1. Біохімічна характеристика знежиреного молока, сколотин і сироватки.

Вторинна сировина містить майже всі поживні речовини молока, тобто володіє високою харчовою цінністю при порівняно низькій енергетичній цінності .Тому його доцільно застосовувати в натуральному виді — у виді напоїв і інших продуктів. Найбільш цінною складовою частиною вторинної сировини є білки. Так, у знежирене молоко і сколотини переходить 80—90% повноцінних білків молока, що у виді казеїну, казеїнату натрію, копреципітатів варто використовувати в молочній і іншій галузях харчової промисловості. Крім того, вони містять значну частину молочного цукру, мінеральних речовин, водорозчинних вітамінів (особливо тіаміну і рибофлавіну) молока і відрізняються від нього тільки більш низьким вмістом жиру і жиророзчинних вітамінів.

У сироватці залишаються велика частина біологічно важливих сироваточних білків, мінеральних речовин, водорозчинних вітамінів молока і майже весь (більш 85%) молочний цукор. До останнього часу сироватка мала обмежене використання (в основному при виробництві молочного цукру) унаслідок незбалансованості основних харчових речовин — у ній при високій кількості молочного цукру і мінеральних речовин утримується мало білків і жиру. Однак застосування сучасних мембранних методів обробки (ультрафільтрації, електродіалізу, ін.) дозволило розширити сферу її використання на харчові і кормові цілі.

2. Процеси при виробленні казеїну й інших видів молочного білка.

При виробленні казеїну й інших білкових продуктів застосовують різні фізико-хімічні процеси виділення білків із вторинної сировини: коагуляцію під дією кислот, сичужного ферменту, хлориду кальцію, теплову денатурацію, ультрафільтрацію й ін. Виділений молочний білок використовують (у сирому і сухому виді) як білкові добавки, наповнювачі, емульгатори при виробництві цілого ряду харчових продуктів. Додавання молочного білка не тільки підвищує харчову цінність продуктів, але і поліпшує їхній амінокислотний склад.

Казеїн. Склад і властивості технічного і харчового казеїну визначаються способом осадження білка зі знежиреного молока. Як показує назва, в основі одержання кислотного казеїну лежить кислотна коагуляція білка (осадження казеїну молочною або соляною кислотою), сичужний же казеїн виробляють у результаті сичужної коагуляції (осадження казеїну за допомогою сичужного ферменту). Якість кислотного і сичужного казеїну (розчинність у лужних розчинах, вологоутримуюча, ключа здатність і т.д. ) залежить від ступеня денатураційних змін білка, вмісту в продукті мінеральних речовин і його кислотності. Ступінь денатурації білка визначається головним чином режимами сушіння, а для харчового казеїну також і режимами пастеризації вихідного знежиреного молока. Вміст мінеральних речовин і кислотність казеїну обумовлюються способом осадження білка і технологічних режимів його проведення.

Кислотний казеїн містить більше мінеральних речовин (кальцію) у порівнянні із сичужним казеїном. Це пояснюється різницею в механізмі коагуляції казеїну. При коагуляції під дією кислот білок переходить у ізоелектричний стан, при цьому казеїнові частки втрачають як колоїдний фосфат кальцію, так і кальцій, що входить у їхній склад. Таким чином, кислотний казеїн осаджується в ізоелектричній точці (при рн 4, 6—4, 7), маючи незначний вміст кальцію. Під дією ж сичужного ферменту казеїн переходить у параказеїн, що потім осаджується, не втрачаючи кальцію.

Незалежно від способу осадження вміст мінеральних речовин у казеїні залежить від кількості коагулянту (осаджувача), кислотності знежиреного молока, температури коагуляції, кислотності сироватки, що утвориться, тривалості витримки в ній казеїну, а також у більшому ступені від режимів промивання готового продукту (кількості промивань, їхньої тривалості і т.д. ). Отже, кількість мінеральних речовин, або зольність, кислотного і сичужного казеїну можна регулювати за допомогою технологічних режимів.

