Производство алкогольных напитков из молочной сыворотки
Из молочной сыворотки производство алкогольных напитков возможно как на основе брожения лактозы, так и на основе её окисления. Технология отдельных напитков предусматривает одновременно оба процесса. Вырабатывают напитки с различным содержанием этилового спирта. Условно все напитки можно подразделит на четыре группы: пивоподобные, виноподобные, крепкие напитки и этиловый спирт.
6.5.1 Пивоподобные напитки
Пивоподобные напитки из молочной сыворотки можно условно разделить на следующие виды: пиво из сыворотки без добавления солода с использованием для ферментации дрожжей, сбраживающих лактозу; пиво с солодом и добавлением 30 % сыворотки, варится с хмелем и сбраживается пивными дрожжами глубинного брожения; сладкое пиво с солодом и добавлением 50 % сыворотки, крахмала и сахарного сиропа, варится с хмелем и сбраживается дрожжами верхнего брожения; пиво диетическое из осветленной сыворотки, варят с хмелем, добавляют смеси солей и ферментируют лактозу; специальный напиток из сыворотки по типу пива диетического с добавлением гидролизата крахмала и витаминов.
Такое многообразие пивоподобных напитков обусловлено свойствами молочной сыворотки, которая содержит вещества подобные коллоидам пивного сусла, имеет вязкую консистенцию и обладает хорошей способностью связывать углекислоту; имеет подобно пивному суслу высокую концентрацию солей. Некоторые составные части сыворотки после продолжительного теплового воздействия образуют вещества, похожие на вкус и запах солода; сладость лактозы невелика и не влияет на вкус конечного продукта.
Пивоподобные напитки с добавлением молочной сыворотки вырабатывают по обычной технологии пива. Молочную сыворотку нагревают до температуры 93 – 95 0С, выдерживают при этой температуре в течение 15 – 30 мин и отделяют денатурированные белки. Осветленную сыворотку в количестве 10 % от общего объема, предназначенного для внесения в пиво, вводят в затор до главного превращения крахмала солода в сахар. оставшуюся часть сыворотки можно вносить на любой стадии процесса выработки пива.
Полученное сывороточное пиво по составу мало отличается от обычного, но содержит в 2 – 3 раза меньше алкоголя (около 1,5 %), оно богато экстрактивными веществами (около 8 %), их содержание в 2 раза больше, чем в обычном пиве. По вкусу, запаху, внешнему виду, зрелости и пенистости пиво, изготовленное с добавлением сыворотки, почти не отличается от обычного пива.
Пиво молочное "Бодрость" вырабатывают из молочной сыворотки с использованием хмеля, молочного сахара-сырца или сахарозы, дрожжей, сбраживающих лактозу или сбраживающих сахарозу.
Технология производства молочного пива "Бодрость" осуществляется в следующей последовательности: приемка сырья и оценка его качества; осветление молочной сыворотки и нормализация по углеводам; тепловая обработка смеси сыворотки с хмелем; главное брожение; дображивание; розлив и упаковка готового продукта.
В качестве сырья для производства молочного пива используют подсырную или творожную сыворотку, допускается также использовать фильтрат молочной сыворотки. Сыворотку очищают от казеиновой пыли и жира, нагревают до температуры 95 – 97 0С. выдерживают при этой температуре 20 – 30 мин и одним из известных способов отделяют денатурированные сывороточные белки. Для повышения эффективности брожения содержание углеводов доводят до 10 – 12 %. Достичь этого можно путем концентрации осветленной сыворотки, внесением лактозы или сахарозы.
В подготовленную сыворотку добавляют 0,3 % хмеля и смесь кипятят в течение часа. Такая операция придает продукту соответствующий вкусовой букет и увеличивает степень выделения белковых соединений. Охмеленное сусло направляют на сепаратор-осветлитель либо на фильтр-пресс для отделения дополнительно денатурированных белков и отработанного хмеля. Осветленное охмеленное сусло охлаждают до температуры брожения, которая зависит от вида и штамма дрожжей.
