Нанобиомембранные технологии на основе кластеров молочной сыворотки

Молочная сыворотка, ее компоненты и их производные являются ценнейшим сырьем для переработки в пищевые продукты. На рис. 5.7 приведена предложенная А. Г. Храмцовым биотехнологическая система (БТС) молочной сыворотки, смоделированная по аналогии с молоком.

Таблица 5.3

Дисперсный состав молочной сыворотки

Компонент сыворотки

Размер молекулы или частицы, нм

Объем, занимаемый молекулой или частицей, %

Вода

0,1-0,2

90,1

Жир

200-10000

4,2

Казеин

40-300

2,3

а-Лактальбумин

5-20

0,3

Р-Лактоглобулин

25-50

0,08

Молочный сахар

1,0-1,5

3,02

Минеральные соли

0,1-1,0

0,1

Биологические активные вещества (БАВ)

0,1-100

0,01

Анализируя данные табл. 5.3 в контексте состава и размеров дисперсных компонентов (молочный жир на уровне 2 мкм — эмульсия, мицеллы казеина более 100 нм — коллоиды), следует сделать очень важный вывод: молочная сыворотка является идеальным сырьем для нанотехнологических операций. Более 80 % сухого вещества (не считая воды) представлено компонентами, размер которых идеализирован к нанообласти: лактоза (70 %) — на уровне I нм; минеральный комплекс (в основном) — менее 1 нм в диссоциированном

  • (молекулы и атомы) состоянии; сывороточные белки (от 10 нм) полностью соответствуют структуре нанокластеров.
  • ? Микробный пул Ферментные остатки /

Фаза суспензии !

Фаза

эмульсии

Жир

Са(РО,)

Казеиновые"' частицы»

Фаза истинного раствора

Вода

Свободная вода

Химически связанная вода

Физически

связанная вода

NaCl NaNO CaCl

1 идратация

Коллоидная фаза

Сывороточные белки

0 -[Са ,/(РО4)2],

Фаза эмульсии

Схема дисперсных фаз БТС

Рис. 5.7. Схема дисперсных фаз БТС: а — молочной сыворотки; б — молока

Кратко остановимся на компонентах и производных, которые все больше привлекают внимание, в том числе с точки зрения коммерциализации продуктов.

Липидный комплекс молочной сыворотки (рис. 5.8) представлен в основном молочным жиром и занимает небольшой объем в сухом веществе.

Структура молочного жира

Рис. 5.8. Структура молочного жира:

а — насыщенные однокислотные; б, в, г — насыщенные двухкислотные; д — насыщенные разнокислотные; е — олеодинасыщенные

Извлечение молочного жира (на уровне до 0,1 %) в достаточной мере отработано центрифугированием, но актуальной является микрофильтрация. Проблематичным всегда являлось удаление сырной пыли, даже в двухкамерных саморазгружающихся сепараторах. Получаемые так называемые подсырные сливки достойны рационального применения (молочный жир идентичен исходному молоку). В перспективе видится комплексное извлечение казеиновой пыли, молочного жира и, возможно, сывороточных белков в виде липидного казеин-альбуминового концентрата под брэндом «ЛипКА».

Белковый комплекс молочной сыворотки исключительно разнообразен (аналог крови) и постоянно пополняется. Андерс Стин Йоргенсен в 2008 году сообщил об открытии новой фракции белков молочной сыворотки — остеопатина (в названии суть — наши суставы). Ранее открытые альбумин и глобулин дополнены лактоферрином, ангиогеиииом, L-кариитииом и другими белками, которые выпускаются (пока за рубежом). И здесь уже не обойтись без наноби-омембранной технологии. Например, А. Г. Храмцов демонстрирует феномен создания нанотрубок (рис. 5.9), которые приемами нанотехнологии формируются из обычного для отрасли альбуминового молока.

Формирование структуры нанотрубок из белков молочной сыворотки

Рис. 5.9. Формирование структуры нанотрубок из белков молочной сыворотки

Получение «нанотрубок» осуществляется «отвариванием» (тепловая денатурация). А затем путем специальной физико-химической обработки кластеров формируются нанотрубки, из которых получают желательные ингредиенты, например, полноценные низкокалорийные (и дешевые) заменители жира.

Главный в сухом веществе молочной сыворотки — углеводный комплекс, представленный уникальным дисахаридом животного происхождения, лактозой. Переработка и использование продуктов из молочной сыворотки обходятся дешевле, чем производство эквивалентного количества молока в сельском хозяйстве. Кроме того, затраты на очистку сточных вод от попавших в них молочных продуктов (в частности, сыворотки) в ряде случаев сравнимы и даже выше затрат на организацию сбора и промышленной переработки молочной сыворотки.

С экономической точки зрения целесообразно развивать мембранные методы обработки (гиперфильтрация микро-, ультра-, нанофильтрация, обратный осмос; электродиализ, ионный обмен; сорбция-десорбция) для выделения ценных компонентов молочной сыворотки. Эти методы относительно малоэнергоемки и позволяют в ряде случаев проводить технологический процесс при пониженных температурах (8-10 °C), что дает возможность сохранить полезные (нативные) свойства обрабатываемого сырья, получаемых продуктов и полуфабрикатов (например, остается неденатурированный белок, сохраняются витамины, ферменты и др.). На рис. 5.10 приведена простейшая нанобиотехнологическая процедура с лактозой молочной сыворотки — ее гидролиз до моноз.

Лактоза

1 нм

Фермент

Н20

Схема гидролиза лактозы

Рис. 5.10. Схема гидролиза лактозы

p-D-Глюкоза ~ 0,5 нм

Уникальность этой простой и доступной (отработана на практике) нанооперации (1 нм) позволяет исключить так называемую непереносимость молока. В России на МК «Ставропольский» по программе «Здоровый город» освоено производство низколактозного молока.

В настоящее время лидером по реализации инновационных разработок в области нанобиомембранных технологий обработки молочной сыворотки является ООО «МЕГА ПрофиЛайн». На рис. 5.11 приведен уникальный модуль для мембранной фильтрации биотехнологических систем (микро-, ультра-, нанофильтрации и обратного осмоса), изготовленный в рамках творческого сотрудничества с фирмой GEA (Дания), и серийно выпускаемая промышленная электродиализная установка фирмы «МЕГА» (Чехия).

Полифункциональный модуль (а) и промышленная установка (б) электро-, баромембранной обработки молочной сыворотки

Рис. 5.11. Полифункциональный модуль (а) и промышленная установка (б) электро-, баромембранной обработки молочной сыворотки

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >