Реферат: Комплексная утилизация молочной сыворотки – новые возможности повышения эффективности переработки молока





Комплексная утилизация молочной сыворотки – новые возможности повышения эффективности переработки молока.

(аннотация инновационного проекта – вниманию федеральной и региональной власти, Совета по национальным проектам, Минсельхоза, РАСХН, Молочного союза РФ, инвестиционных фондов)

Григораш А.И., Макланов А.И.(ООО «Гелла-Фарма»), Юрова Е.А.(ГНУ «ВНИМИ»)


Проблема переработки сыворотки актуальна как никогда, увеличение производства творога и творожных изделий, а также сыров приводит к значительному увеличению количества сыворотки как побочного продукта переработки молока, что приводит к значительному снижению эффективности производства и загрязнению окружающей среды. Потому что перерабатывается всего лишь 38,0% сыворотки, остальная часть попросту сливается, что значительно ухудшает экологическую обстановку региона [9]. По оценкам специалистов объем сливаемой сыворотки, в основном творожной, составляет от 1,5 до 3 млн. тн в год. Таким образом, проблема использования сыворотки неразрывно связана с проблемой охраны окружающей среды.

Академик РАСХН А.Г. Храмцов утверждает: «Необходимость, целесообразность и возможность промышленной переработки молочной сыворотки в настоящее время у профессионалов молочного дела всего мира не вызывают сомнений. Задача состоит в том, как это с наименьшими затратами практически осуществить». [1] Чтобы решить задачу «наименьших затрат» в уравнении со многими неизвестными необходимо определиться с их значением (или областью значений). Поэтому в этой же статье академик Храмцов А.Г. пишет «… Рациональное использование продуктов, получаемых из молочной сыворотки, является не менее актуальной и значимой проблемой, как и промышленная переработка». И тут же отмечает «… К сожалению, ей уделяется, в том числе переработчиками, потребителями и инвесторами, недостаточное внимание».

Молочная сыворотка обладает высокой пищевой и биологической ценностью, содержит около 50% сухих веществ молока, энергетическая ценность, в значительной части за счет высокого содержания лактозы, составляет 36% от цельного молока. Сывороточные белки, которые являются важным компонентом молочной сыворотки, оптимально сбалансированы по аминокислотному набору, особенно серосодержащих аминокислот – цистина, метионина, что создает возможности для регенерации белков печени, гемоглобина и белков плазмы крови. Минеральные соли сыворотки практически идентичны солям цельного молока и содержат «защитные» комплексы антисклеротического действия. В целом сыворотку можно охарактеризовать следующей формулой: «минимум калорий при максимуме биологической ценности». Потери ее ведут к снижению эффективности переработки молока.

Известны различные способы переработки молочной сыворотки: концентрирование, сушка, получение (извлечение) отдельных или комбинированных компонентов, получение (синтез) производных компонентов и др. Полученные продукты используются для приготовления продуктов питания, приготовления кормов и кормовых добавок животных, в фармацевтической промышленности.

Во второй половине прошлого века много надежд связывалось с использованием лактозы молочной сыворотки и обезжиренного молока для биосинтеза белка с помощью культур микроскопических грибов и бактерий. В частности, известна разработка, в которой для получения биомассы в качестве продуцента использовался мицелиальный гриб Fusarium moniliforme. Выход биомассы составлял 63 масс% от использованной лактозы. Однако более высокое значение отношения выхода биомассы к затратам выдвинуло на передний план использование в качестве продуцентов белка дрожжевые грибы [2]. Дрожжевой белок успешно начал применяться в качестве кормовых добавок животным.

Авторами предлагается экологически чистая, экономически эффективная биотехнология культивирования в среде молочной сыворотки культуры мицелиального гриба. В результате биохимического преобразования формируется сбалансированная биологически активная субстанция, содержащая ценный белок, жиры (в т.ч полиненасыщенные жирные кислоты), вторичные метаболиты и значительно сниженное количество лактозы. Полученный продукт может быть использован для приготовления продуктов функционального питания, оздоровительных напитков нового поколения, в фармацевтической и косметической промышленности, для приготовления кормов и кормовых добавок животным и т.д.

Коротко о результатах клинических и лабораторных исследований.

