Лактоза (молочний цукор )

I. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО молочного цукру.

1.1. ПРИРОДА І СИНТЕЗ лактози.

Лактоза (молочний цукор) за сучасною номенклатурою вуглеводіввідноситься до класу олігосахаридів, а саме дисахаридів (біоз).

Перші відомості про молочному цукрі як складової частини молоказустрічаються в роботі італійського вченого Фабріціо Бертоллеті (1633 рік).
Випарівая молочну сироватку він отримав з неї «найважливішу сіль молока»,який писав під назвою «манна» - кашки - подібна маса. Молочнимцукром отримане речовина назвав Шель (1780 рік) встановив, що молочнийцукор належить до вуглеводів, і вніс його в цей ряд під назвою лактоза.
Хімічна формула лактози С12Н22О11, структурна

Н Н

АЛЕ - З С

Н - С - Н ОН - С - ОН

О О

Про

НО - С - Н НО - С - Н

Н - З НО - С - Н

Н - З Н - С

СН2ОН СН2ОН

Лактоза містить 12 пов'язаних атомів вуглецю 22 атома водню, 9гідроксильних атомів, 1 ефірний і 1 карбоксильних. Лактоза можесинтезуватися хімічним і біологічним шляхом. Теоретичний хімічнийсинтез лактози може бути здійснений з рівності
С6Н12О6 + С6Н12О6 (С12Н22О11 + Н2О глюкоза галактоза лактоза вода

Механізм біологічної освіти лактози в організмі лактуючимтварини до кінця ще не з'ясував. Якщо запропонувати, що лактозасинтезується в організмі, то єдиним джерелом синтезу її єглюкоза крові, принесена до вимені. Глюкоза просторової перебудовою
(галактозогенезом) перетворюється на галактозу. У молоці, крім лактози,міститься інші вуглеводи і їх похідні. Із моносахаридів (моноз)молока важливе значення має глюкоза і галактоза, які є структурнимиелементами молекули лактоза та її гідролізу.

2. ХІМІЧНІ І БІОХІМІЧНІ

властивості лактози.

Лактоза відноситься класу активних (відновлюють, редукуючихвуглеводів). Володіючи слабкими кислотними властивостями, вона пов'язуєприблизно 2 благаючи їдкого натру на 1 моль цукру. Різніфункціональні групи в структурі лактози обумовлюють її великухімічну активність. Циклічна форма лактози може переходити вальдегідної.

Глікозидний зв'язок між монозамі в лактози може бути гідролізуватихімічні або ферментотівно. Хімічний гідроліз лактози може бути викликанийдією сильних кислот (наприклад соляної). 1 р. лактози, нагріте до 100 (
С, повністю гідролізується на глюкозу і галактозу протягом 1 год в 100 мл
10% - ної сірчаної кислоти. Гідроліз соляною кислотою може протікати принизькій температурі (нижче 10 (С) і при нагріванні. Гідроліз лактозиздійснюється важче гідролізу сахарози, на практиці вважають, що лактозастійка в кислих розчинах.

У лужних розчинах лактоза окислюється до сахарінових кислот, а потімосмоляется - буріє. Лужний розпад лактози носять енольний характер ашвидкість його залежить від температури. У результаті нагрівання лактоза і йоговодні розчини значно змінюються, що визначає хімізмтехнологічних режимів. Кристали? - Гідрату при нагріванні до 87 (Спочинають плавиться, при 100 (С поступово втрачає кристалізаційну воду, апри 110 (С стає безводними.

Підвищення температури, лужна реакція середовища, збільшення концентрації,наявність іонів міді та заліза прискорюють освіти Меланоїдіни з цукру, втому числі і з лактози.

При виробництві молочного цукру мелоноідіновая реакція повинна бути поможливості виключена.

Лактоза порівняно легко піддається дії ферментівпродукуються мікроорганізмами. Розпад лактози здійснюється під дієюлактази, що продукується стінками кишечника та мікроорганізмами, при чомуфермент діє на? - І? форми лактози.

