Тэхналогія перапрацоўкі сыроваткі і яе вытворных
Сыроватка з'яўляецца асноўным пабочным прадуктам малочнай прамысловасці, асабліва пры вытворчасці сыру і казеіну. На працягу многіх гадоў сыроватка лічылася адходамі з-за яе вялікага аб'ёму, высокага ўтрымання арганічных рэчываў і патэнцыйнага забруджвання пры ўтылізацыі без апрацоўкі. Аднак прагрэс у харчовых тэхналогіях і біяапрацоўцы змяніў гэты погляд: сыроватка цяпер разглядаецца як высокакаштоўная сыравіна дзякуючы яе багаццю бялком, лактозай, мінераламі і біялагічна актыўнымі злучэннямі. Былі распрацаваны розныя тэхналогіі перапрацоўкі для пераўтварэння сыроваткі ў розныя вытворныя прадукты, пачынаючы ад бялковых канцэнтратаў і заканчваючы фармацэўтычнай і нутрыцэўтычнай сыравінай.
Склад і характарыстыкі сыроваткі
У цэлым, сыроватка змяшчае прыблізна 93–94% вады і 6–7% растваральных цвёрдых рэчываў. Гэтыя цвёрдыя рэчывы складаюцца з лактозы (прыблізна 70–75% ад агульнай колькасці цвёрдых рэчываў), сыроватачнага бялку (прыблізна 10–15% цвёрдых рэчываў), мінералаў (попелу) і другарадных кампанентаў, такіх як водарастваральныя вітаміны і арганічныя кіслоты. Асноўнымі бялкамі ў сыроватцы з'яўляюцца β-лактаглабулін, α-лактальбумін, бычыны сыроватачны альбумін, імунаглабуліны і лактаферын. Характарыстыкі сыроваткі залежаць ад тыпу вытворчага працэсу: салодкая сыроватка атрымліваецца ў выніку ферментатыўнай каагуляцыі (сычужны фермент) пры вырабе сыру, у той час як кіслая сыроватка атрымліваецца ў выніку кіслотнай каагуляцыі (напрыклад, пры вырабе ёгурта або свежага сыру). Кіслая сыроватка, як правіла, мае больш нізкі pH і рознае ўтрыманне мінералаў, таму стратэгіі апрацоўкі могуць адрознівацца.
Экалагічныя праблемы і прычыны апрацоўкі
Сыроватка мае высокія значэнні БПК (біяхімічнага спажывання кіслароду) і ХСК (хімічнага спажывання кіслароду), у першую чаргу з-за ўтрымання лактозы. Пры непасрэдным утылізацыі сыроватка можа знізіць колькасць растворанага кіслароду ў вадаёмах і парушыць экасістэмы. Такім чынам, перапрацоўка сыроваткі — гэта не толькі спроба павялічыць дабаўленую вартасць, але і рашэнне для памяншэння забруджвання. Сучасныя тэхналогіі імкнуцца здабываць каштоўныя кампаненты з сыроваткі і выкарыстоўваць астатнія фракцыі шляхам ферментацыі або пераўтварэння ў энергію.
Асноўныя этапы апрацоўкі сыроваткі
Апрацоўка сыроваткі звычайна пачынаецца з ачышчэння і аддзялення тлушчу. На гэтым этапе можа выкарыстоўвацца цэнтрабежны сепаратар для выдалення дробных часціц, рэшткаў тварагу і тлушчу. Затым праводзіцца пастэрызацыя, каб знізіць мікробную нагрузку і забяспечыць бяспеку далейшай апрацоўкі. Затым сыроватка падвяргаецца канцэнтрацыі і фракцыянавання з выкарыстаннем мембраннай або выпарнай тэхналогіі, у залежнасці ад жаданага прадукту.
Мембранная тэхналогія: сэрца сучаснага фракцыянавання
Мембранная тэхналогія з'яўляецца асновай апрацоўкі сыроваткі, паколькі яна здольная аддзяляць кампаненты ў залежнасці ад малекулярнага памеру і зарада пры адносна нізкіх тэмпературах, што дазваляе захаваць якасць бялку.
1. Мікрафільтрацыя (МФ)
МФ выкарыстоўваецца для выдалення ўзважаных часціц, бактэрый і тлушчавых шарыкаў. Гэта неабходна для паляпшэння стабільнасці канчатковага прадукту і прадухілення забруджвання мембран на наступных этапах.
