Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета 2011 №1 (26)
Подождите немного. Документ загружается.
Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)
122
Способностью сбраживать лактозу сыворотки и синтезировать молочную кислоту обладают
многие микроорганизм. Наиболее пригодными по кислотоустойчивости и температурным границам
роста являются Lactobacillus bulgaricus и Lactobacillus acidophilus.
Существенный рост молочнокислых бактерий при целенаправленном биосинтезе молочной
кислоты обеспечивали введением в питательную среду динатрийфосфата и поддержанием
оптимального уровня рН в процессе брожения среды. Особенности ведения процесса запатентованы [5].
Технологический процесс переработки молочной сыворотки состоит из следующих стадий:
подготовка молочной сыворотки к сбраживанию, приготовление культуры молочнокислых
бактерий, сбраживание сыворотки, обработка лактатсодержащего раствора, кристаллизация,
промывка и сушка лактата кальция.
Фактический выход из 1 т сыворотки (32 – 49 кг лактозы) лактата кальция в 5-водной форме
влажностью 2 % составляет 28,5 – 31,0 кг и лактата натрия в виде 40 %-ого раствора – 22,0 – 24,0 кг.
В ГУ ВНИИПАКК разработана технология переработки молочной сыворотки с получением лактата
кальция кормового [12]. Он является богатым источником кальция, легко ассимилируемым организмом
животных, разрешен к применению в пищевой промышленности России, в странах Европейского
экономического сообщества и многих других государствах в качестве пищевой добавки (Е 327).
Добавление лактата кальция в корм позволяет активизировать ряд ферментов, способствующих
повышению усвояемости кормов, поддерживать кальциевый пул в биологических жидкостях
в требуемых границах. Особенно эффективно применение этой кормовой добавки для молодняка.
Лактат аммония. Процесс ферментативного преобразования лактозы, содержащейся
в молочной сыворотке, в молочную кислоту и последующее преобразование молочной кислоты в лактат
аммония был запатентован в 1946 г. (Голландия). В 1980 г. фирма «Кейлор» (США) на основе
аммонизированной сгущенной сыворотки начала вырабатывать кормовой продукт «Лакто-Вей» [2].
Технологический процесс производства «Лакто-Вей» состоит из следующих операций: удаление
белков ультрафильтрацией, концентрирование на обратно-осмотической установке в 2,5 – 3 раза (20 –
25 % СВ), пастеризация, охлаждение до температуры заквашивания, заквашивание и сквашивание,
сгущение до 55 – 70 % сухих веществ в вакуум-аппарате, раскисление до рН 6,8 и расфасовка.
Показатели качества готового продукта представлены в таблице 3.
Таблица 3 – Показатели качества кормового продукта «Лакто-Вей»
Содержание, в %
Компоненты
в продукте в пересчете на сухое вещество
Эквивалент сырого белка
Эквивалент сырого белка на безбелковый азот
Молочная кислота
Калий
Натрий
Магний
Фосфор
Кальций
Сера
Сухое вещество
44,00
37,00
37,00
1,20
0,74
0,072
0,44
0,18
0,04
64,00
71,50
60,20
60,20
2,00
1,20
0,12
0,72
0,29
0,07
Готовый продукт обладает повышенной питательной и энергетической ценностью,
длительным сроком хранения. Продукт рекомендуется в качестве белковой добавки в рацион коров
взамен соевой муки. При этом считается, что он по питательной ценности, вкусовым достоинствам
превосходит соевую муку, поэтому расход кормов сокращается на 10 – 15 %.
В России выпускают аммонизированную сгущенную сыворотку в соответствии
с ТУ 49 908-82 с массовой долей сухих веществ 30 и 50 %. Технологический процесс
осуществляется в следующей последовательности: приемка и подготовка сырья, пастеризация,
охлаждение до температуры сквашивания, сквашивание, аммонизация, нагревание, сгущение,
упаковка, маркировка, хранение [10].
Аммонизированная молочная сыворотка предназначена для скармливания в качестве
заменителя обезжиренного молока и в качестве добавки к комбикормам при откорме животных –
свиней и телят, но в таком виде ее нельзя использовать для приготовления сухих комбикормов.
Для этой цели используют концентрат лактатов (ТУ 49 1024-85), который вырабатывают
Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)
123
из творожной аммонизированной сгущенной сыворотки с массовой долей сухих веществ 40 %,
подвергнутой сушке на распылительной сушилке.
Использование лактатов в композиции с молочной кислотой позволяет существенно
повысить микробиологическую безопасность продукции, улучшить ее качество и функционально-
технологические характеристики (патент 2083134 РФ). Эффективно применение лактатов калия,
натрия, кальция, магния, аммония и железа в производстве маргарина или масляной пасты
с невысоким содержанием жира в качестве доноров катионов, способствующих образованию геля
(патент 6165534 США).
Несомненный интерес представляют комплексные лактатсодержащие добавки. К ним
относится новая пищевая добавка «Дилактин-S», разработанная в ГУ ВНИИПАКК (ТУ 9199-065-
00334557-04) совместно с ГНУ ВНИИЖ и ОАО «Нижегородский масложировой комбинат». Есть
надежда, что она будет востребована в производстве майонезов, соусов и приправ [4].
Лактат цинка (биоцинк) – это молочнокислая форма металла, являющаяся наиболее легко
усваиваемой в пищеварительном тракте. В среднем суточная потребность цинка составляет для:
взрослого человека 10 – 20 мг, беременных – до 30 мг, младенца – 3,5 мг, ребенка – 10 мг, подростка –
15 мг. Взрослому человеку, начиная с 35 лет, для профилактики целого ряда серьезных заболеваний
следует начинать прием цинксодержащих препаратов желательно в сочетании с витаминами А и С.
