Инжиниринг и комплексные поставки биотехнологического оборудования

Производство кисломолочных заквасок в Минске

Миллионы людей во всем мире по разным причинам страдают от дисбактериоза. Про- и пребиотики, применяющиеся как отдельно, так и в составе кисломолочных продуктов, существенно помогают в его лечении. Научный подход к приготовлению кисломолочных продуктов тесно связан с именами Луи Пастера и его ученика И.И. Мечникова, в честь которого названа особая Мечниковская простокваша. Традиционные кисломолочные продукты, такие как айран, катык, шубат, каймак, мацони, сопровождают человека тысячи лет, но изучение молочнокислых организмов и приготовление таких «современных» продуктов как ацидофилин (1903 г), Наринэ (1964 г), бифилакт (1980-е гг.), началось только в XX веке. Именно в это время появились первые аппараты для выращивания чистых культур бактерий – ферментёры.

В РУП "Институт мясо-молочной промышленности" (далее – ИММП) г. Минск в рамках программы импортозамещения было реорганизовано производство бактериальных заквасок для молочной промышленности. Многомиллионные государственные инвестиции позволили закупить самое современное оборудование. Понимание новых потребностей рынка (спрос на закваски прямого внесения) и осознание себя в новой роли производителя, а не только потребителя заквасок обусловили начало этой масштабной государственной программы.

По данным USDA и FAO мировой спрос на молочную продукцию устойчиво растет на протяжении многих лет (рис. 1).

butter_cheese

Рис. 1. Динамика мирового потребления некоторых молочных продуктов с 1964 по 2016 г, млн т.

Благоприятные для развития молочного скотоводства природно-климатические условия Беларуси и высокая эффективность производства и переработки молока, а также интенсификация производства обусловливают высокий уровень производства молока на душу населения (рис. 2). Например, в 2014 г. этот показатель составил 708 кг при норме потребления 393 кг (по данным TheDairyNews). Валовый объем производства молока растёт; в 2016 году этот показатель достиг 7141 тыс. т. (рис. 3).

 production_consumption

Рис. 2. Производство и потребление молока на душу                                         Рис. 3. Производство молока в Беларуси, тыс. т.
населения в Беларуси, тыс. т. 

Доля продукции молочной отрасли на протяжении последних лет занимает третье место в общем объеме экспорта Беларуси и составляет 3,9%. На Республику Беларусь приходится 1,4% мирового производства молока и 5% мирового экспорта молочной продукции.

Структура производства молочной продукции Беларуси достаточно разнообразна (рис. 4). 51% от производимой в стране цельномолочной продукции приходится на цельное молоко, на втором месте – кефир и сыры (по 12% каждый). В структуре экспорта (рис. 5) цельное молоко занимает меньшую долю, нежели в структуре производства. Это обусловлено тем, что расходы на транспортировку делают этот продукт менее привлекательным для экспорта по сравнению с продуктами переработки молока (масло, сыр, творог и др.). Экспорт сыров и творога был в 2016 году самой большой статьей молочного экспорта Беларуси. В натуральном выражении поставки увеличились на 12,3%, а в стоимостном — на 8%. (по данным http://beldairyblog.by)

structure

Рис. 4. Производство молочной продукции в Беларуси по видам.                    Рис. 5. Структура экспорта Беларуси на примере 4 квартала 2014 года.

Итак, ситуация на данный момент такая: в республике Беларусь производится много молока. С одной стороны, это хорошо. Но молоко в натуральном виде не приносит большой прибыли и оно неудобно в транспортировке. Для получения максимальной отдачи от молока предприятия перерабатывают его в кисломолочные продукты – сметану, творог, ряженку, сыр... Всем этим предприятиям нужны закваски. Раньше 100% заквасок закупали в Европе – на сумму около $7.5 млн ежегодно. Сейчас производственная линия ИММП может обеспечить заквасками всю страну. Да, на данный момент существует довольно жесткая конкуренция с европейскими производителями, но опыт использования отечественных заквасок на десятках предприятий Беларуси показал, что их качество ничуть не хуже западных.

В этом проекте были преодолены такие вызовы как финансовый кризис, последствия которого отражаются на многих предприятиях СНГ до сих пор, а также доработка и адаптация технологии производства заквасок на новом оборудовании. В Республике Беларусь комплексные работы по созданию и совершенствованию заквасок для молочной промышленности ведутся с 1990 г., когда на базе отдела микробиологии ИММП начались масштабные научные исследования и начало производства пилотных партий бактериальных заквасок. Несмотря на хорошую научную базу, получение промышленных партий товара было очень затруднительным. Оборудование, которым располагал институт, было небольшого объёма, и к началу программы реорганизации оно устарело как морально, так и физически.

На сегодняшний день в Институте разработано более 30 видов заквасок, а объем производства сухих заквасок достигает 40 т/год. Производственные мощности ИММП могут полностью удовлетворить потребность молокоперерабатывающих предприятий республики Беларусь в бактериальных заквасках. 

Что получил ИММП в результате этой масштабной программы? Такие, казалось бы, простые и само собой разумеющиеся вещи как:

  • надежность оборудования,
  • стабильность и прогнозируемость процесса (теперь автоматика следит за pH, температурой  и прочими параметрами)
  • обеспечение полностью асептических условий
  • минимизацию ручного труда.
Процесс производства заквасок теперь стабилен, прогнозируем, полностью асептичен и цикличен. Руководство ИММП отмечает, что стало меньше проблем со сроками поставок из-за контаминации или поломки оборудования; стало возможным производить закваски прямого внесения, сухие и замороженные, что положительно сказалось на востребованности продукта; охват молокоперерабатывающих предприятий стал более широким.