Теоретично по кількості молочної кислоти в молоці можна судити проступеня розкладанні лактози. Спрямований гідроліз лактози до монозздійснюється так само ферментом? - Галактозидаза. Лактоза нерозщеплюється ферментом пивних і хлібних дріжджів. На реакції бродіннялактози основа на виробництво кисломолочних продуктів, сирів. Приотриманні молочного цукру бродіння необхідно виключити.

1.3. ВИКОРИСТАННЯ молочного цукру.

виробляється промисловістю молочний цукор використовують приприготуванні медичних препаратів і в харчовій промисловості. Узалежно від споживачів молочна промисловість виробляти молочнийцукор трьох видів: для медичних препаратів рафінований; для антибіотиків, на технічні цілі та для рафінації - цукор - сирець; для харчової промисловості - очищений, або харчовою.

Використання при виробництві

медичних препаратів.

При виготовленні медичних препаратів молочного цукру використовують уяк інертного наповнювача, розріджувача або активного компоненту. Уцьому випадку абсолютно чистий інгредієнт - рафінований, що не впливає налікувальні властивості препарату. Вимоги якості обумовлюються вспеціальній статті Державної фармакопеї.

Зміст лактози можна визначити розрахунковим шляхом (сухі речовинимінус домішки, без урахування вмісту глюкози): для вироблення медичнихпрепаратів бажано, що б лактоза надходила в поліетиленових мішках врозмеленому вигляді і без сторонніх домішок, бактеріально чистої: загальнекількість клітин в 1 р., не більш 1000 сапрофітних бактерій; титр кишковоїпалички не нижче 3 м., відсутність бактерій групи салмонелла і анаеробів.

Складання середовищ для ферментації.

При виробництві антибіотиків одним з головних компонентів середовищ дляферментації є молочний цукор - сирець або крісталлізат молочногоцукру (45% лактози). Таке застосування молочного цукру обумовлено тим,що він, поволі зброджуваних, підтримує реакцію середовища, бажану длярозвитку антибіотиків. Цукор повинен бути стійким при зберіганні і матистандартний склад без сторонніх включень і домішок (особливо білків ісолей важких металів).

Використання в харчовій промисловості.

Молочний цукор в харчовій промисловості застосовують при виробництвідеяких видів карамелі, помадки, шоколаду та інших кондитерських виробів.
Лактоза стабілізує і поліпшує їх забарвлення, смак і запах.

У молочноконсервний промисловості лактозу застосовують якзатравки для кристалізації при виробництві згущеного молока. Використовують
«Рафінований молочний цукор, ретельно подрібнений у тонкий порошок,який просівають через сито не менше ніж 200 меш, тобто з 80 осередками на
1 пог. сита ».

Доведено, що існує зворотна залежність між кількістюзатравки і розміром кристалів лактози у згущеному молоці.

Розмір кристалів для затравки до 3 - 4 мкм обумовлений тим, щомаксимальні кристали лактози у молочних консервах рівні 10 - 25 мкм.

II. ТЕХНОЛОГІЧНІ СХЕМИ ОТРИМАННЯ молочного цукру.

Технологічні схеми отримання кожного виду молочного цукру включаютьсукупність прийомів і методів з видалення із сироватки несахаров
(баластних речовин). Для виділення молочного цукру необхіднопересичені розчини лактози, що досягається шляхом згущення сироватки.
Кристалізація лактози з зневоднюванням отриманих кристалівцентрифугуванням та сушінням забезпечує одержання готового продукту. Принеобхідності проводять повторну кристалізацію лактози або покращуютьочистку на стадіях технологічного процесу.

2.1 ВИРОБНИЦТВО молочного цукру - сирцю з ОЧИЩЕННЯ СИРОВАТКИ.