Для проведения брожения готовят дрожжевую закваску. В качестве дрожжевой закваски используют любой вид и штамм молочных дрожжей, способных сбраживать лактозу в этиловый спирт. При внесении в сыворотку сахарозы используют пивные дрожжи. В лаборатории дрожжи выращивают из чистой культуры, получаемой в пробирках. Культивирование осуществляют в четыре стадии с продолжительностью каждой 16 – 24 ч. Дрожжи чистой культуры, полученные на четвертой стадии, используют в качестве засевного материала при выращивании производственных дрожжей.
В осветленное охмеленное сусло с оптимальной температурой для конкретного вида дрожжей вносят производственную закваску из расчета 15 – 20 % от объемов перерабатываемого сырья. Главное брожение осуществляют в ферментерах в течение 48 – 60 ч до прекращения бурного выделения углекислого газа. В течение первых суток каждые 6 ч производится перемешивание сусла.
По окончании главного брожения сусло направляют на дображивание. Его охлаждают до температуры 6 0С и выдерживают при этой температуре в течение 10 дней. За этот период происходит насыщение продукта углекислотой, созревание и осветление. Дрожжи и взвешенные частицы осадают на дно резервуара.
Готовый продукт разливают в бочки, фляги, автомобильные цистерны. Молочное пиво хранят при температуре не выше 6 0С не более 72 ч.
6.5.2 Виноподобные напитки из молочной сыворотки известны давно, но широкого промышленного внедрения не получили. Одной из причин этого является длительность технологического цикла и необходимость строительства специализированного цеха, т.к. выпуск этих продуктов в одном помещении с другими молочными продуктами недопустим.
Сывороточный напиток типа шампанского может быть приготовлен различными способами. По одному из них технологический процесс осуществляется в следующей последовательности: приемка и оценка качества творожной сыворотки; подготовка сыворотки к брожению; брожение заквашенной сыворотки; охлаждение и созревание напитка; розлив, упаковка и доохлаждение упакованного напитка.
Творожную сыворотку с кислотностью 60 – 70 0Т, очищенную от казеиновой пыли и жира, нагревают до температуры 92 – 95 0С, выдерживают при этой температуре 45 – 60 мин и удаляют денатурированный белок одним из известных способов (отстой и декантация, фильтрование, центрифугирование). Осветленную сыворотку охлаждают до 28 0С заквашивают 5 % дрожжевой закваски. Дрожжевую закваску готовят на пастеризованной и охлажденной до 28 – 30 0С сыворотке. В подготовленную сыворотку вносят 10 % сахара и 1 – 2 % хлебных дрожжей, предварительно растертых в небольшом количестве сыворотки. Смесь тщательно перемешивают и оставляют при температуре 28 0С на созревание до появления на поверхности пены, дрожжевого вкуса и запах и мелких пузырьков газа. После этого закваску фильтруют и вносят в подготовленную к сквашиванию сыворотку. В заквашенную сыворотку вносят сахар-песок в количестве 50 % от массы сыворотки и жженку в количестве 0,1 – 0,2 %. Сахар добавляют в виде сахарного сиропа, приготовленного на сыворотке в соотношении 1 : 1 и отфильтрованного. Для придания напитку приятного аромата в смесь добавляют ароматические вещества (экстракты или эссенции) в количестве 0,1 %. Смесь перемешивают и оставляют на созревание в течение 5 – 8 ч до появления на поверхности пены. Созревший напиток охлаждают, разливают в бутылки, выдерживают в холодильной камере 2 – 4 ч. Процесс изготовления после этого считается законченным и напиток готов к употреблению.
Шампанское молочное «Идеал» вырабатывают из молочной сыворотки с использованием молочного сахара-сырца или сахарозы. Технология напитка разработана сотрудниками кафедры технологии молока и молочных продуктов СевКавГТУ.
Технологический процесс производства включает следующие операции: приемка сырья и оценка его качества; нормализация сырья по углеводам; тепловая обработка и осветление смеси; заквашивание и брожение смеси; очистка сброженной смеси; розлив и упаковка готового напитка.