Важная роль цинка – ферментативная – в образовании нуклеиновых кислот и обеспечении
деления и роста клеток, регенерации тканей, особенно коллагенных волокон и скелета. Активно
влияет на иммунитет, обеспечивая синтез иммуноглобулинов и оказывая противомикробное
и противовирусное действие. Биоцинк используют с целью повышения иммунитета при частых
простудных заболеваниях, в период полового созревания юношей, при снижении половой
активности у женщин и мужчин, при кожных заболеваниях (дерматитах, угревой сыпи). Лактат
цинка входит в состав некоторых косметических средств для ежедневной гигиены жирной,
юношеской и проблемной кожи, подавляя чрезмерную выработку себума, матирует кожу.
Лактат железа (биожелезо) – молочнокислое железо – является усваиваемой формой в ЖКТ.
Входит в состав препаратов, предназначенных для восполнения железодефецита в организме
человека. Одним из четырех самых распространенных заболеваний в мире является
железодефицитная анемия, вызванная недостатком железа в продуктах питания.
Свойства солей молочной кислоты (лактатов) – ценных пищевых добавок – позволяют их
использовать, с одной стороны, как регуляторы кислотности и бактерицидных агентов, а с другой,
как носители необходимых организму микроэлементов: кальция, железа, йода, редких
щелочноземельных и других металлов.
Литература
1. Гразби, А. Ежемесячный обзор исследовательского центра компании АДМ за май 2003 г. / А. Гразби // Meat
and poultry. 2003. Т. 10. № 5.
2. Джуенгст, Р. У. Использование сывороточных лактата аммония и лактозилмочевины в качестве кормов для
животных / Р. У. Джуенгст // Получение новых молочных продуктов с помощью новых технологий : тезисы докладов
семинара ММФ. – Атланта, 2001.
3. Молочная
кислота и лактаты в пищевой промышленности / В. В. Евелева, Д. Х. Кулев, Т. М. Черпалова,
И. Н. Филимонова // Пищевая промышленность. 2009. № 2.
4. Евелева, В. В. Применение молочной кислоты и лактатов / В. В. Евелева // Переработка молока. 2005. № 7.
5. Залашко, М. В. Биотехнология переработки молочной сыворотки / М. В. Залашко. – М. : Агропромиздат, 1991.
6. Кулев, Д. Состояние и перспективы развития пищевых добавок в России. Исследования ВНИИ пищевых
ароматизаторов, кислот и красителей / Д. Кулев // Российский продовольственный рынок. 2001. № 4.
7. Пат. 2149188 Российская Федерация, C12P7/56. Способ получения молочной кислоты [Текст] /
Евелева В. В., Гаджиев Э
. А., Филимонова И. Н., Черпалова Т. М. ; заявитель и патентообладатель Всероссийский
научно-исследовательский институт пищевых ароматизаторов, кислот и красителей (ВНИИПАКК). – № 98118734/13 ;
заявл. 13.10.1998 ; опубл. 20.05.2000.
8. Пат. 93032044 Российская Федерация, МКИ А 23 С 21/00. Способ получения концентратов лактатов /
Линд Р. М. ; заявл. 06.07.1993 ; опубл. 27.02.1997.
9. Смирнов, В. А. Пищевые кислоты (лимонная, молочная, винная) / В. А. Смирнов. – М. : Легкая и пищевая
промышленность, 1983. – 264 с.
10. ТУ 49 908-82. Сыворотка молочная аммонизированная. – М., 1982.
11. Филимонова, И. Н. Лактат кальция из молочной сыворотки / И. Н. Филимонова, В. В. Евелева,
Н. П. Кремнева // Молочная промышленность. 1996. № 1. С. 14 – 16.
12. Храмцов, А. Г. Технология продуктов из молочной сыворотки : учеб. пособие / А. Г. Храмцов,
П. Г. Нестеренко. – М. : ДеЛи принт, 2004. – 587 с.
Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)
124
References
1. Grasbee, A. Monthly review of ADM company research center for May 2003. / A. Grasbee // Meat and poultry.
2003. Vol. 10. № 5.
2. Juengst, R. U. The use of whey lactosilcarbamide and ammonia lactate as feedstuff for animals / R. U. Juengst //
Obtaining new dairy products by means of new technologies: theses for MMF seminar reports. – Atlanta, 2001.
3. Lactic acid and lactates in food industry / V. V. Eveleva, D. H. Kulev, T. M. Cherpalova, I. N. Filimonova // Food
industry. 2009. № 2.
4. Eveleva, V. V. The use of lactic acid and lactates / V. V. Eveleva // Milk processing. 2005. № 7.
5. Zalashko, M. V. Biotechnology of whey processing / M. V. Zalashko. – M. : Agropromizdat, 1991.
6. Kulev, D. Status and prospects of food additives development in Russia. Reserches of aromatizants, acids and dyes /
D. Kulev // Russian food market. 2001. № 4.
7. Patent 2149188 RF, C12P7/56. Ways of lactic acid production [Text] / Eveleva V. V., Gadzhiev E. A.,
Filimonova I. N., Cherpalova T. M. , declarant and patent owner is All-Russia SRI of food aromatizants, acids and dyes
(VNIIPAKK). – № 98118734/13 ; declared on 13.10.1998 ; published on 20.05.2000.
8. Patent 93032044 RF МКI А 23 С 21/00. Ways of lactates concentrates production [Text] / Lind R. М. ; declared on
06.07.1993 ; published on 27.02.1997.
