В зависимости от требований потребителей молочная промышленность производит сахар следующих видов:
−рафинированный и фармакопейный — медицинские препараты;
−пищевой — пищевые продукты;
−сахар-сырец (техническая лактоза по стандарту ММФ) — сырье для ферментации, рафинации и на технические цели.
Рафинированный молочный сахар с минимальными примесями, отсутствием моноз (глюкозы, галактозы) и посторонних углеводов (крахмала, декстрина) относится к фармакопейному.
При использовании в качестве затравки при кристаллизации лактозы (сгущенное молоко, мороженое) рафинированный или пищевой молочный сахар подвергают тонкому размолу до размера 3…4мкм, но не более 10мкм. В качестве внутрипромышленного полуфабриката, а иногда как сырье для ферментации вырабатывают кристаллизат молочного сахара (сывороточный сироп) с массовой долей лактозы не менее 45 %.
Сырьем для производства молочного сахара служит молочная сыворотка, доброкачественность (или чистота) которой по лактозе превышает 70 ед. Под доброкачественностью (чистотой) применительно к технологии молочного сахара понимают отношение массовых долей лактозы и сухих веществ. Кроме того, молочная сыворотка, являясь побочным продуктом, значительно дешевле цельного и обезжиренного молока. Наиболее предпочтительны подсырная сыворотка, что связано с ее высокой доброкачественностью, и ультрафильтраты.
Лактоза находит широкое применение в различных областях промышленности. В фармацевтической промышленности рафинированная лактоза, получаемая чаще путем распылительной сушки, используется при изготовлении таблеток. Лактоза хорошо комбинируется с различными добавками. При использовании в качестве препаратоносителя лактозу растворяют в летучем органическом веществе, например спирте, заливают в формы и высушивают. Стерилизованную горячим воздухом (например, при температуре 140 °С в течение 3 ч) лактозу используют, в частности, в качестве носителя при производстве антибиотиков.
Основной областью применения лактозы является использование ее для производства продуктов детского питания и для выравнивания уровня лактозы в молочных заменителях с ее уровнем в женском молоке (6,2 %).
Лактоза способствует поддержанию оптимального соотношения кальция, фосфора и магния в крови. Благодаря относительно медленному гидролизу, который происходит в тонком кишечнике под действием b-D-галактозидазы, лактоза обеспечивает постепенный приток энергии. У взрослых b-галактозидазная активность уменьшается до 20 % ее уровня, наблюдающегося у трехлетних детей.
Во время второй мировой войны лактоза приобрела особое значение в качестве ферментационной среды для получения пенициллина.
Лактозу используют для улучшения вкусовых свойств питьевого молока 2 % жирности, добавляя ее до уровня 6,7 %. Кроме того, лактозу применяют для обогащения сырных паст, шоколадных напитков, сухих кофейных сливок. Вследствие хорошей сыпучести и растворимости лактозу можно добавлять в сухие суповые концентраты. Кристаллы лактозы размером 1 мкм часто применяют для затравки при изготовлении сгущенного молока или мороженного в целях предотвращения образования крупных кристаллов. Желательный размер кристаллов лактозы в этих продуктах – не более 10 мкм. Такие кристаллы не ощущаются на вкус. При величине кристаллов более 16 мкм продукт приобретает песчанистый привкус.
В мясной промышленности лактоза, добавляемая в количестве 1-2 %, используется как источник углеводов для улучшения ферментации.
В большом числе патентов предлагается использовать лактозу в качестве заменителя сахарозы.
В хлебопекарной промышленности лактозу применяют для получения на изделиях золотисто-коричневой корочки. Соединения, образующиеся в ходе реакции Майера, используются при изготовлении жареного хрустящего картофеля и сахарной глазури, в которые добавляют 15-20 % лактозы. Получаемые при добавлении лактозы продукты менее сладкие, чем при добавлении других сахаров, так как лактоза обладает наименьшей степенью сладости.
В последнее время все большее значение приобретает использование лактозы в кондитерской промышленности. При добавлении кристаллизованной лактозы улучшается основа карамелей, особенно после ферментативного расщепления. Кроме того, использование лактозы позволяет избежать переслащивания. Количество заменяемой сахарозы составляет 15-20 %. Лактозу применяют также при изготовлении горького шоколада.
Важной областью применения лактозы в кондитерской промышленности является производство диабетических продуктов (степень сладости смеси лактозы, цикламата и сахарина в соотношении, например, 93 г + 5 г + 2 г равна 100).
Инвертированные, т.е. гидролизованные, растворы лактозы находят применение как в кондитерской промышленности, так и при производстве мороженого. При этом лактозой можно заменить 25 или 50 % сахарозы при изготовлении мороженого, 50 % крахмальной патоки при выработке конфет типа тоффи, карамели и мармелада и 100 % при получении пектинового желе.
Растворы глюкозы и галактозы применяют при изготовлении продукта, подобного искусственному меду.
Считается, что лактоза обладает ценной способностью к адсорбированию запахов и красящих веществ (например, по отношению к диацетилу и спиртам). Замена 15 % сахарозы на лактозу улучшает окраску фруктовых консервов. Высушенная распылением лактоза в количестве 15-50 % добавляется к таким продуктам, как нюхательный табак, обладающим хорошей сыпучестью и диспергирующими свойствами. Добавление лактозы (2-10 %) позволяет улучшить вкус и запах продуктов из рыбы.
Меньшую роль играет в настоящее время применение лактозы в других областях (серебрение зеркал, пиротехника и использование в качестве полирующего средства в зубных пастах).
Технологические процессы получения рафинированного молочного сахара включают совокупность приемов и методов по удалению из сыворотки несахаров (балластных веществ). Для выделения молочного сахара необходимо пересыщенные растворы лактозы, что достигается путем сгущения сыворотки. Кристаллизация лактозы с обезвоживанием полученных кристаллов центрифугированием и сушкой обеспечивает получения готового продукта. При необходимости проводят повторную кристаллизацию лактозы либо улучшают очистку на стадиях технологического процесса.
Цель − сформировать основные принципы интенсивной технологии получения рафинированного молочного сахара для современного и будущего уровня производства; получение продуктов требуемого качества с минимальными потерями лактозы; полная механизация и автоматная процессов производства; ресурсо- и энергосбережение.
В предложенной линии большая роль отводится мембранным методам обработки очной сыворотки, являющейся основным сырьем для производства рафинированного молочного сахара,
Ультрафильтрационное разделение сыворотки дает возможность получить две фракции — концентрат нативных сывороточных белков и ультрафильтрат.