних атомів, 1 ефірний і 1 карбоксильний. Лактоза може синтезуватися хімічним і біологічним шляхом. Теоретичний хімічний синтез лактози може бути здійснений з рівності С6Н12О6 + С6Н12О6 # 61659; С12Н22О11 + Н2О
глюкоза галактоза лактоза вода
Механізм біологічної освіти лактози в організмі лактуючих тваринного до кінця ще не з'ясував. Якщо запропонувати, що лактоза синтезується в організмі, то єдиним джерелом синтезу її є глюкоза крові, принесена до вимені. Глюкоза просторової перебудовою (галактозогенезом) перетворюється на галактозу. У молоці, крім лактози, міститься інші вуглеводи і їх похідні. З моносахаридів (моноз) молока важливе значення має глюкоза і галактоза, які є структурними елементами молекули лактоза та її гідролізу.
Лактоза відноситься класу активних (відновлюють, редукуючих вуглеводів). Володіючи слабкими кислотними властивостями, вона пов'язує приблизно 2 моля їдкого натру на 1 моль цукру. Різні функціональні групи в структурі лактози зумовлюють її велику хімічну активність. Циклічна форма лактози може переходити в альдегідну.
Глікозидна зв'язок між монози в лактози може бути гідролізований хімічні або ферментотівно. Хімічний гідроліз лактози може бути викликаний дією сильних кислот (наприклад соляної). 1 м лактози, нагрітий до 100 # 61616; С, повністю гідролізується на глюкозу і галактозу протягом 1 год в 100 мл 10% - ної сірчаної кислоти. Гідроліз соляною кислотою може протікати при низькій температурі (нижче 10 # 61616; С) і при нагріванні. Гідроліз лактози здійснюється важче гідролізу сахарози, на практиці вважають, що лактоза стійка в кислих розчинах.
У лужних розчинах лактоза окислюється до сахаріновим кислот, а потім осмоляется - буріє. Лужний розпад лактози носять енольний характер а швидкість його залежить від температури. В результаті нагрівання лактоза і його водні розчини значно змінюються, що визначає хімізм технологічних режимів. Кристали α - гідрату при нагріванні до 87 # 61616; З починають плавиться, при 100 # 61616; З поступово втрачає кристалізаційну воду, а при 110 # 61616; З стає безводними.
Підвищення температури, лужна реакція середовища, збільшення концентрації, наявність іонів міді та заліза прискорюють утворення меланоидинов з цукру, в тому числі і з лактози.
При виробництві молочного цукру мелоноідіновая реакція повинна бути по можливості виключена.
Лактоза порівняно легко піддається дії ферментів продукуються мікроорганізмами. Розпад лактози здійснюється під дією лактази, що продукується стінками кишечника і мікроорганізмами, при чому фермент діє на α - і β форми лактози.
Теоретично за кількістю молочної кислоти в молоці можна судити про ступінь розкладанні лактози. Спрямований гідроліз лактози до моноз здійснюється так само ферментом β - галактозидази. Лактоза не розщеплюється ферментом пивних і хлібних дріжджів. На реакції бродіння лактози основа на виробництво кисломолочних продуктів, сирів. При отриманні молочного цукру бродіння необхідно виключити.
1.3. ВИКОРИСТАННЯ МОЛОЧНОГО ЦУКРУ.
Виробляється промисловістю молочний цукор використовують при приготуванні медичних препаратів і в харчовій промисловості. Залежно від споживачів молочна промисловість виробляти молочний цукор трьох видів:
для медичних препаратів рафінований;
для антибіотиків, на технічні цілі та для рафінації та дезодорації - цукор - сирець;
для харчової промисловості - очищений, або харчовою.
Використання при виробництві
При виготовленні медичних препаратів молочного цукру використовують в якості інертного наповнювача, розріджувача або активного компонента. В цьому випадку абсолютно чистий інгредієнт - рафінований, що не впливає на лікувальні властивості препарату. Вимоги якості обумовлюються в спеціальної статті Державної фармакопеї.
Складання середовищ для ферментації.
При виробництві антибіотиків одним з головних компонентів середовищ для ферментації є молочний цукор - сирець або крісталлізат молочного цукру (45% лактози). Таке застосування молочного цукру обумовлено тим, що він, повільно зброджуючи, підтримує реакцію середовища, бажану для розвитку антибіотиків. Цукор повинен бути стійким при зберіганні і мати стандартний склад без сторонніх включень і домішок (особливо білків і солей важких металів).
Використання в харчовій промисловості.