9. Smirnov, V. A. Food acids (citric acid, lactic acid, dihydroxysuccinic acid) / V. A. Smirnov. – M. : Light and food
industry, 1983. – 264 p.
10. TS 49908-82. Ammonates whey. – M., 1982.
11. Filimonova, I. N. Calcium lactate from whey / I. N. Filimonova, V. V. Eveleva, N. P. Kremneva // Dairy industry.
1996. № 1. P. 14 – 16.
12. Khramtsov, A. G. Technology of products from whey : textbook / A. G. Khrantsov, P. G. Nesterenko. – М. : DeLi
print, 2004. – 587 p.
УДК 637.522.045:546.212-188
ВЛИЯНИЕ АКТИВИРОВАННОЙ ВОДЫ
НА ФУНКЦИОНАЛЬНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
БЕЛКОВОГО ПРЕПАРАТА «КАТ-ГЕЛЬ 95»
Борисенко А. А., Борисенко Л. А., Моргунова А. В., Митякина Ю. В., Брацихин А. А.
Рассмотрено влияние активированной различными способами воды на основные функционально-
технологические свойства белкового препарата животного происхождения «Кат-гель 95».
The effect of water activated by different methods on the basis of animal origin albuminous preparation «Kat-gel 95»
functional-technological properties has been considered in this article.
Ключевые слова: функционально-технологические свойства, активация, кавитация, белковый препарат.
Key words are: functional-technological properties, activation, cavitation, albuminous preparation.
Широкое применение в современных технологиях мясных продуктов в качестве
функциональных ингредиентов нашли различные белковые добавки, заменители мясного сырья,
белковые обогатители, оказывающие положительное влияние на функционально-технологические
свойства сырья и улучшение качества готового продукта.
Сегодня на российском рынке представлен широкий спектр белковых препаратов животного
и растительного происхождения. На основании аналитического обзора литературных источников,
а так же имеющихся рекомендаций объектом исследования был выбран белковый препарат «Кат-
гель 95» – эффективный эмульгатор, полученный из натурального очищенного коллагенового сырья
фирмой «Gewurz Muhle Nesse» (Германия). По данным разработчиков, он значительно превосходит
растительные белки по биологической ценности и в большой мере отвечает потребностям
организма человека в незаменимых аминокислотах. «Кат-гель 95» обладает
нейтральным запахом
и вкусом. Установлено, что данный белковый препарат способствует значительному снижению
потерь массы мясопродуктов при термообработке, препятствует образованию бульонных
и жировых отеков, благодаря высокой степени гидратации, и соответственно способствует
увеличению выхода готовой продукции.
Имеющийся достаточно большой опыт применения различных активированных жидких
систем при производстве мясных изделий позволил научно и экспериментально обосновать
целесообразность их использования с целью улучшения функционально-технологических свойств
(ФТС) белкового препарата, повышения устойчивости водо-жировых эмульсий в технологии
Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)
125
производства эмульгированных мясопродуктов. Вода в процессе активации приобретает
уникальные свойства, связанные с ее структурными изменениями (на наноуровне), а применение
жидких систем на основе такой воды позволяет осуществлять безреагентное, экологически
безопасное регулирование качественных показателей готовой продукции.
С целью реализации эксперимента по исследованию ФТС белкового препарата «Кат-гель
95», гидратированного различными активированными водами, использовали питьевую
водопроводную воду (ПВ), щелочную фракцию электрохимически активированной воды с рН = 10 –
12 ед. (ЩВ), кавитационно дезинтегрированную (КДВ), а также воду, прошедшую двукратную
активацию путем кавитационной дезинтеграции щелочной фракции электрохимически
активированной воды (ЩВ + КДВ). Электрохимическое активирование жидкой системы
заключается в ее униполярной электрохимической обработке, при которой обеспечивается процесс
ввода электронов в жидкость у катода или отбор электронов из жидкости у анода
электрохимической системы при отсутствии смешивания продуктов электрохимических реакций.
Щелочную фракцию электрохимически активированной воды получали в катодной зоне
биоэлектроактиватора. Кавитационную дезинтеграцию воды проводили на индустриальном
звуковом процессоре «Hielscher Ultrasound Technology UP». В процессе обработки жидкости
на кавитационном дезинтеграторе звуковые волны высокой интенсивности, проникающие
в жидкость, вызывают переменные циклы сжатия и разряжения, степень которых зависит
от частоты ультразвука. В ходе цикла разряжения такие ультразвуковые волны образуют
в жидкости небольшие пустоты. Когда эти пустоты достигнут размера, при котором они больше
не могут поглощать энергию, они разрушаются в ходе цикла сжатия. Вода переходит
в термодинамическое неравновесное состояние, которое характеризуется ее аномально высокой
растворяющей способностью и длится до тех пор, пока полученная энергия постепенно не будет
отдана в виде теплоты гидратации. Физический механизм такой дезинтеграции основан не на
увеличении кинетической энергии молекул воды, как это происходит при нагревании, а на
распространении в воде посредством кавитации периодических деформаций [1, 2].
В задачи исследования входило изучение влияния способа активации воды и водных
растворов на основные функционально-технологические свойства белкового препарата «Кат-гель
95», важнейшими из которых являются: водоудерживающая (ВУС), водопоглощающая (ВПС),
жироудерживающая (ЖУС), жиропоглащающая (ЖПС) и эмульгирующая способности (ЭС),
структурно-механические свойства (СМС).
