Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Модель замкнутого цикла экологически чистого производства молочных продуктов

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Модель замкнутого цикла экологически чистого производства молочных продуктов"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Красноярский государственный аграрный университет

Р Г Б ОД

На правах рукописи

- 8 йЮН 1358

ПЕТУХОВА ТАТЬЯНА ВЛАДИМИРОВНА

МОДЕЛЬ ЗАМКНУТОГО ЦИКЛА ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОГО ПРОИЗВОДСТВА МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ

Специальность 03.00.16 - Экология

Автореферат

Диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Красноярск -1998

Работа выполнена на кафедре технологии переработки и хранения продуктов животноводства Красноярского государственного аграрного университета

Научный руководитель: кандидат сельскохозяйственных наук,

доцент Б.С. ФЛОРЕНСОВА

Официальные оппоненты: заслуженный изобретатель России,

доктор сельскохозяйственных наук, профессор В.В. КАЛИНИХИН,

кандидат биологических наук, доцент Л.К. ТУРАНОВА

Ведущая организация: Красноярский научно-исследовательский

и проектно-технологический институт животноводства СО РАСХН

Защита состоится 17 июня 1998г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д-120.45.01. при Красноярском государственном аграрном университете по адресу: 660049, г. Красноярск, пр. Мира 88.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Красноярского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан_мая 1998г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Р.М. Бабинцева

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В настоящее время наблюдается значительное загрязнение окружающей среды вредными компонентами. К числу этих загрязнителей прежде всего относятся тяжелые металлы, которые при употреблении в избыточном количестве могут проявлять токсичность и нарушать нормальные метаболические функции организма человека. Установлено, что основным путем (до 70%) попадания их в организм являются пищевые продукты. Поэтому, необходимо особое внимание уделять контролю качества пищевых продуктов, в том числе, продуктов, получаемых при переработке молока. Имеется ряд литературных данных о том, что переход тяжелых металлов из сырьевого молока в продукты, получаемые при его переработке (сыр, творог, сметана, сливочное масло, кисломолочные напитки) неодинаков - концентрация их в одних продуктах увеличивается, в других уменьшается по сравнению с исходным сырьем (Колодкин A.M., 1984, Шапошникова A.A., Габрук Н.Г., 1994). В Красноярском крае комплексные исследования молока и молочной продукции не проводились, несмотря на сложную экологическую обстановку в регионе, что обуславливает необходимость данных исследований.

Второй стороной проблемы является рациональное использование молочного сырья. На сегодняшний день в Красноярском крае большая часть молочного белково-углеводного сырья (пахта, молочная сыворотка) не подвергается рациональной переработке. Это связано с низким уровнем технического оснащения молокоперерабатывающих предприятий и с большими затратами на обеспечение технологического процесса, поэтому, до 50 % молочной сыворотки, обладающей высокой биологической ценностью, сливается в канализацию. При этом наносится значительный ущерб окружающей среде, так как сточные воды молочных предприятий, из-за наличия в них биогенных и минеральных компонентов животного происхождения являются благоприятной средой для гнилостных и

патогенных бактерий, что способствует созданию условий для нарушения экологического равновесия в водоемах. Однако, молочную сыворотку после предварительной обработки биотехнологическим методом можно использовать для приготовления диетических молочных продуктов.

Цель и задачи исследований. Цель работы заключалась в анализе экологической безопасности молока и молочных продуктов, производимых в пригородной зоне г.Красноярска и разработке модели безотходного экологически чистого молочного производства на базе молочного цеха АОЗТ "Солонцы" с внедрением технологии кумысного напитка и молочного кваса на основе обезжиренного молока и депротеинизированной творожной сыворотки.

Для достижения цели были решены следующие задачи:

• проведены исследования кормов и питьевой воды, используемых в рационе дойного стада, а также получаемого молока и молочных продуктов на содержание кадмия, свинца, меди и цинка;

• предложены методы получения экологически чистых продуктов из сырья с повышенными концентрациями кадмия и свинца;

• на основе полученных данных разработана модель безотходного производства экологически чистых молочных продуктов;

• определена экономическая эффективность от внедрения предложенной технологии.

Научная новизна работы. Впервые в Красноярском крае проведен комплексный анализ сезонных изменений концентраций тяжелых металлов в молоке и молочных продуктах в пригородной зоне и разработана модель безотходного производства с получением экологически безопасных продуктов из сырья, загрязненного тяжелыми металлами.