Молочний цукор в харчовій промисловості застосовують при виробництві деяких видів карамелі, помадки, шоколаду та інших кондитерських виробів. Лактоза стабілізує і покращує їх забарвлення, смак і запах.
У молочноконсервної промисловості лактозу застосовують як затравки для кристалізації при виробництві згущеного молока. Використовують «рафінований молочний цукор, ретельно подрібнений в тонкий порошок, який просівають через сито не менш ніж 200 меш, тобто з 80 осередками на 1 пог. сита ».
Доведено, що існує зворотна залежність між кількістю затравки і розміром кристалів лактози в згущеному молоці.
Рафінована лактоза для виробництва згущених молочних консервів повинна відповідати наступним вимог:
Розмір кристалів для затравки до 3 - 4 мкм обумовлений тим, що максимальні кристали лактози в молочних консервах рівні 10 - 25 мкм.
II. ТЕХНОЛОГІЧНІ СХЕМИ ОТРИМАННЯ молочного ЦУКРУ.
Технологічні схеми отримання кожного виду молочного цукру включають сукупність прийомів і методів з видалення із сироватки несахаров (баластних речовин). Для виділення молочного цукру необхідно пересичені розчини лактози, що досягається шляхом згущення сироватки. Кристалізація лактози з зневодненням отриманих кристалів центрифугуванням і сушкою забезпечує отримання готового продукту. При необхідності проводять повторну кристалізацію лактози або поліпшують очистку на стадіях технологічного процесу.
2.1 ВИРОБНИЦТВО молочного ЦУКРУ - сирцю З ОЧИЩЕНОЇ СИРОВАТКИ.
Первісна технологічна схема отримання молочного цукру - сирцю включала вогневу випарки сироватки з наступним виділенням і відділенням кристалів шляхом пресування. Для здійснення процесу використовували котел і важільний прес. Потім Г. Кутирін # 61531; 78 # 61533; впровадив схему з випарюванням сироватки у відкритих котлах з кристалізацією лактози в цебра, відділенням кристалів відшаруванням і сушінням їх в сушарках з вогневим підігрівом. Процес удосконалили Чебатарьов (1934) і співробітники Ленінградського хіміко-технологічного інституту молочної промисловості, запровадивши випарювання в концентраторах А. Фіалкова.
А. Розанов # 61531; 34 # 61533; розробив промислову схему виробництва цукру - сирцю з включенням спеціального устаткування: підігрівачів, вакуум-апаратів, центрифуг, фільтр - пресів і вакуум-сушарок. За результатами розробки поточно-механізованої лінії виробництва молочного цукру-сирцю (А. Фіалков і І. Нейштадт, 1959) були створені ванни для відварювання альбуміну, сушарки, кристалізатора.
Внесення реагентів здійснюють для коагуляції білків. Їх вносять у нагріту сироватку для підкислення подсирочной сироватки до 30 - 35 # 61616; Т і розкислення її до сирної сироватки до 10 - 15 # 61616; Т.
Сироватку підкисляють молочною кислотою, яка утворюється в процесі бродіння лактози. Кислотність спеціально приготовленої кислої сироватки сягає 150 - 200 # 61616; Т, або 1500 г молочної кислоти на 100 л. Для підкислення можна так само використовувати соляну і трихлоруксусную кислоту. Сірчана кислота утворюється з солями кальцію нерозчинні сполуки, що знижує ефективність випарювання.
Підкислення кислої сироватки і соляною кислотою за ефективністю видалення білка рівноцінні. Однак кислу сироватку слід попередньо приготувати і на утворення молочної кислоти витрачається лактоза, що погіршує вихід готового продукту. Для підкислення 1 т перероблюваної сироватки потрібно 150 - 200 л кислої. Підкислення 1 т сироватки кислої, виходячи із втрат лактози, обходиться в 1 р. 70 к. (Л. Соколова, 1955). Крім того, ємність ванн або танків для приготування кислої сироватки становить зазвичай 5 - 10 т, тобто вони займають значну площу.
При підкисленні соляною кислотою на 1 т сироватки потрібно більше двох літрів (33% -ної концентрації). Її вартість (Углицький виробничо - експериментальний завод) становить 8 коп. При використанні соляної кислоти не витрачається молочний цукор. Широке поширення соляної кислоти в промисловості, незважаючи на її явну перевагу перед кислою сироваткою, стримується труднощами при її внесення в сироватку, що пов'язано з токсичністю кислоти.