Установлено, что исследуемый белковый препарат «Кат-гель 95» обладает достаточно
высокими показателями водопоглощающей способности. Однако в различных типах воды белок
ведет себя по-разному. Так, ВПС белка в ЩВ + КДВ составила 673,5 %, а при использовании КДВ –
677,3 %, что в 1,5 раза выше, чем при применении ПВ. Водопоглощающая способность белка в ЩВ
в 1,25 раза больше, чем в ПВ, и составляет 593,3 %. Повышение ВПС гидратированного белкового
препарата щелочной водой является логическим следствием способа ее получения и в частности
пониженной общей жесткостью по сравнению с питьевой водопроводной водой (в 5 раз). Кроме
того, вследствие известной способности гидроксид-ионов взаимодействовать с ионами кальция
и магния с образованием гидроокисей этих металлов происходит освобождение полярных групп
белков, которые и присоединяют дополнительное количество молекул воды. Установлено, что
наибольшей ВПС белок обладает в кавитационно дезинтегрированной воде, которая естественным
образом увеличивает массу белка, поскольку соединяется с ним благодаря действию механизмов,
аналогичных тем, которые имеют место в живой природе [2].
В ходе исследований отмечены также достаточно высокие показатели жиропоглощающей
способности белка, уровень которой составил 191,2 %.
Водоудерживающая способность – важнейшее свойство ограниченно растворимых
белковых
препаратов. На ее основе определяют содержание белковых препаратов в рецептуре, которое будет
обеспечивать необходимые водоудерживающие и реологические свойства фарша, снижение потерь
и брака при технологической обработке, а также однородную консистенцию готового продукта.
Экспериментально установлено, что «Кат-гель 95» обладает высокой водоудерживающей
способностью: 1 г препарата удерживает 12,1 г питьевой воды, 12,8 г щелочной воды
, 13,6 г
кавитационно дезинтегрированной и 13,9 г ЩВ + КДВ.
Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)
126
Анализируя экспериментальные данные, установлено, что использование активированной
воды способствует увеличению водоудерживающей способности белкового препарата
по сравнению с питьевой водопроводной водой. Полученные данные водоудерживающей
способности исследуемого белка «Кат-гель 95» связаны со степенью растворимости и
предопределяют характер образующейся в системе пространственной белковой матрицы,
от которой зависит выраженность функционально-технологических свойств. Поэтому можно
сделать вывод, что кавитационная дезинтеграция – практически безальтернативный способ
подготовки воды к созданию самой прочной химической связи с биополимерами.
Установлено, что значение жироудерживающей способности (ЖУС) исследуемого препарата
составляет 2,04 грамма жира на 1 г препарата.
Одним из важнейших свойств белковых препаратов, используемых в производстве большого
класса мясопродуктов, является эмульгирующая способность. Анализ литературных данных
показывает, что величина эмульгирующей способности главным образом зависит от растворимости
и концентрации белка, величины рН и температуры среды.
При определении эмульгирующей способности белкового препарата готовили серию эмульсий
с содержанием жировой фазы от 10 до 80 %. Перед составлением эмульсий воду подвергали
предварительной активации – электрохимической, кавитационной или двойной (ЩВ + КДВ).
Кроме того, при составлении белково-жировых
эмульсий нами проведена сравнительная
оценка различных способов образования эмульсии:
− традиционный способ (на гомогенизаторе);
− кавитационная обработка (в дезинтеграторе «Hielscher»).
Сравнительный анализ влияния изучаемых способов образования эмульсии на ее
эмульгирующую способность позволил установить, что эмульсии, образованные на кавитационном
дезинтеграторе, отличаются значительно большей стабильностью по сравнению с традиционным
способом (на гомогенизаторе). Следует
отметить, что при каждом способе образования эмульсии
ее стабильность повышается с увеличением содержания жировой фракции в системе. При этом
снижается выпадение белка в осадок, а при содержании жира более 40 % в обоих случаях осадок не
обнаруживается вовсе. При приготовлении эмульсии с применением кавитационной дезинтеграции
системы на аппарате «Hielscher» отделение жировой фракции начинается только при концентрации
масла в системе 60 – 70 %, тогда как при традиционном способе на гомогенизаторе – уже при 10 –
15 %. Отделение жира от эмульсии, полученной гомогенизацией, существенно увеличивается при
концентрации жировой фракции более 50 %, тогда как эмульгирующая способность эмульсии,
полученной кавитационной дезинтеграцией, удовлетворительна при 70 % жира в системе.
Эмульгирующая способность препарата при такой концентрации масла в системе достигает 150 г
жира на 1 г белка для ЩВ и 233 г жира на 1 г белка для ЩВ + КДВ. Это в 3,5 раза больше, чем при
использовании гомогенизатора и питьевой водопроводной воды.
Анализ данных показывает, что белковый препарат «Кат-гель 95» обладает высокой
эмульгирующей способностью, однако эмульсии, полученные на гомогенизаторе, менее стабильны
по сравнению с теми, при составлении которых использовался аппарат «Hielscher».
Условия перехода жидких и жидкообразных систем в гелеобразное состояние имеют важное
практическое значение, так как предопределяют степень выраженности технологических,
структурно-механических и органолептических характеристик готовых изделий. Кинетикой
гелеобразования и свойствами полученных гелей можно управлять, изменяя природу макромолекул
(например, методами химической модификации), а также путем изменения рН, концентрации
гидроколлоидов, ионной силы, ионного состава среды и температуры [3].