Практическая значимость работы. Результаты исследований молока и молочных продуктов на содержание тяжелых металлов являются основой

для совершенствования молочного производства с целью получения экологически безопасной продукции.

На основании результатов исследований выполнена модель замкнутого цикла безотходного производства молочной продукции, которая может быть использована сельскохозяйственными перерабатывающими предприятиями Красноярского края.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Сравнительная оценка молока, молочных продуктов, кормов и воды, используемых в рационе дойного стада, на содержание тяжелых металлов.

2. Переход тяжелых металлов из молочного сырья в готовую продукцию.

3. Модель безотходного молочного производства, позволяющая рационально переработать загрязненное тяжелыми металлами молочное сырье с получением экологически безопасной продукции.

4. Использование депротеинизированной молочной сыворотки для производства кисломолочных напитков.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава КрасГАУ (г. Красноярск, 1995 г, 1997 г), на VII, VIII, IX Всероссийских симпозиумах по гомеостазу (Красноярск, 1996 г, 1997 г, 1998 г), а также на конференции Молодых ученых при Красноярском Научном Центре (Красноярск, 1997), на Международной конференции "Молодежь науке в период реформ" (Акмола, 1995 г), на региональной научной конференции "Питание в профилактике заболеваний населения Севера" (Красноярск, 1995 г), на научно-практической конференции "Достижения науки и техники развитию г. Красноярска" (Красноярск, 1997).

Публикации. Основные результаты опубликованы в 8 научных работах.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 108 страницах машинописного текста, содержит 22 рисунка, 25 таблиц и библиографию из 129 наименований, в том числе на иностранных языках 40. Работа состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследований, результатов исследований и их обсуждения, модели замкнутого цикла экологически чистых молочных продуктов, выводов, предложений производству, библиографического списка источников литературы, приложений.

Материалы и методы исследований

Эксперимент проводился в молочном цехе АОЗТ "Солонцы" Емельяновского района. Объектом исследования являлось сырое цельное молоко и молочные продукты, полученные при его переработке, а также корма и вода, используемые в рационах дойного стада. С целью изучения содержания тяжелых металлов и физико-химического состава, пробы сырого цельного молока, а также питьевого пастеризованного и обезжиренного молока, питьевых сливок, творога нежирного и сыворотки творожной отбирали трижды в месяц в период с января по декабрь 1996г.

Физико-химические показатели молока и молочных продуктов определялись по Государственным отраслевым стандартам: плотность, °А -ГОСТ 3625 - 84, кислотность, °Т - ГОСТ 3624 - 92, массовая доля жира, % -5867 - 90, массовая доля белка, % - ГОСТ - 25179 - 90, содержание лактозы, %- ГОСТ -3628 -78.

Параллельно, в течение 1996г проводили исследования воды и кормов, используемых в рационах дойных коров, на содержание тяжелых металлов.

Концентрации металлов в кормах, воде, молоке и молочных продуктах определяли в лаборатории контроля качества пищевых продуктов при Красноярском государственном аграрном университете методом инверсионной вольтамперметрии (свидетельство № 08-47/27 о

метрологической аттестации методики количественного химического анализа на содержание микроколичеств меди, цинка, свинца, кадмия).

Дополнительно исследовали переход тяжелых металлов из сливок в сливочное масло и пахту. Сливочное масло получали в лабораторных условиях методом сбивания сливок, производимых молочным цехом. В сливках, масле и пахте определяли содержание тяжелых металлов, массовую долю жира и кислотность. Эксперимент проводили в четырех повторностях в течение февраля - сентября 1997г.

В период с февраля по сентябрь 1997г. была проведена серия экспериментов по исследованию содержания тяжелых металлов в неосветленной и депротеинизированной (осветленной) творожной сыворотке. Сыворотку осветляли в лабораторных условиях путем нагревания до 90°С с выдержкой в течение 30 мин. и последующей фильтрацией. В обеих сыворотках определяли содержание тяжелых металлов и кислотность.

Статистическую обработку результатов проводили методом математической статистики с использованием критерия Стьюдента. Превышение предельно допустимых концентраций металлов в продуктах считали достоверным при Р < 0,05 (на графиках пороги достоверности обозначены * - Р < 0,05, ** - Р < 0,02). Для определения связи между различными параметрами были вычислены коэффициенты корреляции и регрессии по общепринятой методике.