Під сирну сироватку можна підкисляти меласою, отриманої від попередніх виробок (Кобринський завод Брестської області, І. Гнатюк). При цьому не потрібно спеціальних реагентів і використовується частина лактози, що міститься в мелясі. Бажана кислотність сироватки після підкислення меласою дорівнює 20 - 25 # 61616; Т.
Сироватку раскисляют розчинами лугів NaOH, Ca (OH) 2. Na2 CO3.
При раскислении вуглекислим натрієм сироватка в процесі переробки сильно спінюється, що обмежує його застосування в промисловості. Гідроокис кальцію також не знайшла широкого поширення в промисловості, що пояснюється трудомісткістю приготування вапняного молока. Крім того, в цьому випадку крісталлізат має тенденцію до загустіння, а на гріючої поверхні вакуум - апарату з'являється значний осад у вигляді молочного каменю.
Випробування кислотно-лужного способу (HCl + NaOH) очищення сироватки, проведені на Углицькому виробничо експериментальної заводі, раніше який використав кислотної (HCl) і соляно-вапняний способи, показники, що в якості молочного цукру не знижується, а в порівнянні із застосуванням кислотного способу навіть дещо поліпшується. Крісталлізат зберігає текучу консистенцію, зменшуються відкладення нагару на гріючих поверхнях випарних апаратів.
Поява нагару залежить головним чином від наявності кальцію, тому цікаво простежити за його змінами в процесі коагуляції білкової сироватки.
При раскислении сироватки вапняним молоком кількість кальцію в очищеної сироватці збільшується. Отже, частина кальцію, введеного в сироватку, залишається в розчині сприяючи надалі випарювання опадів на греющую поверхню вакуум-апарату і загустіння кристалізату при зберіганні. Частина кальцію залишається в сироватці після хлоркальциевого способу коагуляції.
Проведені дослідження підтверджують доцільність кислотно-лужного способу коагуляції з використанням для розкислення розчину їдкого натру.
Для внесення лугу рекомендується використовувати установку.
Кількість реагентів, необхідних для зміни кислотної сироватки, можна розрахувати за формулою:
де Кр - кількість реагентів для зміни кислотності сироватки;
Кп - кількість реагентів, на яку необхідно змінити кислотність сироватки;
Кн - величина градусів, на яку необхідно змінити кислотність сироватки;
Кф - величина градусів, на яку змінилася кислотність сироватки а попередньої пробі.
Очищення сироватки здійснюється після після обробки реагентами. Її залишають для відстою пластівців білка на 1 - 1,5 год. Частина пластівців білка спливає (особливо при обробці свіжої сироватки), а частина осідає в конусну частину ванни. Про закінчення відстою судять по прозорості сироватки з урахуванням попередніх виробок. Для контролю можна рекомендувати попередньо спускати сироватку, спостерігаючи за кольором рідини. Зливають сироватку, поступово опускаючи рухливу трубу або через патрубок, встановлений на рівні відстою альбумінів молока.
Після відстою сироватку фільтрують через тканину або центрифугують на очисники # 61531; 167 # 61533 ;. Цикл роботи очищувача залежить від ступеня попереднього відстою (його визначають практично). Зазвичай через один очищувач продуктивність 5000 л / ч можна пропускати до 8 т відстояною сироватки (дві ванни). Слід ретельно стежити за змащенням очисника, так як він працює при підвищених температурах (85 - 90 # 61616; С).
Чистка сироватки збирається в проміжну ємність (танк) з нержавіючої сталі або емальований, звідки направляється на згущення.
Згущення сироватки здійснюють на вакуум-апаратах. Апарат для згущення сироватки під вакуумом повинен бути герметичним з підведенням тепла і видаленням з нього повітря (розрядження) до необхідної температури кипіння. Ступінь розрідження висловлюють величиною абсолютного тиску, або вакууму. Вторинний або соковий, пар, що утворюється при кипінні сироватки, конденсується при зіткненні з холодною водою або стінкою, охолоджуваної водою. Повітря, що надходить в апарат з сироваткою і через нещільності, видаляють пором паровими і і механічними вакуум-насосами. Застосовують випарні апарати тільки з нержавіючої сталі.
Конструкція кристалізатора забезпечує виконання всіх технологічних операцій процесу виділення лактози з сиропу.
Крісталіззат, звільнений від пластівчасті білкового осаду і промитий водою, на центрифугування на центрифуги фільтруючого типу, фактор поділу перевищує 500. У виробництві молочного цукру використовують центрифугу ОЦС фільтруючого типу, періодичної дії з ручною верхньої вивантаженням осаду.