Молочную сыворотку, очищенную от казеиновой пыли и жира, направляют в емкость для отваривания альбумина, в сыворотку вносят молочный сахар, смесь перемешивают до полного растворения сахара, нагревают до температуры 90 – 95 0С, выдерживают при этой температуре 45 – 60 мин и отделяют денатурированные сывороточные белки. Осветленную сыворотку охлаждают до температуры 20 – 25 0С, проверяют рН, которая должна составлять 4,5 – 5,0, и при необходимости корректируют.
Дрожжевую закваску готовят на осветленной пастеризованной сыворотке. Для этого используют чистые культуры молочных дрожжей, сбраживающих лактозу. Для активизации роста дрожжей в лабораторных условиях к осветленной сыворотке добавляют 0,05 % никотиновой кислоты. Выращивают их без аэрации питательной среды. Процесс приготовления засевной культуры идет в четыре этапа. На первом этапе засев производят с косого агарового среза и получают 5 мл дрожжевой разводки, которую используют в качестве засевного материала для второго этапа, получая 50 мл дрожжевой разводки. На третьем этапе количество засевного материала увеличивается до 500 мл, а на четвертом этапе получают 7,5 л дрожжевой разводки. Эта дрожжевая разводка и служит для получения производственных дрожжей. Продолжительность процесса на каждой стадии составляет 18 – 24 ч.
Выращивание производственных дрожжей осуществляют в двух реакторах с подводом воздуха. Полезный объем первого реактора должен быть не менее 0,25 м3, второго – 2,5 м3. Режимы выращивания культуры в реакторах те же, что и в лабораторных условиях, но процесс проходит при постоянной аэрации. Продолжительность периода размножения дрожжей в каждом реакторе длится 10 – 12 ч. Все содержимое первого реактора, после завершения процесса размножения, служит засевным материалом для второго реактора. После завершения процесса выращивания культуры во втором реакторе 20 % дрожжевой разводки направляют в первый реактор для повторения цикла, а остальное количество сепарируют, получая дрожжевое молоко и микробную массу.
В осветленную и подготовленную к заквашиванию молочную сыворотку вводят дрожжевое молоко по рецептуре, перемешивают и выдерживают при постоянной аэрации 10 ч, затем доступ воздуха прекращают и проводят брожение в течение 24 – 48 ч. После завершения процесса брожения, смесь осветляют на сепараторе-осветлителе и охлаждают до температуры 6 0С.
Готовый продукт фасуют в автомобильные цистерны с термоизоляцией. Молочное шампанское «Идеал» хранят при температуре не выше 6 0С не более 72 ч.
Напиток типа вина столового из молочной сыворотки вырабатывают из творожной или подсырной сыворотки с добавлением сахарозы, вкусовых и ароматических веществ. Технология продукта разработана сотрудниками института микробиологии АН Беларуси.
Технологический процесс производства этого напитка осуществляется в следующей последовательности: приемка и оценка качества сырья; подготовка сырья к ферментации; внесение лактосбраживающих дрожжей и сбраживание лактозы; внесение сахарозы, винных дрожжей и сбраживание сахарозы; купажирование смеси; ультрафильтрация смеси; пастеризация, охлаждение и розлив готового продукта.
Вырабатывают напиток из творожной или подсырной сыоротки. Из сыворотки удаляют казеиновую пыль и молочный жир сепарированием, сыворотку нагревают до температуры 92 – 95 0С, выдерживают при этой температуре 45 – 60 мин, отделяют денатурированные сывороточные белки и охлаждают до 28 0С. допускается выделение сывороточных белков проводить с использованием ультрафильтрационных установок. В этом случае осветленную сыворотку пастеризуют при температуре 93 0С с выдержкой 15 – 20 с и охлаждают до 28 0С.