Предварительными исследованиями было установлено, что белковый препарат «Кат-гель 95»
обладает высокой гелеобразующей способностью и образует прочные гели при гидратации
питьевой водой в соотношении 1 : 15 – 1 : 17 (по рекомендации фирмы-изготовителя «Gewurz Muhle
Nesse», Германия), а при более высоком уровне гидратации образуются менее прочные гели. Но при
гидратации в ЩВ, КДВ или ЩВ + КДВ прочные гели образуются при гидратации до 1 : 20. Это
можно объяснить тем, что происходит прочное взаимодействие молекул белка (дисперсной фазы)
с активированной водой (дисперсионной средой) за счет наличия дополнительной энергии связи.
Она, по-видимому, и способствует получению более прочных гелей, формированию более
Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)
127
«уплотненного» каркаса. Сшивка молекул происходит на молекулярном уровне за счет наличия
активированных групп (ОН, СООН) в определённых положениях, приводящих к снижению
поверхностной плотности заряда и образованию за счет этого устойчивых ионных комплексов.
Таким образом, установлено, что ФТС белкового препарата «Кат-гель 95», гидратированного
электрохимически активированной и кавитационно дезинтегрированной водой, значительно
отличаются от его свойств, полученных при гидратации питьевой водопроводной водой, и могут
быть широко использованы в мясной отрасли с целью направленного регулирования
технологических характеристик сырья и качественных показателей готового продукта.
Литература и источники
1. Современные способы безреагентного регулирования качественных свойств мясных изделий /
А. А. Борисенко, Л. А. Борисенко, С. Д. Шестаков [и др.] // Мясной ряд. 2007. № 4. С. 22 – 23.
2. Шестаков, С. Д. Управляемая гидратация белка – новая концепция производства безопасных мясных
продуктов / С. Д. Шестаков, О. Н. Красуля // Мясная индустрия. 2007. № 2. С. 20 – 22.
3. Бузанова,
М. И. Разработка технологии мясопродуктов с использованием многокомпонентных
активированных систем и зернобобовой культуры маш : автореф. дис. ... канд. техн. наук / М. И. Бузанова. –
Ставрополь, 2008. – 24 с.
References
1. Borisenko, A. A. Modern methods of meat products qualitative properties control without reagents /
A. A. Borisenko, L. A. Borisenko, S. D. Shestakov // Meat line. 2007. № 4. P. 22 – 23.
2. Shestakov, S. D. Controllable aquation of protein is a new conception of harmless meat products production /
S. D. Shestakov, O. N. Krasulya // Meat industry. 2007. № 2. P. 20 – 22.
3. Buzanova, M. I. Meat products technology development with the use of multicomponent activated systems and
leguminous culture mash : abstract from dissertation …. PhD in technical sciences / M. I. Buzanova. – Stavropol, 2008. – 24 p.
УДК 637.844.0051.14
ПРИМЕНЕНИЕ МОЛОЧНОЙ СЫВОРОТКИ ПРИ КОМПОСТИРОВАНИИ
РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
Смольникова В. В., Емельянов С. А.
Обоснована возможность использования молочной сыворотки в процессах компостирования растительного
органического сырья. Проведено сравнение эффективности использования бактериального препарата и молочной
сыворотки при компостировании. Исследована возможность культивирования дождевых червей на компосте,
полученном с использованием молочной сыворотки.
The chance of whey use in the processes of vegetative organic stuff composting was proved. It was done the comparison
of bacterial preparation use and whey during composting and the possibility to cultivate earthworms on compost obtained by
means of whey was studied.
Ключевые слова: вермикультивирование, компостирование, молочная сыворотка.
Key words: vermicultivation, composting, whey.
Молочная сыворотка является ценным вторичным белково-углеводным сырьем. В ее состав
переходит 52 % сухих веществ молока, которые содержат белковые и азотистые соединения,
углеводы, липиды, минеральные соли, витамины, органические кислоты, ферменты, иммунные тела
и микроэлементы [1].
В настоящее время в промышленных условиях реализованы различные технологии переработки
молочной сыворотки, в результате которых получают
ценные пищевые, лечебно-профилактические и
косметические препараты. Биологически активные свойства этого вида белково-углеводного сырья
используются в сельском хозяйстве для получения кормов, кормовых концентратов и добавок [2].
Перспективно использование молочной сыворотки в процессах компостирования и биоконверсии
органических материалов, которые затем могут использоваться в качестве кормов для беспозвоночных
и в природоохранных целях. Использование молочной сыворотки в процессах компостирования
обуславливается присутствием активной аэробной микрофлоры.
В технологии переработки молока деятельность молочнокислой микрофлоры играет
решающую роль. В процессе ее жизнедеятельности происходит сбраживание лактозы и глюкозы
до молочной кислоты, что приводит к увеличению кислотности, денатурации казеина, подавлению
чувствительных к кислоте микроорганизмов.
Большинство молочнокислых бактерий требуют наличия в питательной среде полного
набора аминокислот, витаминов группы В, пуриновых и пиримидиновых оснований. В природных
Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)
128
условиях молочнокислые бактерии обнаруживаются на траве, фруктах, в силосе и растительных
остатках, в желудочно-кишечном тракте людей и животных, в навозе, в почвах с высоким
содержанием растительных остатков. Процессы молочнокислого брожения подавляют процессы
гниения. Ферментированные продукты, полученные за счет жизнедеятельности аэробной
молочнокислой микрофлоры, имеют более высокую биологическую и энергетическую ценность [3].
Анализ состава компонентов молочной сыворотки, в том числе ее микробиологической
составляющей, привел к выводу о возможности ее применения для компостирования органического
растительного материала. Полученный компост может быть использован для культивирования
почвенных беспозвоночных, в частности, дождевых червей.