Первісна технологічна схема отримання молочного цукру - сирцювключала вогневу випарки сироватки з подальшим виділенням і відділеннямкристалів шляхом пресування. Для здійснення процесу використовували котелі важільний прес. Потім Г. Кутирін (78 (впровадив схему з випаровуваннямсироватки у відкритих котлах з кристалізацією лактози в цебра, відділеннямкристалів відшаровуванням та сушінням їх у сушарках з вогневим підігрівом. Процесудосконалили Чебатарев (1934) і співробітники Ленінградського хіміко -технологічного інституту молочної промисловості, запровадивши випарювання вконцентраторах А. Фіалкова.

А. Розанов (34 (розробив промислову схему виробництва цукру --сирцю з включенням спеціального устаткування: підігрівачів, вакуум -апаратів, центрифуг, фільтр - пресів і вакуум-сушарок. За результатамирозробки поточно-механізованої лінії виробництва молочного цукру -сирцю (А. Фіалков та І. Нейштадт, 1959) були створені ванни для відварюванняальбуміну, сушарки, кристалізатора.

Внесення реагентів здійснюють для коагуляції білків. Їх вносять унагріту сироватку для підкислення подсирочной сироватки до 30 - 35 (Т ірозкислення її до сирної сироватки до 10 - 15 (Т.

Сироватку підкислює молочною кислотою, яка утворюється в процесібродіння лактози. Кислотність спеціально приготовленої кислої сироваткидосягає 150 - 200 (Т, або 1500 г молочної кислоти на 100 л. Дляпідкислення можна так само використовувати соляну кислоту і трихлороцтової.
Сірчана кислота утворюється із солями кальцію нерозчинні з'єднання, щознижує ефективність випаровування.

Підкислення кислої сироватки та соляною кислотою за ефективністювидалення білка рівноцінні. Однак кислу сироватку слід заздалегідьприготувати і на утворення молочної кислоти витрачається лактоза, щопогіршує вихід готового продукту. Для підкислення 1 т переробляєтьсясироватки потрібно 150 - 200 л кислому. Підкислення 1 т сироватки кислою,виходячи із втрат лактози, обходиться в 1 р. 70 к. (Л. Соколова, 1955). Крімтого, ємність ванн або танків для приготування кислої сироватки складаєзазвичай 5 - 10 т, тобто вони займають значну площу.

При підкисленні соляною кислотою на 1 т сироватки потрібно більше двохлітрів (33%-ної концентрації). Її вартість (Углицький виробничо --експериментальний завод) становить 8 коп. При використанні соляноїкислоти не витрачається молочний цукор. Широке поширення соляноїкислоти в промисловості, незважаючи на її явну перевагу перед кислоїсироваткою, стримується труднощами при її внесення в сироватку, щопов'язано з токсичністю кислоти.

Під сирну сироватку можна підкислює меласою, отриманої відпопередніх виробок (Кобринський завод Брестської області, І. Гнатюк). Прицьому не потрібно спеціальних реагентів і використовується частина лактози,що міститься в меласі. Бажана кислотність сироватки після підкисленнямеласою дорівнює 20 - 25 (Т.

Сироватку розкислють розчинами лугів NaOH, Ca (OH) 2, Na2CO3.

При розкислення вуглекислим натрієм сироватка в процесі переробкисильно спінюється, що обмежує його застосування в промисловості.
Гідроокис кальцію також не знайшла широкого розповсюдження впромисловості, що пояснюється трудомісткістю приготування вапняногомолока. Крім того, у цьому випадку крісталлізат має тенденцію дозагустіння, а на що гріє поверхні вакуум - апарату з'являєтьсязначний осад у вигляді молочного каменю.

Випробування кислотно-лужного способу (HCl + NaOH) очищення сироватки,проведені на Углицькому виробничо-експериментальному заводі, ранішевикористав кислотної (HCl) і соляно-вапняний способи, показники,що як молочного цукру не знижується, а в порівнянні із застосуваннямкислотного способу навіть дещо поліпшується. Крісталлізат зберігаєтекучу консистенцію, зменшуються відкладення нагару на гріючих поверхняхвипарних апаратів.