В подготовленную сыворотку вносят дрожжи, сбраживающие лактозу, типа Kluyveromyces и проводят сбраживание до полной утилизации лактозы. В сброженную сыворотку вносят сахарозу с таким расчетом, чтобы суммарное содержание сахаров (первоначальное содержание лактозы внесенная сахароза) составляло 21 – 22 %, а также культуру винных дрожжей рода Saccharomyces. Винные дрожжи трансформируют сахарозу в спирт и придают полученному напитку вкус и аромат столового белого вина. Процесс брожения на втором этапе ведут при температуре 26 – 28 0С и периодическом перемешивании, длительность процесса составляет 96 – 144 ч. Продолжительность процесса брожения можно регулировать количеством внесенных дрожжей, чем больше вносится дрожжей, тем быстрее завершается процесс брожения. После окончания брожения дрожжевые клетки удаляют сепарированием на сепараторах-осветлителях.
Для улучшения органолептических свойств напиток купажируют. В купаж входят: сахарный сироп, лимонная кислота и ароматизаторы. Допускается использовать готовые купажи, применяемые при производстве виноградных и плодово-ягодных вин.
Купажированный напиток очищают на ультрафильтрационной установке, охлаждают и разливают. Готовый продукт представляет собой прозрачную жидкость золотисто-соломенного цвета, по вкусу и запаху напоминающее белое столовое вино.
Напиток типа вина херес из молочной сыворотки вырабатывают из творожной или подсырной сыворотки с добавлением сахарозы и пекарских дрожжей. Технологический процесс выработки продукта осуществляется в следующей последовательности: приемка сырья и оценка его качества; подготовка сыворотки к брожению; брожение сывороточной смеси; осветление сброженной сыворотки и созревание; концентрирование смеси замораживанием; стабилизация аромата готового напитка.
В осветленную тепловым способом сыворотку добавляли сахар-песок в соотношении от 2,5 : 1,0 до 9,0 : 1,0 и пекарские дрожжи в количестве 1,2 – 9,9 %. Смесь тщательно перемешивали и оставляли на брожение в течение 3,5 месяцев. В первые несколько дней, температуру поддерживали в пределах 15 – 22 0С и постепенно снижали до 10 – 19 0С. Через 10 дней брожения на поверхности образуется черная корка, которую необходимо удалить. В последствии поверхность смеси покрывает маслянистая пленка, которую также удаляют. После окончания брожения верхнюю осветленную часть жидкости сливают, оставляя осадок на дне, и направляют на созревание. Созревание осветленного виноматериала проводят при температуре 7 – 10 0С в течение 10 – 54 суток. В этот период стабилизируется вкус и аромат напитка. После этого жидкость охлаждают, помещая в камеру с температурой минус 23 0С, и выдерживают несколько дней. Затем замерзшую воду удаляют. Благодаря этому происходит концентрация сухих и ароматических веществ напитка. Для стабилизации вкуса и аромата напиток выдерживают несколько дней при температуре 10 0С. После этого напиток готов к употреблению. Готовый продукт по органолептическим показателям соответствует вину херес.
^ 6.6 Производство крепких алкогольных напитков из молочной сыворотки
6.6.1 Производство крепких алкогольных напитков из молочной сыворотки
Способ получения крепкого алкогольного напитка из молочной сыворотки разработан в НПО "Углич". Продукт назван "Водка Угличская". Водка имеет крепость 42 об% и обладает специфическими вкусовыми достоинствами. Технологический процесс производства напитка осуществляется в следующей последовательности: приемка и оценка качества сырья; подготовка сыворотки к спиртовому брожению; засев подготовленной сыворотки чистой культурой-продуцентом; спиртовое брожение; перегонка бражки и получение спирта-сырца; обработка спирта-сырца молочными компонентами; ректификация обработанного спирта-сырца и получение спирта-ректификата; составление смеси из спирта-ректификата и глубоко очищенной сывороткой; розлив и упаковка готового продукта. Технологический процесс получения спирта-сырца практически идет по технологии получения спирта-ректификата. Отличие заключается в том, что сбраживают натуральную осветленную сыворотку, а в состав закваски входят дрожжи: Candida pseudotropicalis расы SK и 85; Torulopsis sphaerica раса SK; Torulopsis sphaerica раса PA. Длительность брожения составляют 48 ч.