Результаты исследований и их обсуждение

Исследование кормов и воды на содержание тяжелых металлов

Медь, цинк, кадмий и свинец являются токсичными веществами и попадают в организм животных преимущественно с кормами и водой. Со временем эти металлы аккумулируются в органах и тканях, а также могут выделяться с продуктами обмена и молоком. Этим обусловлена

необходимость исследования концентраций данных металлов в кормах и воде, используемых в рационах дойного стада.

Результаты исследований кормов на содержание тяжелых металлов приведены в таблице 1. Концентрация кадмия в кормах не превышала допустимых нормативов и в среднем за год составляла 0,011 мг/кг. Минимальное количество кадмия с кормами животные получали в августе (0,006 мг/кг). Резкое увеличение содержания кадмия в сентябре (0,022 мг/кг), можно объяснить тем, что в этот период коровам скармливали до 15 кг зеленой массы, содержащей 0,03 мг/кг этого металла.

Таблица 1.

Содержание тяжелых металлов в кормах

Месяц года

Концентрация, мг/кг

кадмии

свинец

медь

цинк

февраль 0,006 ±0,0006 1,04±0,11 5,90 ±0,56 17,22 ±0,59

март 0,013 ±0,0006 0,86 ±0,08 6,90 ±0,35 16,80 ±0,43

май 0,008 ± 0,0004 2,00 ±0,19 9,94 ± 0,70 28,10 ±0,72

июнь 0,008 ±0,0007 1,88 ±0,09 6,90 ±0,18 26,33 ± 1,07

август 0,006 ±0,0009 2,08 ±0,16 6,30 ± 0,32 28,47 ±1,40

сентябрь 0,022 ±0,0013 5,35 ±0,07 7,35 ±0,29 20,20 ±1,60

ноябрь 0,014 ±0,0017 0,79 ±0,12 7,57 ±0,20 17,22 ±0,49

декабрь 0,012 ±0,0015 0,56 ± 0,07 7,41 ±0,18 18,92 ±0,35

средняя

взвешенная 0,011 1,89 7,35 22,26

ПДК 0,3 5 30 50

Содержание свинца в кормах в среднем за год составило 1,89 мг/кг. Именно в пастбищный период концентрации этого металла были в несколько раз выше, чем в стойловый, причем в сентябре наблюдалось

резкое увеличение концентрации свинца до 5,4 мг/кг, что достоверно (Р < 0,05) превышало ПДК в 1,1 раз, так как в сентябре - начале октября в результате дефицита кормов дойное стадо выпасалось на пастбищах, расположенных в районе автодороги Байкал - М 53 (Московский тракт), а основным источником свинца в пастбищных кормах близ дорог являются выхлопные газы автомобилей. Концентрация свинца в траве с таких пастбищ составляла 6,3 мг/кг, что в 1,3 раза выше нормы. Кроме того, в указанный период коровы получали в виде подкормки зеленую массу, концентрация свинца в которой превышала допустимые нормативы в 1,02 раза.

Среднее содержание цинка в кормах составляло 22,26 мг/кг, меди -7,35 мг/кг, и не превышало допустимых нормативов.

Среднее содержание меди, цинка, свинца и кадмия в питьевой воде не превышало ПДК.

Исследование молока и молочных продуктов на содержание соединений кадмия.

Анализы цельного сырого молока на содержание кадмия показали, что наличие этого металла в продукте в среднем за год составляет 0,02 мг/кг. Этот показатель колеблется от 0,011 мг/кг в январе, до 0,033 мг/кг в марте и находится в пределах допустимых, нормативов в течение всего года, превышение ПДК на 0,003 мг/кг в марте не является достоверным (Р<0,1). Из рисунка 1 видно, что концентрация кадмия увеличивается с января по март, затем плавно снижается к осени и снова увеличивается к концу года, достигая пика в ноябре.

Относительно высокое содержание кадмия в молоке наблюдалось в феврале и марте в связи со скармливанием животным кормов, содержащих более высокие концентрации этого металла. С началом пастбищного периода мы снова наблюдали повышение содержание кадмия в молоке это объясняется тем, что сено которое использовали в качестве подкормки скоту

в мае было заготовлено в районе пос. Песчанка и содержало повышенное количество кадмия (0,06 мг/кг). Следующее повышение концентрации этого металла наблюдалось осенью, с началом стойлового периода.