Для получения высокой биомассы дождевых червей требуется обеспечить беспозвоночным
оптимальные условия содержания. Большое значение имеет биологическая ценность используемых
кормовых материалов. Качество субстрата, наличие в его составе биологически ценных
компонентов определяют общее состояние популяции червей и их плодовитость. Поэтому
подготовка субстрата является важным звеном в технологическом цикле вермикультивирования.
Для его приготовления используют компостирование органического материала, в качестве которого
могут использоваться трудные для утилизации отходы послеуборочной переработки
сельскохозяйственных культур, такие как лузга подсолнечника и шелуха гречихи, солома. При
компостировании происходят сложные ферментативные процессы разложения растительных
остатков. Во время компостирования температура органического материала повышается,
подавляется развитие споровых форм патогенных бактерий, нематод, плесневых грибов и т. д.,
одновременно создаются особо благоприятные условия для развития почвенной термофильной
азотфиксирующей микрофлоры. Нередко полученный компост имеет выраженную щелочную
реакцию, и его необходимо обрабатывать слабым раствором уксусной кислоты [4].
Известно использование препарата эффективных микроорганизмов «Байкал-ЭМ-1» для
компостирования растительного сырья. Эффективные микроорганизмы – коллективное обозначение
крупной группы искусственно подобранных штаммов микроорганизмов, отвечающих за процессы
синтеза и разложения органических веществ, присутствующие в высокоплодородных почвах [5].
Препараты типа «Байкал-ЭМ-1» содержат молочнокислые микроорганизмы,
азотфиксирующие и нитрифицирующие бактерии, актиномицеты, дрожжи и ферментирующие
грибы. Изучены, разработаны и внедрены технологии применения этого типа бактериальных
препаратов для нужд сельского хозяйства. В частности, в литературе имеются подробные описания
использования препаратов эффективных микроорганизмов для компостирования растительного
сырья [6, 7]. Использование для
компостирования органического материала бактериальных
препаратов типа «Байкал-ЭМ-1» сокращает время получения пригодного для культивирования
беспозвоночных компоста, при этом отрицательно сказывается на его себестоимости.
Анализ микробиологического состава бактериальных препаратов, применяющихся
для компостирования и микрофлоры белково-углеводного молочного сырья, привели к решению
обрабатывать органический материал молочной сывороткой. Нами изучена возможность
компостирования органического материала с использованием молочной сыворотки и применение
полученного компоста для культивирования дождевых червей L. rubellus. В результате деятельности
молочнокислой микрофлоры подавляются процессы гниения, происходит нормализация
кислотности компоста, активизация процессов разложения целлюлозосодержащей органики,
повышается доступность биогенных элементов кормовой смеси для беспозвоночных. Для
приготовления компоста подбиралось оптимальное количество молочной сыворотки в расчете на
10 кг органического
материала. Для компостирования использовался листовой опад.
Измельченный до размеров частиц 20 – 50 мм материал обрабатывался творожной
сывороткой из расчета от 0,1 до 1 л на 10 кг листового опада. Подготовленный растительный
материал укладывался в пластиковые контейнеры, утрамбовывался и послойно обрабатывался
творожной сывороткой из ручного пульверизатора.
Заполненная емкость оставлялась для ферментации, которая продолжалась 21, 28 и 35 дней.
Одновременно готовился компост согласно инструкции по применению бактериального препарата
«Байкал-ЭМ-1». В качестве контроля готовился компост без применения ферментирующих добавок.
Опыты проводились в трехкратной повторности в летний период, экспериментальные емкости
содержались под навесом при температуре окружающей среды 26 – 32 °С. По окончания времени,
Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)
129
отведенного на компостирование каждой экспериментальной емкости, оценивался внешний вид
полученного компоста и его запах.
По окончании ферментации компост испытывался на пригодность для заселения дождевых
червей. Для подобных исследований обычно используют тест «50 червей» или пробу
на закапывание беспозвоночных. В первом случае на поверхность емкости с субстратом помещают
50 червей и оставляют на сутки при комнатной температуре. Затем червей выбирают и определяют
их состояние. Во втором случае несколько десятков червей помещают на поверхность субстрата
и отмечают время закапывания и особенности поведение червей [6, 7].
Из каждой экспериментальной емкости в лабораторную кювету отбиралась проба компоста.
На поверхность подготовленного субстрата помещалось по 50 дождевых червей, отмечалось время
закапывания беспозвоночных в субстрат и особенности их поведения на новом субстрате.
Обобщенные данные по проведенным наблюдениям за активностью закапывания дождевых червей
L. rubellus в образцы компоста, полученных в разных условиях, представлены на рисунке 1.
20
25
30
35
40
0,2
0,4
0,6
0,8
12
17
22
Время
закапывания
в субстрат,
мин
количество
сыворотки, л
время
компости-
рования, дни
Рисунок 1 – Активность закапывания дождевых червей в компост в зависимости от времени компостирования и
количества использованной для его приготовления молочной сыворотки
Отмечалось, что дождевые черви активно перемещаются по поверхности субстрата
и закапываются за 12 – 25 минут во всех рассмотренных случаях. Одновременно проводились
измерения кислотности полученного компоста. Полоску универсального индикатора с помощью
пинцета плотно прижимали к исследуемому образцу компоста, а затем сравнивали со шкалой для
определения pH. Точность такого метода определения кислотности субстрата невысокая,
но подобный
способ позволяет быстро определить кислый или щелочной характер среды.
Кислотность компоста колебалась от слабощелочной для 20-дневного компоста, обработанного
0,2 л творожной сыворотки, до кислой в компостах с добавкой более 0,6 л сыворотки. Оказалось,
что данные по кислотности субстрата соответствуют активности закапывания в него дождевых
червей и количеству молочной сыворотки, первоначально применявшейся для
компостирования.