Для улучшения органолептических показателей в полученный спирт-сырец вносят обезжиренное молоко из расчета 5 – 10 % от массы спирта. Смесь выдерживают 20 – 60 мин при температуре 20 – 30 0С, отделяют денатурированные сывороточные белки, а спирт направляют на ректификацию. Очищенный спирт смешивают с глубокоочищенной молочной сывороткой в соотношении от 1:1 до 1:2. Полученный алкогольный напиток фасуют и укупоривают по обычной технологии.
^ 6.6.2 Спирт из молочной сыворотки
Промышленное производство спирта из молочной сыворотки начато в различных странах более 20 лет назад. Первая промышленная установка для получения этилового спирта из молочной сыворотки создана на предприятии фирмы «Carbery Creamer Products» в 1978 г. в Ирландии. Производство осуществляли из подсырной сыворотки по методу «APV-Carbery process». Пермеат подсырной сыворотки после ультрафильтрации охлаждали до 30°С, подавали в ферментер и добавляли культуры
В Дании разработан процесс получения спирта из пермеата сыворотки. В процессе использованы дрожжи Kluyveromyces fragilis. Он включает ультрафильтрацию сыворотки, ферментацию пермеата, центрифугирование и дистиллирование. Выход спирта составляет 80 % от теоретического. Из 41 л. пермеата с 4,5 % лактозы получен 1 л. спирта.
В Италии пермеат сбраживали культурой дрожжей Kluyveromyces fragilis, выращенной на искусственных субстратах. Перед внесением дрожжей в пермеате регулировали величину рН дрожжей Kluyveromyces fragilis, Kluyveromyces lactis, Candida pseudotropicalis. В начале процесса доступ воздуха дозируют, чтобы рост дрожжей был минимальным во избежании потребления ими лактозы вместо перевода ее в спирт. После окончания процесса ферментации бражку перегоняют. При переработке 600 тыс.т сыворотки в день получали 25 тыс.л 95,5 % спирта.
Установка для выработки спирта из сывороточного пермеата работала также на заводе датской фирмы De - Danke Garyng. Производительность ее по переработке пермеата - 400 тыс.л в сутки или 10 тыс.л спирта-сырца.
Одними из первых начали производство спирта из сыворотки на установках собственной конструкции также фирмы Kraft (США) и Eupress Dairis (Великобритания). В дальнейшем это производство начали осваивать и другие фирмы.
Процесс брожения в сыворотке или ее пермеате с низкой концентрацией лактозы непродолжителен, однако эффективность переработки (количество спирта полученного из единицы сырья) невелика по сравнению с другими субстратами. Поэтому более целесообразно использовать концентрированную сыворотку. В связи с этим исследования последних лет ведутся в этом направлении.
Культивируя различные виды и штаммы дрожжей на средах с различной концентрацией глюкозы и лактозы выявлено, что некоторые штаммы могут сбраживать лактозу 20 % концентрации, в то время как другие способны сбраживать лактозу лишь при низкой концентрации ее в среде.
Zall R.R. внося дрожжи Kluyveromyces fragilis в сыворотку с постоянно повышающейся концентрацией лактозы получил штаммы хорошо адаптирующиеся в концентратах с высоким содержанием лактозы. Адаптированные дрожжи вносили в сывороточные концентраты с 27 % лактозы и получили высокий выход спирта.
Известен способ, по которому концентрат сыворотки для брожения получают восстановлением сухой сыворотки распылительной сушки до приготовления жидкого продукта с содержанием общих сухих веществ 36 %. Из полученного раствора отделяют белки методом ультрафильтрации. Пермеат деминерализуют. Полученный субстрат содержит 24 % лактозы и имеет рН 4,8. Заквашивают дрожжами Kluyveromyces fragilis NRRLY 2415. Этот штамм продуцирует 108,8 г этанола из 1 л., что составляет 84,3 % от теоретического выхода.