QC4 0,035 Q03 0025 1 Ц02

5

0015 Q01 0005 О

Л

пдк

• *

' i -

/ // III /К V М и/ Ш К

Шщ rqcß

X X/

Рис. 1. Содержание кадмия в цельном сыром молоке.

Пастеризованное молоко, полученное из исследуемого сырого молока, в среднем содержит 0,02 мг/кг кадмия. Содержание этого металла в продукте колеблется от 0,011 мг/кг в январе, до 0,032 мг/кг в марте. По концентрации кадмия пастеризованное молоко незначительно отличалось от сырого, следовательно, в процессе пастеризации и охлаждения концентрация металла в молоке не увеличивалась.

В тот же период были выполнены исследования содержания кадмия в сливках, изготовляемых из исследуемого молока. В среднем за год концентрация этого металла в сливках составляла 0,03 мг/кг, этот показатель колеблется в течение года от 0,014 мг/кг в январе, до 0,065 мг/кг в ноябре. По

содержанию кадмия получаемое в АОЗТ "Солонцы" молоко можно считать пригодным к употреблению, однако, содержание металла в сливках, приготовленных из этого молока, достоверно превышало ГЩК в июне в 1,5 раза, в ноябре в 2,2 раза. Превышения ПДК в феврале и марте не являются достоверными (рис. 2). Повышение концентраций кадмия в сливках связано со способностью этого металла вступать в соединения с сульфидными группами цистеина и ферментных систем, которые концентрируются в оболочках жировых шариков.

$07 т **

0,06-

0,05 +

1

0,02 0,01

пдк

IV V У! Ш Мхщ /да

I®

IX

X

XI

Л7/

Рис.2. Содержание кадмия в питьевых сливках В молочном цехе в течение года производили сливки с различной кислотностью, массовой долей жира и белка, в связи с этим был проведен анализ корреляции между указанными показателями в сливках и концентрацией в них кадмия. В результате чего установлена прямая связь между массовой долей жира и концентрацией кадмия в сливках (г = 0,72). Коэффициент регрессии, отражающий зависимость изменений содержания кадмия в сливках от изменений в них массовой доли жира, составил

.0,005 мг/кг. Из этого следует, что при изготовлении сливок с массовой долей жира 20 % вместо 35, концентрация кадмия в них не превысит ПДК. Кроме того, была установлена слабая прямая связь между содержанием белка и кадмия в сливках (г = 0,32) и обратная связь между концентрацией кадмия в сливках и кислотностью молока (г = - 0,2). Таким образом, чем больше массовая доля жира и белка в сливках, тем выше будет содержание кадмия в них. Из молока с более высокой кислотностью получают сливки с пониженным содержанием кадмия, т.к. чем выше кислотность, тем меньше кадмия вступает в соединения с цистеином, содержащимся в оболочках жировых шариков.

Содержание кадмия в обезжиренном молоке в среднем за год составило 0,018 мг/кг. Этот показатель варьировал от 0,01 мг/кг в январе, до 0,03 мг/кг в марте и ни разу не превышал допустимых норм.

Нежирный творог, полученный из исследуемого обезжиренного молока, содержал кадмий в концентрациях удовлетворяющих требованиям санитарных норм. В среднем за исследуемый период содержание кадмия в твороге составило 0,027 мг/кг и варьировало от 0,015 мг/кг в апреле, до 0,035 мг/кг в марте.

Содержание кадмия в творожной сыворотке было несколько ниже концентрации этого металла в обезжиренном молоке и в среднем за год составляло 0,016 мг/кг.

Таким образом, из представленных результатов следует, что по содержанию кадмия все продукты кроме питьевых сливок пригодны к употреблению в пищу человеку. Для того чтобы снизить содержание кадмия в сливках, следует изготовлять их с массовой долей жира не более 20 %.

Исследование молока и молочных продуктов на содержание соединений свинца.

В сыром цельном молоке содержание свинца в среднем за год составило 0,08 мг/кг (рис.3). Этот показатель в течение года колебался от 0,01мг/кг в августе, до 0,25 мг/кг в сентябре. Высокие концентрации свинца, превышающие ПДК наблюдались в осенний пастбшцно-стойловый период (сентябрь - октябрь), причем, в сентябре концентрация металла достигает максимального уровня и достоверно превышает ПДК в 2,5 раза, затем постепенно снижается, в октябре наблюдается достоверное превышение ПДК в 2 раза. Объяснить такое превышение ПДК можно высоким содержанием свинца в пастбищных кормах и зеленой подкормке, используемых для кормления дойного стада в этот период.