Все большее число микологов склоняется к идее, что некоторые виды грибов оказывается предпочтительнее относить к животным, а не растениям. В большей степени, последнее справедливо для многоклеточных видов. К этим взглядам подталкивает наблюдаемая близость, или даже общность путей синтеза вторичных метаболитов. Особый практический интерес представляет ферментативный аппарат грибов — гидролитические ферменты, которые выделяются в окружающую среду. — настроены на разложение углеводов — строительного материала и запасных питательных веществ растений. Однако, в отличие от бактерий грибы являются эукариотами, у них есть хромосомы, митоз. По этой причине результаты исследований, полученные на грибах, можно с большой долей уверенности экстраполировать и на другие эукариоты, включая млекопитающих и человека. [3].

Результаты клинических и лабораторных исследований свидетельствуют, что разработчикам посчастливилось встретиться именно с таким штаммом мицелиального гриба - Fusarium sambucinum BKMF-3051D. Достаточно познакомиться с некоторыми результатами исследований, чтобы сделать вывод о чрезвычайной эффективности и полезности для млекопитающих и человека получаемых биологически активных продуктов.

Рисунки 1 и 2 иллюстрируют результаты полученне на модели токсического (алкогольного) гепатита у белых мышей. На рисунках представлены значения относительных отклонений от контрольных показателей аланинаминотрансферазы (АЛТ) и аспартатаминотрансферазы (АСТ) по соответствующим группам испытуемых животных.

Рисунок 1. Аланинаминотрансфераза (АЛТ) отклонение от контроля (о.е.)




Рисунок 2. Аспартатаминотрансфераза (АСТ) отклонение от контроля (о.е.)



Всем группам на фоне стандартного питания вводили этанол из расчета 5 мл на кг веса. Второй и третьей группе в питание добавляли по 1 мл Флоравит Э и Флоравит HSV (торг. название Флоравит ЦП) полученных при культивировании на сахаре. Четвертой в питание добавляли по 1 мл БАС 3 (Флоравит, получаемый при культивировании на лактозе мол. сыворотки без биомассы), а пятой группе добавляли в питание по 1мл БАС 4 (Флоравит, получаемый при культивировании на лактозе мол. сыворотки включая биомассу). Нетрудно видеть выраженный гепатопротекторный эффект при приеме всех продуктов [4,5].

Заинтересованному читателю будет интересно познакомиться с некоторыми результатами на других млекопитающих. Позволим себе цитату из доклада на конференции сделанного по полученным результатам [6].

« …Интересные результаты получены при введении БАД "Флоравит Э" в рацион соболей в период гона и латентной беременности. Результаты исследований отражены в таб. 2 и рис. 3 и 4




Из таблицы видно, что в группе самок, получавших пробиотик, рост числа ощенившихся Со составил 3,7% по сравнению с контрольной группой. В то же время в группе, получавших БАД "Флоравит Э", на этапе гона и латентной беременности, число ощенившихся самок, после состоявшейся стадии истинной беременности, превысило на 44,4% число ощенившихся самок контрольной группы, и составило 92,5% от 100% покрытых самок.



Относительное уменьшение плодовитости По как в группе, получавших пробиотик (на 7% по сравнению с контрольной группой), так и в группе самок, получавших БАД "Флоравит Э" (на 10% по сравнению с контрольной группой), рис 4, связано с вовлечением в процесс щенения изначально ослабленных особей, у которых, возможно, без "Флоравит Э" и пробиотиков вообще бы не наступила истинная беременность.

При этом важно отметить общий рост среднего показателя плодовитости Пп. Если в группе соболей, получавших пробиотик, рост Пп составил 0,11 щенка на каждую самку (на 7% по сравнению с контрольной группой), то в группе, получавшей БАД "Флоравит Э" наблюдается значительное увеличение Пп, на 0,92 щенка на каждую самку (или на 59% по сравнению с контрольной группой), что объясняется значительно большим количеством самок с наступившей стадией истинной беременности.



Полученные результаты свидетельствуют о том, что добавления БАД "Флоравит Э" или пробиотиков в пищу соболей, во время гона и латентной беременности, положительно сказывается на реализацию репродуктивного потенциала стада».


Последняя цитата о результатах клинических исследований[7].

«…У подавляющего большинства больных с вирусным гепатитом «С» до лечения имело место снижение синтеза α- и γ-интерферонов. После трех месяцев лечения препаратами «Флоравит» наблюдалось повышение α-интерферона до нормальных цифр, а через шесть месяцев достигал нормы и показатель γ-интерферона, рис. 6.


