Многие проблемы производства сывороточного пива могут быть разрешены при использовании современной техники и технологии. Так применение современных сепараторов-сливкоотделителей позволят эффективно выделять из сыворотки жир. Для сбраживания пивными дрожжами лактозысыворотки ее гидролизуют с помощью β – галактозидазы, в том числе иммобилизированной. Так, в Польше готовили пиво с добавлением к солодово-сывороточной смеси 0,2 % β - галактозидазы (по отношению к количеству лактозы вносимой с сывороткой). Причём используют для этой цели не только подсырную, но и творожную сыворотку после регулирования ее кислотности. Замена такой сывороткой 5-10 % экстракта солода практически не сказывается на качестве пива. Широкие возможности при получении сывороточного пива представляют в настоящее время мембранные технологии.

В Великобритании разработан способ получения сывороточного концентрата для пивоварения с использованием ультрафильтрации и гидролиза лактозы. Причем применяют кислотный гидролиз. Для этого пермеат молочной сыворотки обрабатывают катионитом до рН 1,5-2,0 нагревают до 70-150°С и выдерживают при этой температуре в течение 0,75-6 часов. Затем проводят процесс анионного обмена. Субстрат обесцвечивают, фильтруют и сгущают до содержания примерно 70 % сухих веществ. Полученный сироп содержит 80 % лактозы.

В США изучена возможность добавления к суслу ультрафильтрата деминерализованной сыворотки, содержащей 5-6 % сухих веществ, из которых 85 % приходится на лактозу, подвергнутую перед добавлением в сусло гидролизу. Изучено различное соотношение сусла и сыворотки. Органолептическая оценка не дала заметных различий между пивом с 15 и 30 % добавкой сыворотки и пивом, приготовленном из сусла без добавки в гидролизованном виде, которая на 78 % сбраживается пивными дрожжами.

В Испании для получения сывороточного вина в депротеинезированную сыворотку добавляли 16 % сахара. Брожение проводили с использованием винных дрожжей. В готовом вине содержание спирта достигало 10-12,5 %.

В США разработана технология получения вина из сыворотки, включающая 5 этапов: осветление, депротеинезгщию, ферментацию и брожение, снижение содержания минеральных веществ и фильтрацию. В приготовленную сыворотку вносили 6-8 % сахара, 2-4 % различных экстрактов и 0,2-0,5 % органической кислоты. Готовый напиток содержал 8 % спирта. Его насыщали углекислым газом.

Сбраживанием сывороточно-сахарной смеси можно получить оригинальные виды вин. Так, Engel запатентовал способ производства из сыворотки вина подобного хересу. Смесь сыворотки и сахарозы в соотношении от 25 : 1 до 9 : 1 сбраживали пекарскими дрожжами в количестве 1,2 - 9,9 %. Период созревания вина составляет 3,5 месяца. Первые несколько дней поддерживают температуру 15-22 °С, постепенно охлаждая до температуры 10-19^оС в последующие дни. Примерно через 10 дней на поверхности жидкости образуется черный слой, который удаляют также, как и образующуюся позднее маслянистую пленку. После перекачивания из первого резервуара напиток с целью формирования вкуса и аромата (букета вина) выдерживают с 10 по 54 день в темноте при температуре 7-10 °С. Затем жидкость охлаждают до температуры - 23 °С и хранят в течение 14 дней. Вследствие вымораживания воды происходит концентрация ароматических веществ. Для фиксации аромата напиток хранят несколько дней при температуре 10°С. Содержание спирта в зависимости от степени концентрации составляет 10-69 объемных процентов.

В Польше сырьем для вина служили смеси, состоящие из 1/3 плодового сусла (яблочного или смородинового) и 2/3 молочной сыворотки. В смесь вносили требуемое количество сахарозы и ароматизаторы. Для брожения использовали штаммы винных дрожжей Tokaj, Madeira, Bordeaux, Sherry. Главное брожение проводили 3-4 недели при 22°С. Готовые вина имели следующий состав: сахар - 1,74-4,35 % (исходное содержание Сахаров 30 %), спирта-11-14 %, нелетучие кислоты (в пересчете на уксусную) - 0,8-1,0 г/л, кислотность рН 3,4-4,15.