/ // Ш /1/ V и Ы! Ш К X X XI

Ь/Ь&ЦГСРр!

Рис. 3. Содержание свинца в сыром цельном молоке Концентрации свинца в пастеризованном молоке в течение исследуемого периода практически не отличались от этих показателей в

сыром молоке, из чего следует, что в процессе переработки молоко не загрязнялось свинцом.

В сливках концентрация свинца в среднем за год достигала 0,05 мг/кг. Этот показатель варьировал от 0,008 мг/кг в августе, до 0,2 мг/кг, в сентябре, изменяясь в соответствии с изменениями концентрации свинца в цельном сыром молоке Содержание свинца в сливках достоверно (Р < 0,02) превышает допустимые нормы в сентябре в 2 раза, в октябре в 1,8 раза. Следовательно, исследуемые сливки в осенний период нельзя использовать к употреблению без дополнительной переработки.

При исследовании концентраций свинца в обезжиренном молоке в течение года было установлено, что среднее содержание металла в продукте составило 0,09 мг/кг, колебания этого показателя достигают от 0,02 мг/кг в августе, до 0,28 мг/кг в сентябре. Достоверные (Р < 0,02) превышения ПДК по этому металлу в продукте обнаружены в сентябре в 2,8 раза, в октябре - в 2,5 раза.

В твороге концентрации свинца в среднем за исследуемый период составили 0,10 мг/кг, в течение года они не превышали ПДК и варьировали от 0,03 мг/кг в августе, до 0,3 мг/кг в сентябре.

Содержание свинца в сыворотке варьировало от 0,01 мг/кг в апреле и августе, до 0,26 мг/кг в сентябре. Достоверное (Р < 0,02) превышение ПДК наблюдалось в сентябре в 2,6 раза, в октябре в 2,3 раза.

Таким образом, из полученных данных о содержании свинца в исследуемых продуктах следует, что в сентябре - октябре заготовляемое цельное молоко, а также пастеризованное питьевое и обезжиренное молоко, сливки и творожная сыворотка не пригодны к употреблению без дополнительной переработки, которая позволит снизить в них концентрацию этого металла. Кроме того, чтобы уменьшить содержание свинца в данных продуктах, необходимо полностью исключить из рациона дойного стада корма с повышенным содержанием этого элемента.

Исследование молока и молочных продуктов на содержание соединений меди и цинка.

В исследуемых продуктах концентрации меди и цинка не превышали ПДК. Содержание меди в сыром молоке достигало более высоких концентраций в период с февраля по июнь. Максимальной величины этот показатель достигал в мае (0,7 мг/кг), минимальной - в августе и ноябре (0,02 мг/кг), в остальные месяцы содержание металла варьировало незначительно. В среднем за год концентрация меди в молоке составляла 0,19 мг/кг. Содержание цинка в молоке в среднем за год составляло 0,07 мг/кг и изменялось в течение года от 0,03 мг/кг в сентябре и октябре, до 0,12 мг/кг в мае и декабре.

Средняя концентрация меди в пастеризованном молоке составляла 0,19 мг/кг, цинка - 0,07 мг/кг. Содержание этих металлов в продукте варьировало: меди от 0,015 мг/кг в июне, до 0,69 мг/кг в мае, цинка - от 0,03 мг/кг в сентябре, до 0,12 мг/кг в феврале и мае.

Средняя концентрация меди в сливках составляла 0,23 мг/кг, цинка -0,10 мг/кг. Содержание меди в этом продукте варьировало от 0,04 мг/кг в январе и августе, до 0,72 мг/кг в мае, цинка - от 0,04 мг/кг в сентябре, до 0,16 мг/кг в декабре.

Содержание меди в обезжиренном молоке в среднем составляло 0,17 мг/кг, цинка - 0,06 мг/кг. В этом продукте содержание меди колебалось от 0,01 мг/кг в ноябре, до 0,65 мг/кг в мае, цинка - от 0,01 мг/кг в марте, до 0,11 мг/кг в феврале. Превышения ПДК не наблюдалось.