2. Ультрафільтрацыя (УФ)
УФ аддзяляе сыроватачны бялок (рэтэнтат) ад лактозы і мінералаў (пермеату). УФ вырабляе канцэнтрат сыроватачнага бялку (КСБ) з розным утрыманнем бялку (напрыклад, 35%, 60% або 80%). Чым вышэй утрыманне бялку, тым большая яго каштоўнасць і шырэйшае прымяненне ў бялковых напоях, хлебабулачных вырабах і функцыянальных прадуктах харчавання.
3. Дыяфільтрацыя (DF)
DF — гэта прамыванне ультрафіялетавага рэтэнтату вадой для зніжэння ўтрымання лактозы і мінералаў. Гэты этап мае вырашальнае значэнне для атрымання WPC з больш чыстым смакам і меншым утрыманнем лактозы.
4. Нанафільтрацыя (NF)
NF выкарыстоўваецца для канцэнтрацыі лактозы і частковага выдалення мінералаў з ультрафіялетавага пермеата. Гэтая тэхналогія эфектыўная для карэкціроўкі мінеральнага профілю і падрыхтоўкі сыравіны для вытворчасці лактозы або сіропу.
5. Зваротны осмас (RO)
RO робіць акцэнт на канцэнтрацыі вады (абязводжванні). Сыроватка можа быць паменшана ў аб'ёме з дапамогай RO перад выпарваннем, тым самым эканомячы энергію.
Перавагі мембраннай тэхналогіі - гэта энергаэфектыўнасць, гнуткасць і здольнасць вырабляць высакаякасныя фракцыі. Асноўныя праблемы заключаюцца ў забруджванні мембран, неабходнасці бесперабойнай мыйкі і аптымізацыі ціску і тэмпературы для падтрымання стабільнай хуткасці патоку.
Выпарванне і сушка: ператварэнне сыроваткі ў стабільны прадукт
Пасля канцэнтрацыі сыроватка звычайна апрацоўваецца ў шматфункцыянальным выпарніку для павелічэння агульнага ўтрымання цвёрдых рэчываў. Затым яе сушаць з дапамогай распыляльнай сушылкі для атрымання сыроватачнага парашка або бялковага парашка. Распыляльная сушка забяспечвае працяглы тэрмін захоўвання, спрашчае транспарціроўку і лёгкасць ужывання ў розных харчовых рэцэптурах.
Для такіх прадуктаў, як WPC і ізалят сыроватачнага бялку (WPI), кантроль тэмпературы падчас сушкі важны для прадухілення празмернай дэнатурацыі бялку, падтрымання растваральнасці і захавання функцыянальных уласцівасцей, такіх як пенаўтварэнне, эмульгаванне і гелеўтварэнне.
Канцэнтрат сыроватачнага бялку (WPC) і ізалят сыроватачнага бялку (WPI)
– ДПК вырабляецца ў асноўным шляхам ультрафіялетавага ўздзеяння і сушкі. Утрыманне бялку ў ім вар'іруецца, але ўсё ж утрымлівае некаторую колькасць лактозы і мінералаў. ДПК часта выкарыстоўваецца для паляпшэння тэкстуры, адчуванняў у роце і пажыўнай каштоўнасці прадуктаў.
– WPI мае вельмі высокае ўтрыманне бялку (звычайна >90%) і вельмі нізкае ўтрыманне лактозы. Яго вытворчасць патрабуе дадатковых працэсаў, такіх як інтэнсіўная дэфармацыя, іённы абмен або ўдасканаленыя мембранныя камбінацыі. WPI папулярны ў прадуктах спартыўнага харчавання, лекавых прадуктах і рэцэптурах, якія патрабуюць нізкага ўтрымання лактозы.
Акрамя ўтрымання бялку, якасць WPC/WPI вызначаецца яго амінакіслотным профілем (багаты BCAA), растваральнасцю і ступенню дэнатурацыі. Інавацыі ў працэсе сканцэнтраваны на вытворчасці «натыўнага сыроватачнага бялку» з мінімальнай тэрмічнай апрацоўкай, што дазваляе лепш захоўваць структуру бялку.
Вытворчасць лактозы і вугляводных вытворных
Ультрафіялетавы пермеат багаты лактозай і мінераламі. Лактоза можа быць атрымана шляхам крышталізацыі пасля канцэнтрацыі і перасычэння. Лактоза шырока выкарыстоўваецца ў харчовай прамысловасці (напрыклад, у кандытарскай), фармацэўтычнай прамысловасці (у якасці дапаможнага рэчыва ў таблетках) і кармах.