Казеїнати. До казеїнатів, або похідним казеїну, відносяться казеїнат натрію і цитратні казеїнати, або так називані казецити. Казеїнат натрію одержують розчиненням харчового кислотного казеїну (свіжеосажденого або сухого) у гідроксиді натрію (NаОН) з наступним сушінням колоїдного розчину. Казецити ж виробляють зі свіжеосажденого кислотного казеїну аналогічним шляхом, тільки розчиняють казеїн інакше — у суміші цитратів калію і натрію (а іноді додають і цитрат магнію) і гідрокарбонату натрію.

Казеїнат натрію добре розчиняється у воді, містить більш 80% біологічно ціного молочного білка, має високі емульгуючі властивості і т.д. Він застосовується як білковий збагачувач для підвищення біологічної цінності молочних, м'ясних, кондитерських, хлібобулочних і інших продуктів. Також він може використовуватися як стабілізатор структури морозива, низькожирної сметани і кефіру, як емульгатор і т.д.

Казецити крім перерахованих важливих властивостей казеїнату натрію мають ще і збалансований мінеральний склад внаслідок обробки казеїну солями. Вони збалансовані по калію, натрієві (магнієві), кальцієві і фосфорові, тому широко використовуються для дитячого і лікувального харчування.

Якість казеїнатів (змочуваність, розчинність, емульгуючи властивості і т.д.) визначається розмірами, формою і властивостями сухих часток. Вони залежать від якості вихідного харчового казеїну, температури його розчинення, режимів розпилення і сушіння отриманих розчинів, а також від умов і тривалості збереження готових продуктів. Розчини казеїнатів мають високу в'язкість, що ускладнює їх розпилення при сушінні. Тому приходиться концентрацію розчинів знижувати до 20—21% сухих речовин і нагрівати їх перед сушінням до порівняно високих температур (70—85°С). Це негативно впливає на змочуваність і розчинність готового продукту, тому що виходить порошок із дрібними частками і значною кількістю денатурованого білка.

Копреципітати. Якщо Ви вдумаєтеся в назву цих продуктів, то Вам стане ясно, що копреципітати (їх також називають молочним білком) одержують шляхом спільного осадження казеїну і сироваточних білків зі знежиреного молока. При цьому для коагуляції казеїну використовують хлорид кальцію (або кислоту), а для осадження сироваточнх білків — дія високих (95°С) температур. Таким чином, копреципітати виділяють у результаті термокальцієвої (або термокислотної) коагуляції білків.

Термокальцієва коагуляція білків була запропонована радянським ученим П. Ф. Д’яченко. Механізм дії кальцію полягає в зниженні негативного заряду білкових часток унаслідок приєднання його до негативно заряджених груп. У результаті електронейтральні частки казеїну агрегатують за допомогою іонів кальцію і випадають в осад. Разом з казеїном осаджуються і денатуровані сироваткові білки.

Вміст кальцію в копреципітатах можна регулювати шляхом зміни рН знежиреного молока. Для одержання розчинних копреципітатів застосовують обробку білків розчинниками, наприклад триполіфосфатом (Nа₅Р₃О₁₀).

Властивості копреципітатів залежать від температури і тривалості осадження білків, виду осаджувача, режимів промивання, сушіння і т.д.

Нерозчинні і розчинні копреципітати знаходять широке застосування в харчовій промисловості, тому що наявність у складі крім казеїну сироваточних білків значно підвищує їхню біологічну цінність.

Концентрати сироваткових білків. Для одержання різних сироваточних концентратів (білкової маси, білково-вуглеводневих концентратів) звичайно застосовують осадження білків з молочної сироватки шляхом нагрівання з додаванням кислот, хлориду кальцію і т.д. Вони використовуються при виробництві натуральних і плавлених сирів. Більшою біологічною цінністю характеризуються білкові концентрати, отримані методом ультрафільтрації, що дозволяє виділити білки в неденатурованому стані. При фільтрації сироватки через спеціальні фільтри (мембрани), виготовлені з полімерних матеріалів, можна концентрувати сироваткові білки з різною кількістю домішки молочного цукру і мінеральних речовин молока. Такі сироваткові концентрати (сухий білковий концентрат, розчинний сироватковий білок і т.д. ) застосовують при виготовленні дитячих молочних продуктів.