Концентрации меди и цинка в твороге нежирном варьировали: медь от 0,05 мг/кг в январе, до 0,67 мг/кг в мае,. цинк - от 0,03 мг/кг в марте, до 0,28 мг/кг в январе. Среднее содержание меди в твороге составляло 0,24 мг/кг, цинка - 0,12 мг/кг. Следовательно, творог и творожные изделия, производимые молочным цехом можно использовать для питания людей без дополнительной переработки.

Содержание меди в творожной сыворотке варьирует от 0,01 мг/кг в ноябре, до 0,5 мг/кг в мае, цинка - от 0,01 мг/кг в марте и октябре, до 0,1 мг/кг в феврале. Содержание меди в среднем за год составляло 0,11 мг/кг, цинка - 0,045 мг/кг.

Таким образом, из данной главы следует, что все продукты, производимые молочным цехом, являются экологически безопасными по содержанию меди и цинка.

Исследование сливок, пахты и сливочного масла на содержание тяжелых металлов.

Исходя из того, что в сливках, обнаружены повышенные концентрации кадмия и свинца, в лабораторных условиях был проведен ряд исследований по переработке полученных сливок в сливочное масло методом сбивания, а затем определены концентрации исследуемых металлов в сливках, пахте, сливочном масле.

Теоретические предпосылки для этого даны А.М. Колодкиным, который считает, что кадмий молока вступает в соединения с сульфидными группами цистеина, содержащегося большей частью в липопротеиновых оболочках жировых шариков, следовательно, при производстве масла большая часть кадмия должна переходить в пахту вместе с оболочками жировых шариков. Остальные тяжелые металлы также состоят в соединениях с белковыми веществами молока, что должно обусловливать их переход в пахту.

При проведении эксперимента теоретические предпосылки подтвердились (рис.4). В масло из сливок переходит небольшое количество тяжелых металлов: от 36,2 % цинка, до 18,9 % меди и свинца. В пахте остается большая часть этих соединений, на основании чего можно судить о степени связи металлов с фосфатидами и отчасти с белками молока.

цшк щць кзцмм свинец

В степень перехода металлов в пахту □ степень перехода металлов в масло

Рис.4. Степень перехода тяжелых металлов из сливок в пахту и сливочное масло (содержание металлов в сливках принято за 100 %) Таким образом, для получения экологически безопасных молочных продуктов из сливок с повышенным содержанием тяжелых металлов целесообразно перерабатывать их в сливочное масло, а полученную при этом пахту в допустимых количествах использовать на корм скоту.

Исследование неосветленной и осветленной творожной сыворотки на содержание тяжелых металлов

При производстве таких молочных продуктов, как сыр и творог неизбежно в больших количествах образуется молочная сыворотка, которая обладает высокой биологической ценностью, поэтому целесообразно использовать ее в качестве сырья для приготовления кисломолочных напитков. Однако, при этом необходимо, чтобы сыворотка отвечала всем требованиям санитарных норм.

В творожной сыворотке, полученной при производстве творога из обезжиренного молока, содержатся повышенные концентрации свинца в сентябре и октябре. Так как загрязненная тяжелыми металлами сыворотка переработке не подлежит, в лабораторных условиях было проведена депротеинизация творожной сыворотки.

44 46 48 ~50 52 54 56 58%

Рис. 5. Степень перехода тяжелых металлов в осветленную сыворотку (содержание тяжелых металлов в неосветленной сыворотке принято

за 100 %)

Предполагалось, что связанные с белковой фракцией тяжелые металлы вместе с осажденными белками сыворотки перейдут в осадок. При анализе полученных в результате этого эксперимента данных установлено, что с осветлением творожной сыворотки, действительно, часть тяжелых металлов переходит в осадок, поэтому после фильтрации содержание металлов в сыворотке уменьшилось, как показано на рис. 5.

Из приведенной главы следует, что для снижения содержания тяжелых металлов в творожной сыворотке рекомендуется проводить ее депротеинизацию.

Модель замкнутого цикла экологически чистого производства молочных продуктов.

В настоящее время в АОЗТ "Солонцы" производят пастеризованное питьевое молоко, питьевые сливки и творог нежирный. Проведенные исследования показали, что при загрязнении молочного сырья тяжелыми металлами их переход в изготовленную продукцию неодинаков. При этом практически вся вырабатываемая творожная сыворотка, объем которой достигает 1380 -1570 ц в год, сливается в канализацию. Разработанная модель замкнутого цикла экологически чистого производства обеспечит полную переработку молока с получением экологически безопасной продукции.