Лактозу таксама можна гідралізаваць з дапамогай фермента лактазы на глюкозу і галактозу для атрымання прадуктаў з нізкім утрыманнем лактозы. Гэты гідроліз карысны для спажыўцоў з непераноснасцю лактозы, а таксама павялічвае ўзровень салодкасці, тым самым зніжаючы колькасць дададзенага цукру ў некаторых рэцэптурах.
Яшчэ адна перадавая тэхналогія — вытворчасць алігацукрыдаў, такіх як ГАС (галактаалігацукрыды), праз рэакцыі трансгалактазілявання. ГАС высока цэняцца дзякуючы сваім прэбіятычным уласцівасцям і шырока выкарыстоўваюцца ў дзіцячых сумесях і функцыянальных напоях.
Ферментацыя сыроваткі: ад адходаў да біяпрадукту
Ферментацыя — важны шлях выкарыстання сыроваткі, асабліва багатай лактозай фракцыі. З дапамогай асобных мікраарганізмаў сыроватку можна пераўтварыць у:
– Малочная кіслата: сыравіна для біяпластыкаў PLA і харчовай прамысловасці.
– Этанол: атрымліваецца шляхам ферментацыі некаторых дрожджаў; можа выкарыстоўвацца ў прамысловасці або энергетыцы.
– Воцатная кіслата, прапіёнавая кіслата і іншыя метабаліты: для харчовай і хімічнай прамысловасці.
– Мікробная біямаса: напрыклад, вытворчасць некаторых дрожджаў або прабіётыкаў.
Праблемы ферментацыі сыроваткі ўключаюць змены ў складзе сыравіны, неабходнасць дабаўкі пажыўных рэчываў і кантроль забруджвання. Інтэграцыя ферментацыі з сістэмамі падзелу (напрыклад, мембраннымі або ачышчальнымі) можа палепшыць выхад і эфектыўнасць працэсу.
Біяактыўныя прадукты: лактаферын і функцыянальныя пептыды
Сучасныя тэхналогіі ачысткі дазваляюць вылучаць высокакаштоўныя другарадныя кампаненты, такія як лактаферын і імунаглабуліны. Выкарыстоўваныя метады ўключаюць храматаграфію, селектыўныя мембраны і кантраляванае асаджэнне. Акрамя таго, сыроватачны бялок можна гідралізаваць з дапамогай ферментаў для атрымання біялагічна актыўных пептыдаў з патэнцыйнай антыгіпертэнзіўнай, антіоксідантнай або імунамадулюючай актыўнасцю. Гэтыя прадукты шырока распрацаваны ў сектарах нутрыцэўтыкаў і функцыянальных прадуктаў харчавання.
Тэндэнцыі і інавацыі: на шляху да больш экалагічна чыстых працэсаў
Сучасны кірунак развіцця тэхналогій перапрацоўкі сыроваткі робіць акцэнт на энергаэфектыўнасці, скарачэнні тэхналагічнай вады і нулявом выкарыстанні адходаў. Камбінацыі RO і выпарвання для эканоміі энергіі, выкарыстанне мембран з палепшанай устойлівасцю да забруджвання і інтэграцыя біяперапрацоўкі (вытворчасць бялку, лактозы, арганічных кіслот і энергіі з аднаго патоку сыроваткі) знаходзяцца ў цэнтры ўвагі галіновых даследаванняў.
Акрамя таго, лічбавізацыя працэсаў, такая як маніторынг забруджванняў у рэжыме рэальнага часу, аўтаматызаваны кантроль CIP і аптымізацыя рабочых параметраў на аснове дадзеных, дапамагае заводам палепшыць стабільнасць якасці, адначасова зніжаючы вытворчыя выдаткі.
Закрыццё
Сыроватка ператварылася з адходаў малочнай прамысловасці ў стратэгічную крыніцу сыравіны для харчовай, фармацэўтычнай і біяпрадукцыйнай вытворчасці. Дзякуючы мембранным тэхналогіям, выпарванню, сушцы, крышталізацыі, ферментацыі і ачыстцы біялагічна актыўных злучэнняў, сыроватку можна перапрацоўваць у розныя высокакаштоўныя вытворныя, такія як WPC, WPI, лактоза, GOS, малочная кіслата і функцыянальныя пептыды. У будучыні інтэграцыя тэхналогій і біяперапрацоўчага падыходу можа зрабіць перапрацоўку сыроваткі больш эфектыўнай, экалагічна чыстай і прыбытковай, а таксама падтрымаць канцэпцыю цыркулярнай эканомікі ў харчовай прамысловасці.