Поява нагару залежить головним чином від наявності кальцію, томуцікаво простежити за його змінами в процесі коагуляції білковоїсироватки.

При розкислення сироватки вапняним молоком кількість кальцію вочищеної сироватці збільшується. Отже, частина кальцію, введеногов сироватку, залишається в розчині сприяючи надалі випарюванняопадів на гріючий поверхню вакуум-апарата і загустіння крісталлізатапри зберіганні. Частина кальцію залишається у сироватці після хлоркальціевогоспособу коагуляції.

Проведені дослідження підтверджують доцільність кислотно -лужного способу коагуляції з використанням для розкислення розчинуїдкого натру.

Для внесення лугу рекомендується використовувати установку.

Кількість реагентів, необхідних для зміни кислотної сироватки,можна розрахувати за формулою:

Кп * Кн

Кр = Кф де Кр - кількість реагентів для зміни кислотності сироватки;

Кп - кількість реагентів, на яку необхідно змінити кислотністьсироватки;

Кн - величина градусів, на яку необхідно змінити кислотністьсироватки;

Кф - величина градусів, на яку змінилася кислотність сироватки апопередньої пробі.

Очищення сироватки здійснюється після після обробки реагентами. Їїзалишають для відстою пластівців білка на 1 - 1,5 ч. Частина пластівців білкаспливає (особливо при обробці свіжої сироватки), а частина осідає вконусну частину ванни. Про закінчення відстою судять по прозорості сироватки зурахуванням попередніх виробок. Для контролю можна рекомендуватипопередньо спускати сироватку, спостерігаючи за кольором рідини. Зливаютьсироватку, поступово знижуючи рухому трубу або через патрубок,встановлений на рівні відстою альбумінів молока.

Після відстою сироватку фільтрують через тканину або центріфугіруют наочисники (167 (. Цикл роботи очисника залежить від ступеняпопереднього відстою (його визначають практично). Звичайно через одиночиститель продуктивність 5000 л/год можна пропускати до 8 т відстояноюсироватки (дві ванни). Слід ретельно стежити за змащенням очисника, такяк він працює при підвищених температурах (85 - 90 (С).

Чистка сироватки збирається в проміжну ємність (танк) знержавіючої сталі або емальований, звідки направляється на згущення.

Згущення сироватки здійснюють на вакуум-апаратах. Апарат длязгущення сироватки під вакуумом повинен бути герметичним з підведенням тепла івидаленням з нього повітря (розрядження) до необхідної температури кипіння.
Ступінь розрідження виражають величиною абсолютного тиску, чи вакууму.
Вторинний або соковий, пара, що утворюється при кипінні сироватки,конденсується при зіткненні з холодною водою або стінкою,охолоджуваної водою. Повітря, що надходить у апарат з сироваткою і через нещільності, видаляють пором паровими і і механічними вакуум-насосами.
Застосовують випарні підібрані лише з нержавіючої сталі.

Кристалізація лактози здійснюється з урахуванням якості сиропу потривалому (до 35 ч) або прискореного (до 15 ч) режимам. Для контролю завідходом процесу можна скористатися температурами. Про правильністьпроведення процесу можна судити за формою (піраміда) та розміром (у середньому
0,5 мм) кристалів, вмістом лактози в меласі і консистенціїкрісталлізата.

Конструкція кристалізатора забезпечує виконання всіхтехнологічних операцій процесу виділення лактози з сиропу.

Крісталіззат, звільнений від хлопьевідний білкового осаду іпромиті водою, на центрифугування на центрифуги фільтруючого типу,фактор поділу перевищує 500. У виробництві молочного цукру використовуютьцентрифугу ОЦС фільтруючого типу, періодичної дії з ручною верхнійвивантаженням осаду.