По нашему мнению, активность беспозвоночных при закапывании в субстрат зависит от совпадения
кислотности полученного компоста с оптимальной кислотностью среды для L. rubellus. В тех
случаях, когда кислотность компоста была нейтральной или слабокислой, для полного погружения
в субстрат червями затрачивалось не более 12 – 15 минут.
Далее, в соответствии с планом проведения эксперимента, лабораторные кюветы
с дождевыми червями были оставлены на сутки при температуре 26 – 28 °С, после чего черви были
выбраны и осмотрены. Во всех кюветах черви обнаруживались на различной глубине, случаев
агрегирования и образования «общественного кокона» отмечено не было, состояние покровных
тканей беспозвоночных было удовлетворительным. Цвет червей был ярким, насыщенным, тургор
нормальным. В кюветах со слабощелочной и кислой средой отмечалось пониженное выделение
беспозвоночными гормона тревоги. Полученные данные позволили предположить, что
оптимальным количеством творожной сыворотки, используемой для компостирования, является
0,5 л на 10 кг компостирования листового опада.
Результаты, полученные с бактериальным препаратом «Байкал-ЭМ-1» и при
компостировании без бактериальной закваски, были аналогичными. Дождевые черви также
закапывались в компост за 12 – 25 минут. Тест «50 червей» также показал аналогичные результаты.
Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)
130
Кислотность компоста, полученного с использованием «Байкал-ЭМ-1», была слабокислой, а у
компоста, полученного традиционным способом, колебалась от щелочной до нейтральной. Следует
отметить, что компост, приготовленный с добавкой молочной сыворотки, созревал быстрее, чем при
компостировании традиционным способом.
Для выяснения субстратного преферендума дождевых червей был проведен соответствующий
эксперимент. Категория «субстратный преферендум» включает определение предпочтения червями
субстратов не только как пищевого источника, но и как среды обитания. Для эксперимента были
выбраны три типа субстрата: компост, полученный при применении 0,5 л творожной сыворотки;
компост, полученный с использованием «Байкал-ЭМ-1»; компост, полученный без бактериальной
закваски. Эксперимент проводился в трехкратной повторности. Для этого одинаковые по объему
порции компоста (0,5 кг) поместили в сетки и уложили в пластиковый контейнер. В центре
расположили первый испытываемый субстрат, в который запустили 25 червей L. rubellus. Сверху
контейнер закрыли крышкой с отверстиями. Через три дня контейнеры открыли и подсчитали
количество червей в каждой сетке, количество отложенных коконов. Для всей серии экспериментов
в одном повторении использовались одни и те же черви, чтобы исключить погрешности, связанные
с индивидуальными особенностями особей. Только погибшие экземпляры заменяли живыми для
сохранения общего количества червей, участвующих в эксперименте. Далее цикл повторялся, но теперь
в центре укладывали второй, а затем третий из испытываемых субстратов. Каждый раз фиксировалось
количество червей и коконов, найденных в каждом типе субстрата [8].
Когда заселение червей осуществлялось в компост, полученный традиционным способом,
численность L. rubellus достоверно снижалась за счет миграции беспозвоночных (65 – 70 %) в сетки
с другими тестируемыми компостами. В традиционном компосте обнаруживалось меньше всего
коконов. В пробах с заквашенным компостом миграция червей в сетки с другими субстратами
не превышала 30 – 40 %. В этих экспериментах численность червей, мигрировавших
в традиционный компост, оказывалась не менее чем в 2 раза ниже. Анализ полученных данных
привел к выводу, что для дождевых червей предпочтительным является компост, полученный
с применением бактериальной закваски. Достоверных различий субстратного преферендума червей
для компоста, полученного с применением сыворотки и бактериального препарата, выявлено
не было. Таким образом, можно заключить, что целесообразно использовать молочную сыворотку
для приготовления компоста, предназначенного для культивирования дождевых червей.
Для завершения серии экспериментов полученный компост был протестирован на
пригодность для улучшения плодородия почв. Образцы компостов были смешаны в соотношении
1 : 1 с черноземом и засеяны кресс-салатом. В качестве контроля использовали чернозем
без добавок. Эксперимент проводился 21 день. В ходе наблюдений отмечали
длину проростков,
корней и полученную биомассу. Добавление к почве всех видов компоста в соотношении почва :
компост 5 : 1, 4 : 1 приводило к увеличению полученной биомассы кресс-салата по сравнению
с контролем. При этом результаты на компосте, полученном по традиционной технологии, были
меньше компостов с закваской на 5 – 7 %. Дальнейшее увеличение соотношения компостов и почвы
давало различные результаты
. В случае с традиционным компостом биомасса кресс-салата не
изменялась, измеряемые параметры растений имели среднее значение. В двух остальных
рассматриваемых случаях при повышении соотношения почва : компост до 2 : 1 и 1: 1 наблюдалось
снижение полученной биомассы, угнетение растений в целом, слабое развитие корневых волосков,
заметно снижалась длина проростка. В результате полученная биомасса оказывалась на 10 – 12 %
меньше, чем при использовании обычного компоста. Вероятно, кислотность полученного субстрата
выходила за границы оптимальной для кресс-салата. Таким образом, использование компостов,
полученных с применением бактериальных препаратов или молочной сыворотки, должно быть
точно дозировано, поскольку может привести к результатам, обратным ожидаемым.