Концентрирование сыворотки можно проводить также методом обратного осмоса. Так, в Великобритании запатентован способ получения этилового спирта из сыворотки, включающий предварительное удаление белка, концентрирование полученной безбелковой массы до содержания лактозы около 7 г/л, сбраживание полученного концентрата до этилового спирта и перегонку. Выделение белка проводят с помощью ультрафильтрации, концентрирование полученного раствора с помощью обратного осмоса. Для сбраживания используют культуру Candida pseudotropicalis NSYC 744. До сбраживания предусматривается введение в концентрат питательных солей, доведение рН до 4 – 5 и поддержание температуры в процессе брожения в пределах 20-35 °С.
Обширные исследования в ряде стран с развитой молочной промышленностью проведены в направлении получения этанола из сыворотки с помощью иммобилизованных клеток, сбраживающих лактозу а также с помощью иммобилизации неусваивающих лактозу дрожжей вместе с β - галактозидазой.
В Финляндии проведены работы по получению этанола из сыворотки с помощью иммобилизированных клеток Kluyveromyces fragilis. По этому способу клетки дрожжей включали в кальций-альгинатный гель. Были проведены Периодический и непрерывный способы получения этанолу Выход спирта в периодических условиях брожения составлял 92,6 и 83,3 % от теоретического при массовой доле лактозы в сыворотке 5 и 10 % и времени брожения 16 и 31 ч. В непрерывных условиях выход спирта (80-90 %) при концентрации лактозы 5 /о и рН 3 0 оставался постоянным в течение трех недель, а затем падал.
В Германии проведены исследования по иммобилизации tplCTOK Saccharomyces cerevisiae и Zymomonas mobilise помощью β - галактозидазы из Aspergillus orysae. Коиммобилизацию осуществляли двумя различными методами. В первом случае дрожжевые клетки обрабатывали β - галактозидазой, затем глутаровым альдегидом в присутствии таннина. В результате образовывались небольшого размера частицы, состоящие из одних клеток с активным внешним ферментным покрытием. Во втором случае бактерии Zymomonas mobilis, обработанные β - галактозидазой, включали в алыинатные шарики диаметром 2-4 мм. В результате иммобилизации изменялись некоторые свойства фермента. Так, связанная лактаза имела гораздо большую активность, чем нативная, оптимум рН для свободной лактазы составлял 4,7-5,2, а для связанной - 4,0-4,5, скорость сбраживания иммобилизованного на микроорганизмах фермента снизилась по сравнению с нативиым на 30 %. Основным недостатком периодического сбраживания с иммобилизованной системой является потеря активности фермента от одной загрузки колонки к другой.
В Швеции также проводились исследования по совместной иммобилизации фермента β - галактозидаза и дрожжей Saccharomyces fragilis на носителе для последующей обработки пермеата сыворотки с целью получения этанола. В качестве носителя использованы гранулы альгината которым заполняли колонку и пропускали через нее сывороточный пермеат. Элюат, содержащий 1,3 и 1,5 % этанола получали из сладкой сыворотки или подкисленного концентрата сыворотки. Использовали колонки со слоем адсорбента 7,5 мм при 30 °С и скорости потока 2,3 мл/ч. При работе реактора в течение 2 месяцев не наблюдалось уменьшение выхода спирта.
В США разработан способ получения этанола из смеси сыворотки и отходов кондитерского производства в соотношении 7 : 1. Полученная смесь содержит 18 - 20 % сухих веществ, 0,7 % золы и 0,7 % белка. Смесь обрабатывают препаратом газолаза, содержащим ферменты расщепляющие углеводы или лактазой, а затем сбраживают дрожжами Saccharomyces cerevisiae или смесью этих дрожжей cKluyveromyces fragilis при температуре 32 °С.
В Польше запатентован способ по которому ультрафильтрат сыворотки или ее сгущенный в 2 - 3 раза раствор подкисляют до рН 4 - 6, пастеризуют, охлаждают до температуры брожения и вносят дрожжи сбраживающие лактозу в спирт. После проведения брожения полученную массу смешивают с пастеризованной свеклосахарной мелассой, добавляют дрожжи Saccharomyces cerevisiae и снова проводят брожение. Из полученной бражки отделяют спирт известными способами.
Спирт полученный из сыворотки может быть использован в различных отраслях народного хозяйства, в том числе для приготовления крепких алкогольных напитков.