Производственно-технологический анализ и продуктовые расчеты, с учетом выполненных исследований молока и молочных продуктов позволили составить модель производства с двумя направлениями переработки молока.

Первое направление предусматривает переработку молока с выпуском следующих молочных продуктов:

- питьевое пастеризованное молоко,

- питьевые пастеризованные сливки,

- творог нежирный,

- кумысный напиток,

- молочный квас.

Кумысный напиток и молочный квас являются продуктами изготовленными на основе вторичного молочного сырья, тем самым обеспечивается безотходность производства.

Охлаждение (4-6 "С)

Фасовка i

Реализация питьевого молока

Молоко цельное сырое ▼

Нагревание (40°С)

Ф

Очистка

Нормализация (массовая доля жира 3,2%) Пастеризация (75 - 80 <С, 15 - 20 с.)

Охлаждение (40 °С) Сепарирсзание

С!ЛИВ|СИ

Пастеризация (95 -98 <С, 15 -20 с)

х%и

Охлаждение (4-8 °С) Физическое созревание Сбивание

Обработка масляного пласта Фасовка

Реализация сливочного масла

Пахта на корм скоту

Пастеризация (92 -95 Т, 15 - 20 с) Охлаждение (4-8 °С)

Фасовка „ *

Реализация питьевых сливок

Обезжиренное молоко i

. ПастеризацщХЦ-80 °С, 15 - 20 с.)

Белковая масса на корм скоту

Сыворотка творожная ч-

ОхлЛд ение Сепарирование Тепловая обработка (осаждение белков) Фильтрация Внесение закваски (34%) Ферментация Фасовка -

Охлаждение (28 -30 X:) Внесение закваски (5%) Сквашивание - Обработка сгустка Реализация Самопрессование прессование Фасовка

Охлаждение

Выпойка телятам

(35 - 37%:) Внесение закваски(34%) Ферментация Фасовка Реализация кумысного напитка

ю о

Реализация творога нежирного

> Реализация молочного кваса

Рис.4.3.1. Схема безотходного производства молочных продуктов

Эти продукты обладают высокой биологической ценностью и низкой себестоимостью. В 1993-97 гг. в секторе биотехнологии СКТБ "Наука" совместно с Красноярским государственным агроуниверситетом, (при участии автора) было поставлено опытное производство кумысного напитка из обезжиренного коровьего молока и кваса на основе молочной сыворотки методом аэробной ферментации (ТУ 10-05113996-01-93). Указанные продукты реализовывались преимущественно в медицинских учреждениях, школах и пользовались высоким спросом благодаря своим лечебным свойствам, хорошим вкусовым качествам и низкой стоимости.

Второе направление производства выполняется только в период загрязнения молочного сырья тяжелыми металлами и предусматривает переработку молока с выпуском следующих продуктов:

- творог нежирный,

- масло сливочное "Крестьянское",

- квас молочный, на основе депротеинизированной творожной

сыворотки.

На рисунке 6 приведена модель безотходного производства молочных продуктов.

На основании проведенных экономических расчетов установлено, что при внедрении модели в производство произойдет увеличение себестоимости 1 ц перерабатываемого молока. Несмотря на это, прибыль от реализации готовой продукции увеличится на 1420,2 т. р. за счет более полного использования молочного сырья, уровень рентабельности молочного цеха составит 42,3 %, затраченные капиталовложения окупятся через 2,8 месяца.

Выводы

1. Сравнительная оценка концентрации тяжелых металлов в молоке, молочных продуктах и кормах, используемых в рационах дойных

животных, отражают роль последних в круговороте тяжелых металлов в системе корм - молоко.

2. При исследовании молока и молочных продуктов установлено:

•содержание меди и цинка не превышало допустимых нормативов, в среднем концентрация меди варьировала от 0,11 до 0,24 мг/кг, цинка от 0,05 до 0,12 мг/кг;

'•содержание свинца изменялось в зависимости от содержания металла в кормах и в осенние месяцы превышало ПДК;

•содержание кадмия в цельном сыром, пастеризованном, обезжиренном молоке, твороге и творожной сыворотке составило в среднем 0,02; 0,02; 0,018; 0,027; 0,016 мг/кг, соответственно, наблюдаемые сезонные изменения концентрации связаны с кормовыми факторами;

•содержание кадмия в сливках превышало его концентрацию в исходном молоке в 1,5 раз;

•наблюдается прямая корреляционная связь между массовой долей жира и концентрацией кадмия в сливках (г = 0,72; R = 0,005 мг/кг).