Рисунок 6. Динамика уровня лейкоцитарного интерферона при приеме препаратов "Флоравит"




Важно отметить, что при исследовании динамики показателей иммунного статуса, ни в одном случае не было зарегистрировано лейкоцитоза или гиперлейкоцитоза.

Аналогичные результаты получены и при исследовании иммунного статуса у больных с дисбактериозом и герпетической инфекцией. Таким образом, нормализация иммунитета при приеме препаратов «Флоравит» не зависит от этиологического фактора.

О положительном влиянии препаратов «Флоравит» на иммунный статус и независимость этого влияния от этиологических факторов, косвенно свидетельствует эффективность препаратов «Флоравит» при включении их в комплексную терапию иммунодефицитных состояний, обусловленных сахарным диабетом, послеоперационным состоянием, последствиями лучевой нагрузки и химиотерапии и т.д.».

Вышеприведенные цитаты и рисунки на наш взгляд в полной мере позволяют оценить социальное значение полученных результатов и открывающиеся перспективы для дальнейших исследований и разработки функциональных продуктов на основе внедрения предлагаемой биотехнологии [8].

Не менее важно оценить экономическую целесообразность включения подобной разработки в современную технологию переработки молока. Ниже приведена упрощенная схема основных технологических этапов переработки молочной сыворотки.

На схеме зеленым цветом показан этап культивирования мицелиального гриба на лактозе осветленной сыворотки.

Если исходить из допущения, что рыночная стоимость жиров, белка и лактозы получаемых по классической схеме (на рис 1 выделено желтым) - способ 1 и по предлагаемой схеме (рис.2) – способ 2 одинакова, то можно ориентировочно оценить экономическую целесообразность преобразования лактозы в молочные жиры и белок.


^ Рис 1. Схема комплексной переработки молочной сыворотки с добавлением инновационного этапа – микробиологической утилизации лактозы

(
основные технологические этапы, экономическая оценка)

* - Оценки проведены исходя из рыночной стоимости продуктов по данным УП «БЕЛНИКТИММП», Республика Беларусь, журнал Молочная промышленность,№ 6, с.16-17, 2006г.

** - Указанные отпускные цены исходят из плановой рентабельности переработки 70%. исходя из расчета себестоимости при переработке 100тн сыворотки в сутки.


Основные показатели сведены в таблицу 1 статьи. Оценки по количественному содержанию жиров, белка, лактозы, витаминов, аминокислот опираются на результаты анализов Флоравита и биомассы выполненные ИЛ «МОЛОКО» ГНУ ВНИМИ.


Табл. 1. Объемы основных питательных компонент содержащихся в 1 тн. сыворотки при современном способе утилизации и объемы основных компонент получаемых с использованием предлагаемой биотехнологии утилизации лактозы, (кг. руб.).

Показатели

^ Ед. измерения

Жиры

Белок

Лактоза

Сумма

Современные технологические возможности извлечения основных компонент из 1тн сыворотки. Способ 1.

кг.

3,6

8,9

45

57,5

руб.

187,2

1388,2

2106

3681,4

Содержание основных компонент получаемых по предлагаемому способу утилизации 1 тн сыворотки. Способ 2.

кг.

9,61

21,57

8,15

39,3

руб.

499,6

3364,5

381,3

4245,4


Нетрудно видеть, что в денежном выражении способ 2 на 4245,45*100/3681,4 = 15,3% эффективнее. Это понятно поскольку средняя рыночная цена условного кг по способу 1 составляет 3681,4/57,5 = 64 руб а по способу 2 условный кг имеет рыночную стоимость 4245,45/39,3 = 108 руб. Таким образом, средняя рыночная стоимость производимых продуктов на 68% выше. При этом 26,826 условных кг произведено при рентабельности производства 70% (переработка сыворотки около 100тн в сутки). Рентабельность около 50% достигается при переработке 40-50тн в сутки. Думается, что рентабельность по способу 1 значительно ниже предлагаемого способа.

Однако, гораздо нагляднее эффективность проявляется с учетом формы и сбалансированности биологически активных субстанций позволяющих производить функциональные диетические продукты со значительно пониженным содержанием лактозы, с иммуномодулирующим и гепатопротекторным действием. Появляются новые возможности по получению ценных диетических низколактозных продуктов с иммуномодулирующими и адаптогенными свойствами.