Результаты применения компоста, полученного с использованием молочной сыворотки, для
культивирования дождевых червей и увеличения продуктивности почв превышают
соответствующие показатели, полученные при использовании традиционного компоста, при этом
его стоимость ниже, чем в случае использования биопрепаратов. Достоверных различий в скорости
созревания, пригодности для культивирования дождевых червей и влиянии на повышение
биопродуктивности почв не обнаружено. Проведенные исследования позволяют сделать вывод
о возможности и целесообразности использования молочной сыворотки для компостирования
органического вещества.
Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)
131
Литература
1. Храмцов, А. Г. Молочная сыворотка / А. Г. Храмцов. – М. : Пищевая промышленность, 1990. – 240 с.
2. Жидких, К. В. Направления переработки молочной сыворотки / К. В. Жидких, И. М. Мироненко //
Пробиотики, пребиотики, синбиотики и функциональные продукты питания. Фундаментальные и клинические
аспекты / Материалы Международного конгресса. 2006. С. 241 – 242.
3. Биотестирование / Н. М. Городний [и др.] // Биоконверсия органических
отходов в биодинамическом
хозяйстве. – Киев : Урожай, 1990. – 256 с.
4. Шаблин, П. А. Итоги и перспективы внедрения ЭМ-технологии и ЭМ-препаратов в народное хозяйство /
П. А.Шаблин // Достижения ЭМ-технологии в России : сб. тр. ЭМ-корпорации. – М. : МАКС Пресс, 2004. С. 24 – 25.
5. Материалы практических испытаний и применения препаратов серии ЭМ в НИИ и на
предприятиях сельского
хозяйства // Материалы I Всероссийской конференции / под ред. К. М. Пакулова. – Воронеж : АВЕГА, 2000. С. 46.
6. Вермикультивирование в условиях Центральной Якутии / А. И. Степанов [и др.]. – Якутск : НПП
«Экоцентр», ЯНИИСХ, 2000. – 40 с.
7. Вермикультивирование: теория, опыт, практика / В. И. Дмитриева [и др.]. – Якутск : Сахаполиграфиздат,
2000. – 120 с.
8. Пат. 115314 Российская Федерация, МПК
6
А01К67/033, С05F7/02. Способ определения субстратного
преферендума у дождевых червей [Текст] / Протопопов Н. Ф. – Заявл. 13.07.1995 ; опубл. 20.07.1998.
References
1. Khramtsov, A. G. Whey / A. G. Khramtsov. – M. : Food industry, 1990. – 240 p.
2. Zhidkikh, K. V. Directions of whey processing / K. V. Zhidkikh, I. M. Mironenko // Probiotics, prebiotics,
sinbiotics and functional food products. Fundamental and clinical aspects / Materials of International congress. 2006. P. 241 –
242.
3. Biotesting / N. M. Gorodniy [and others] // Bioconversion of organic waste in biodynamic economy. – Kiev :
Urozhai, 1990. – 256 p.
4. Shablin, P. A. Results and prospects of EM technology and EM preparations introduction into national economy /
P. A. Shablin // Achievements of EM technology in Russia : collection of EM corporation requirements. – M. : MAX Press,
2004. P. 24 – 25.
5. Materials ofpractical tests and EM series preparation use in SRI and at agricultural enterprises // Materials of the I
All-Russia conference / editede by K. M. Pakulov. – Voronezh : AVEGA, 2000. P. 46.
6. Vermicultivation in conditions of Central Yakutiya / A. I. Stepanov [and others]. – Yakutsk : NPP “Ecocenter”,
YANIISKH, 2000. – 40 p.
7. Vermicultivation: theory, experience, practice / V. I. Dmitrieva [and others]. – Yakutsk : Sakhapoligraphizdat,
2000. – 120 p.
8. Patent 115314 RF, МPК
6
А01К67/033, С05F7/02. Method of substrate preferendum definition of earthworms
[Text] / Protopopov N. F. – Declared on 13.07.1995; published on 20.07.1998.
УДК 664.647.3
ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ПРОЦЕССА ВАКУУМ-ВЫПАРИВАНИЯ
ПОЛИКОМПОНЕНТНЫХ ФРУКТОВЫХ ПЮРЕ
Остриков А. Н., Синюков Д. А.
В результате проведенных исследований был выявлен характер изменения величин разрeжения и температуры
испаряемых из вакуум-камеры паров при различных режимах распыливания поликомпонентных фруктовых пюре.
Получены основные кинетические зависимости, которые легли в основу выбора рациональных технологических
режимов процесса вакуум-выпаривания фруктовых пюре.
It was revealed the character of temperature and vacuum values change of vapor evaporated from vacuum chamber
after completed studies at different conditions of polycomponent fruit sauce atomization. Main kinetic dependences which are the
basis of rational technological modes choice for fruit sauce vacuum-evaporation process have been obtained.
Ключевые слова: вакуум, выпаривание, кинетика, поликомпонентное фруктовое пюре.
Keywords: vacuum, evaporation, kinetics, polycomponent fruit sauce.
Качество пюреобразных фруктовых концентратов (повидло, джемы, варенья) во многом
определяется температурными режимами обработки [1]. Для получения фруктовых пюре
с повышенным содержанием термолабильных веществ необходимо подобрать такие режимы
выпаривания, которые обеспечивали бы максимально возможную сохранность таких важных
компонентов фруктовых пюре, как витамины, моно- и дисахариды и др. Наиболее экономичным
способом получения концентрированных фруктовых пюре является их выпаривание при
пониженных температурах в условиях вакуума.
Целью работы является исследование основных кинетических закономерностей процесса
двухстадийного вакуум-выпаривания поликомпонентных фруктовых смесей.