3. Установлено, что термическая обработка молока не оказывает влияние на концентрацию тяжелых металлов.

4. При переработке сливок в сливочное масло значительная часть тяжелых металлов переходит в пахту: медь - 76,9 %, цинк - 54,7 %, кадмий -71,5%, свинец-70,8%.

5. Депротеинизация творожной сыворотки снижает содержание тяжелых металлов: меди в 1,3 - 2 раза, цинка в 1,5 - 2,2 раза, кадмия в 1,5 - 2,6 раза, свинца в 1,4 - 2,3 раза.

6. Эффективным эколого-технологическим решением по использованию загрязненного молочного сырья является разработанная модель безотходного экологически чистого производства, предусматривающая следующую переработку молока:

•сырое цельное молоко подвергать сепарированию; •пастеризованные сливки производить с массовой долей жира не более

20 % или перерабатывать в сливочное масло; •обезжиренное молоко направлять на производство творога нежирного;

•творожную сыворотку депротеинизировать и использовать для

приготовления молочного кваса методом аэробной ферментации; •пахту и сывороточную белковую массу скармливать скоту.

7. При внедрении модели уровень рентабельности производства составит 42,3 %, а затраченные капиталовложения окупятся через 2,8 месяца.

Предложения производству

1. Рекомендовать Комитету по сельскому хозяйству и Комитету пищевой и перерабатывающей промышленности администрации Красноярского края использовать при проектирован™ и строительстве молочных мини-цехов сельскохозяйственных предприятий разработанную модель безотходного молочного производства.

2. Предприятиям по переработке молока рекомендовать использовать молочное белково-углеводное сырье для производства молочного кваса и кумысного напитка методом аэробной ферментации.

Библиографический список работ опубликованных автором

1.Флоренсова Б.С., Нефедов В.П., Петухова Т.В. Биологические аспекты рационального использования молочной сыворотки/ЯТитание в профилактике заболеваний населения Севера: Материалы региональной научной конференции. - Красноярск, 1995. - С.59.

2. Нефедов В.П., Флоренсова Б.С., Петухова Т.В, Новый метод экологически чистой переработки побочных продуктов молочной

промышленности//Наука сельскохозяйственному производству: Тезисы научной конференции профессорско-преподавательского состава КрасГАУ. - Красноярск, 1995. - С.8.

3.Нефедов В.П., Флоренсова Б.С., Петухова Т.В. Пища, приготовленная самой природой. Эссе. - Красноярск: КНЦ СО РАН, 1996. - 42 с.

4. Нефедов В.П., Флоренсова Б.С., Мануковский Н.С., Петухова Т.В. Кисломолочные диетические продукты - корректоры гомеостаза//Коррекция гомеостаза: Материалы VII Всероссийского симпозиума. - Красноярск: КНЦ СО РАН, 1996. - С. 199-203.

5. Петухова Т.В., Флоренсова Б.С., Борцова И.Ю., Байкалова Г.В. Распределение ионов тяжелых металлов в молочных продуктах//Технологии неистощительного землепользования: Материалы научной конференции профессорско-преподавательского состава КрасГАУ. - Красноярск, 1997. - С. 81 - 82.

6. Петухова Т.В, Борцова И.Ю., Пуртов К.В., Флоренсова Б.С., Мануковский Н.С., Нефедов В.П. Загрязнение молочной продукции тяжелыми металлами//Гомеостаз и окружающая среда: Материалы VIII Всероссийского симпозиума (с международным участием), Т.2. -Красноярск: КНЦ СО РАН, 1997. - С. 179 - 182.

7. Петухова Т.В. Исследование содержания соединений свинца и кадмия в молоке и молочных продуктах пригородной зоны г. Красноярска//Конференция молодых ученых - 97: Тезисы докладов. -Красноярск: КНЦ СО РАН, 1997. - С. 76

8. Петухова Т.В., Пуртов К.В., Флоренсова Б.С. Экологическая оценка молока и молочных продуктов пригородной зоны Красноярска//Достижения науки и техники - развитию города Красноярска: Тезисы докладов научно-практической конференции. -Красноярск, 1997. - С. 518.

/