Например, если воспользоваться отделенными сывороточными белками, то без особого труда с 1 тонны сыворотки может быть получены, например, следующие продукты.


Продукт 1.

8,9кг (сыв.белок) + 3,6кг (жиры мол.) + 299,3л (флоравит-0,36% по белку, 0,01 по жирам) = 311,8 литров с содержанием:

Белок – 3,2%

Жиры – 1,16%

Лактоза – 0,93%

Витамины С, В1, В2, В6, В12, РР – 2,04 мг/100г

Незаменимые аминокислоты – 290 мг/100г

В т.ч лизин – 67 мг/100г

^ Содержание Na, Ca, K, P, Mg – 341 мг/100г

Ферменты:

Коллагеназу – 400-1000 ед/мл активности

Протеазу – 1,4-1,6 ед/мл активности

Пектиназу – 0,7 ед/мл активности

^ Полисахариды – 40-50 мг/100г

Стоимость продукта 1по сырью согласно схеме рис 1 составит 9,85/руб/л

Продукт 2.

80л (грибная биомасса – 7,3% по липидам, 6,49% по белку) + 103л (0,01% по липидам, 0,36% по белку) = 183 л с содержанием:

Белок – 3,0%

Жиры – 3,2%

Лактоза – 0,55%

Витамины С, В1, В2, В6, В12, РР – 2,9 мг/100г

Незаменимые аминокислоты – 288 мг/100г

В т.ч лизин – 63,6 мг/100г

^ Содержание Na, Ca, K, P, Mg – 333,3 мг/100г

Ферменты: содержание ферментов должно быть не менее чем в продукте 1, т.е.

Коллагеназы – 400-1000 ед/мл активности

Протеазы – 1,4-1,6 ед/мл активности

Пектиназы – 0,7 ед/мл активности

^ Полисахариды: содержание полисахаридов не менее – 40-50 мг/100г

Стоимость продукта 2 по сырью согласно схеме рис 1 составит 9,36 руб/л


Нетрудно видеть, что состав продуктов 1 и 2 позволяет позиционировать их как диетические продукты. Если в розничной торговле 1 литр «соевого молока» стоит 30 руб/литр (Москва, «Седьмой континент») то, оптовая цена на вышеуказанные продукты 1 и 2 в 20 руб/литр не будет завышенной. При таком допущении можно в первом приближении оценить экономические показатели минимального передела исходного сырья.

При оптовой цене в 20 руб/литр с 1 тонны сыворотки получаем

(311,8л (прод.1) + 183л (прод. 2)) * 20 руб/литр = 9896 руб.

Оставшаяся часть 840 – 299,3 - 103 = 438 литров (см.флоравит) с 1 тонны сыворотки могут быть эффективно применены как сырье для приготовления БАДов, премиксов, косметики, обогащения майонезов, йогуртов и т.д. При реализации флоравита в виде сырья по 5 руб/литр получим 438*5=2190 руб.

Таким образом, эффективность переработки сыворотки по альтернативному способу возрастает с 6975,2/3681,2=1,89 раза до (9896 + 2190)/3681,2 = 3,28 раза

На диаграмме рис. 2 показано, что при производстве творога (сыра) на сумму ^ 8100руб, получается 1 тн сыворотки из которой можно получить по способу 1 молочного жира, сывороточных белков, лактозы на сумму 3681,2 руб. По способу 2 можно получить, молочного жира, сывороточных белков, биомассы, флоравита на сумму 6975,2 руб. Или, комбинируя исходные составляющие для минимального передела можно наряду с флоравитом получить продукт 1 и продукт 2 на сумму 12086 руб.




Нетрудно видеть, что переработка сыворотки становится исключительно выгодным бизнесом.

При переработке будущим предприятием 100 тн сыворотки в сутки, выручка от переработки сыворотки составит 1 208 600 руб/сутки, или в месяц 36 258 000 руб. (1,036 млн.евро.) Соответственно в год 12,432 млн.евро.

В кратком изложении невозможно оценить всю гамму продуктов, которые могли бы быть произведены в результате внедрения предлагаемой технологии.

Основными направлениями авторы видят следующие:

использование в качестве кормовых добавок для животноводства – витаминно - минеральные комплексы позволяющие исключить антибиотики и защитить печень животных и т.п.