В лабораториях университета штата Аризона (США) также использовали смесь подсырной сыворотки и фруктовых или ягодных соков. Использовали дрожжи Montrachet или шампанские. Напиток осветляли бентонитом.

Во всех вышеперечисленных способах молочные компоненты служат для питания дрожжей и обогащения экстрактивными веществами готового продукта. Лактоза не используется для образования спирта. Более рациональными являются способы получения вина, содержащего алкоголь, полученный из лактозы сыворотки. Для этого используют ; молочные дрожжи или гидролиз лактозы.•

Zoo и Mattick готовили алкогольный напиток ферментацией сладкой и кислой сыворотки культурой Kluyveromyces fragilis. Они обосновали, что выход этилового спирта максимален при концентрации лактозы 12 %. Лактоза кислой сыворотки (рН 4,2) ферментируется быстрее, чем сладкой сыворотки.

В Испании разработана технология получения напитка типа вина путем заквашивания дрожжами Saccharomyccs cerevisiae смеси концентрированного гидролизованного сывороточного пермеата и виноградного сока. Предлагаемый способ можно осуществлять с помощью реакторов с двумя иммобилизованными ферментами и обратного осмоса.

В Италии для гидролиза лактозы использовали не только микробиологический фермент лактазы, но и порошок миндаля, обладающий определенной β -галактозидазной активностью.

В последнее время большинство исследований посвящено использованию для приготовления вина сывороточных концентратов.

По одному из способов осветленную и деминерализованную сыворотку сгущают или вносят в нее молочный сахар до содержания в концентрате 22-24% лактозы. Проводят аэробную начальную фазу (48 ч.) и последующее спиртовое брожение этого субстрата с использованием Kluyveromyces fragilis в течение 11-15 дней при 26 °С. Получают вино, содержащее 14 % этанола.

Frank V. и Kosikowski , F.V. описали процесс приготовления столового вина, который основан на сбраживании молочными дрожжами сывороточных концентратов с высоким содержанием лактозы (18-25 %). Отделение белков проводили

Учеными Корнельского университета (Великобритания) разработана технология изготовления вина из сухой восстановленной подсырной сыворотки. Предварительно из сыворотки белки удалены ультрафильтрацией, а минеральные вещества - электродиализом. Концентрат разводят водой и подвергают ферментации в течение примерно 7 дней высокоактивными дрожжами, способными быстро сбраживать лактозу. Мутность устраняют с помощью бентонита (традиционный прием в виноделии для осветления вин). В молодое вино вносят лимонную кислоту для поддержания требуемой кислотности, а затем выдерживают его до созревания. Содержание спирта в готовом продукте составляет 10 %.

Концентраты готовят также из сыворотки с предварительно гидролизованной лактозой, а для ферментации используют немолочные дрожжи.

В США из сыворотки полученной при производстве швейцарского сыра вырабатывали гидролизованный сироп прошедший через ультрафильтрационную мембрану. Сироп использовали для выработки вина с добавлением красного или белого концентрата виноградного сока и дрожжей Saccharomyces cercvisiae (штаммы Ellipsoides). Органолептическая оценка этого вина оказалась на уровне стандартов натурального вина.

По другому способу разработанному в США ультрафильтрации подвергали сгущенную сыворотку. Из полученного пермеата удаляли соли методом электродиализа. Затем проводили гидролиз лактозы препаратом β - галактозидаза и вторично сгущали до содержания сухих веществ 66 %.

Gawel I. и Kosikowski F.V. описали процесс сбраживания стандартизованных сывороточных концентратов, содержащих 24,04 % лактозы при рН 4,5. Концентраты получали с помощью обратного осмоса. Для сбраживания использовали дрожжи Saccharomyces cerevisiae после предварительного гидролиза лактозы сыворотки ферментом. Количество дрожжевой разводам составляло 2 % от концентрации фермента. Под воздействием фермента, добавляемого в количестве 0,25; 0,5; 1,0 г/л гидролизовалось от 94 до 98 % лактозы. Брожение длилось 15 дней при температуре 30 °С. Образец с самым высоким содержанием фермента отличался высшей степенью гидролиза лактозы (98 %), самой высокой спиртуозностью (12-18 %) и эффективностью брожения (81,1 %). Дозы фермента 0,25 г/л достаточно для получения вина крепостью 11 %. Одновременное действие фермента и дрожжей дает возможность получения вина различной степени сладости.

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.