использование в качестве ЗЦМ нового поколения, обеспечивающего оптимальный рост и развитие в молочный период выращивания и высокую продуктивность и репродуктивность во взрослом состоянии.

вывод на рынок натуральных биологически активных функциональных продуктов с доказанным иммуномодулирующим и гепатопротекторным действием – профилактика дисбактериозов, гепатитов, при диабетах т.д

Емкость только этих рынков практически способна потребить большую часть неиспользуемой сыворотки.

Оптимальным представляется перерабатывать сыворотку в тех регионах, где она и производится. В этих регионах может быть и потреблена основная часть производимой продукции. Такая организация позволяет избежать лишних затрат на транспортировку, сушку, хранение, эффективнее решать экологические проблемы, вовлекать мелких переработчиков молока и т.д и т.п

Затраты на оборудование для микробиологической переработки 50 – 100тн сыворотки в сутки по нашим оценкам составляют около 3-5 млн. у.е. Для 20 – регионов затраты составят соответственно 60 -100 млн у.е. В нашей стране в Минсельхозе, РАСХН, в сельхозвузах достаточно профессионалов которые бы могли разработать проекты привязки к молочным производствам, рецептуры продуктов и кормовых добавок, рекомендации по применению и т.д. Нетрудно видеть, что проект наряду с высокой социальной значимостью (здоровье населения, экология) имеет высокую экономическую привлекательность. Окупаемость затрат оценивается в 2-3 года.

Своей публикацией авторы надеются привлечь внимание переработчиков, потребителей и инвесторов, федеральные и региональные власти к инновационному проекту открывающему, по нашему мнению, огромные экономические и социальные перспективы. Поддержка представленного проекта федеральной властью (включение в нац проект «Здоровье нации»), Минсельхозом РФ, региональными инновационными фондами, РАСХН, Молочным союзом России, неминуемо повысило бы интерес частных инвесторов, производителей и переработчиков молока.


^ Список литературы

1. Храмцов А.Г. Рыночная концепция полного и рационального использования молочной сыворотки. – Молочная промышленность. 2006г, № 6

2. Залашко М.В. Биотехнология переработки молочной сыворотки. – М.: Агропромиздат, 1990.- 192с.

3. Феофилова Е. П. Царство грибов: гетерогенность физиолого-биохимических свойств и близость к растениям, животным и прокариотам//Прикладная биохимия и микробиология. 2001. Т. 37. № 2 

4. Григораш А.И., к.т.н, Макланов А.И., Бобров В.И., д.б.н., Окунев О.Н., к.б.н., Самойленко В.А., к.б.н., Терешина В.М., д.б.н., Феофилова Е.П., д.б.н. - Новое лекарственное средство из экстракта гриба Fusarium sambucinum обладающее высоким гепатопротекторным действием. Материалы четвертого всероссийского конгресса по медицинской микологии, 2006г, том IX

5. Экспериментальные исследования возможности нейтрализации развития острого алкогольного гепатита путем применения БАДов «флоравит», полученных способом глубинного культивирования гриба FUSARIUM SAMBUCINUM FUCKEL F-3051 (рег.номер ВКМ F-3051D) – Отчет Всероссийского научного центра по безопасности биологически активных веществ ОАО «ВНЦ БАВ», 2005г, МО, Купавна.

6 Григораш А.И., Лоенко Н.Н., Зайкина М.Ю., Буякова И.В. «Флоравит Э» - перспективы использования как регулятора репродуктивной функции человека - Материалы пятого всероссийского конгресса по медицинской микологии, 2007г, том IX, с 154-158.

7. Григораш А.И., Погорельская Л.В., Бредихина Н.А., Зайкина М.Ю., Трифонов А.В. «БАД «Флоравит Э» на основе экстрактов гриба Fusarium sambucinum – эффективный иммуномодулятор и адаптоген» - Материалы четвертого всероссийского конгресса по медицинской микологии, 2006г, том IX

8. Григораш А.И., Макланов А.И., Окунев О.Н., Самойленко В.А. - Биологически активный пищевой продукт на основе молочного сырья (варианты) – Патент №2268620, зарегистрирован 27.01.2006г.

9. А.Г.Храмцов, П.Г.Нестеренко «Рациональная переработка и использование белково-углеводного молочного сырья», «Мол. Промышленность», М., 1998 г
еще рефераты
Еще работы по разное