Зам. директора по научной работе Фурик Наталья Николаевна: «Одним из наших продуктов являются сырные закваски. Для разных групп сыров используются различные виды заквасочных микроорганизмов[1], позволяющие обеспечить определенный уровень кислото-, газо- и ароматообразования и необходимые органолептические характеристики».

gidrolizПервым этапом культивирования продуцентов является подготовка питательной среды. Состав сред зависит от типа питания и дыхания микроорганизмов. Приготовление питательных сред в ИММП производится в гидролизных реакторах. На производство была поставлена линия средоподготовки, состоящая из двух реакторов объемом 1 м3 каждый, и миксера для смешивания компонентов среды. Порядок работы следующий: в миксер подается вода; она нагревается до заданной температуры, и, при постоянной работе мешалки, в нее вносятся сухие компоненты. Полученная смесь является концентратом. В это время вода в гидролизных реакторах также нагревается до заданной температуры. Концентрат из миксера подается по трубопроводам в реакторы и смешивается там с водой. После этого в течение часа происходит собственно гидролиз. Раньше на производстве также стояли гидролизные реакторы. Они были меньшего объема, и для каждого ферментёра среда готовилась отдельно. Миксера не было, и процесс смешивания занимал больше времени. Теперь смешивание компонентов среды происходит быстрее и качественнее, а за процессом гидролиза следит только один человек.

Готовую питательную среду при помощи насосной станции передают в ферментёр и стерилизуют в нем в соответствии с установленным режимом в течение 30-60 мин, затем охлаждают до температуры ферментации.

Подготовка посевного материала происходит в несколько этапов (начиная с пробирки и заканчивая посевным ферментёром) и длится несколько дней.Для первого этапа (засев пробирки) используются коллекционные культуры, которые особым образом сохраняются от нежелательных мутаций. Второй этап представляет из себя культивирование в колбах. Третий – культивирование в посевном ферментёре (инокуляторе) объемом 15 л. В инокуляторе процесс проходит при строгом соблюдении заданных значений температуры и рН. На новом оборудовании контроль за этими параметрами происходит автоматически.

Момент окончания культивирования определяется с помощью датчика оптической плотности, когда этот показатель достигает заданного значения. Культуральная жидкость по стерильным трубопроводам подаётся в производственный ферментёр с подготовленной питательной средой. В зависимости от планируемого объема партии заквасок это аппарат объемом 1000 или 2500 литров.

big_fermКультивирование в производственном ферментёре – последний этап процесса upstream для производства заквасок. Он проходит при тех же условиях, что и в посевном ферментёре. Все основные параметры (температура, pH, оптическая плотность, скорость вращения мешалки) контролируются автоматически. При работе на старом оборудовании это делалось в полуавтоматическом режиме. Проводился довольно частый отбор проб, замер pH и добавление щелочи или кислоты вручную. Также отсутствовала возможность визуального контроля пенообразования, что приводило к нагоранию пены на стенки ферментёра, а также снижению титра целевых микроорганизмов. Инактивированная таким образом биомасса попадала в готовый продукт, и его качество снижалось. Новые ферментёры самостоятельно отслеживают все заданные параметры и корректируют их при необходимости. Вероятность ошибки из-за человеческого фактора при обслуживании ферментёров значительно снизилась.

Немаловажным процессом биотехнологического производства является мойка оборудования. До реорганизации производства это делалось вручную. После изготовления каждой партии продукта аппараты открывали (поднимали крышку с помощью подъёмника), демонтировали мешалку и затем мыли. После мойки ставили на место мешалку и опускали крышку. После реорганизации в ИММП установлена CIP-система. Мойка происходит автоматически и без разбора оборудования.

Стерилизация теперь также проводится в автоматическом режиме одним работником. До реорганизации перед началом стерилизации все краны и клапаны (по несколько штук на каждом аппарате) открывали вручную, затем включали насос и настраивали цикличность, и только после этого начиналась стерилизация.

После культивирования в 1000-литровом ферментёре получают около 700 литров культуральной жидкости содержанием сухих веществ 4-5%. Затем ее концентрируют на проточных роторных центрифугах или бактофуге.

Далее есть два варианта сохранения полезных бактерий: замораживание и лиофильное высушивание. ИММП выпускает оба вида бакконцентратов. Замороженные закваски имеют более короткую стадию адаптации в молочном сырье. Это имеет большее значение для производства сыров – тут необходимо быстрое нарастание активной кислотности, и это могут обеспечить именно замороженные закваски. Транспортировка этих видов заквасок осуществляется при минусовых температурах – в морозильных камерах или в контейнерах с сухим льдом. В любом случае она должна быть достаточно быстрой (2-3 дня). Сухие закваски можно транспортировать при плюсовых температурах.

Лиофильная сушилкаОстановимся подробнее на процессе сушки. Высушивают биомассу наиболее бережным способом – на лиофильных сушилках. После реорганизации производства в ИММП имеются две сушилки с объемом конденсора 50 литров и одна с объемом 500 литров. Раньше использовалась старая полочная сушилка, которая работала исключительно в ручном режиме. Новое оборудование позволило существенно (в разы) снизить потери продукта.

Биомассу, полученную из 1000-литрового ферментёра, высушивают на большой сушилке (одна загрузка), а из двух 150-литровых – на двух маленьких (также одна загрузка). Как происходит высушивание? Биомасса замораживается до -40°С и лиофильно высушивается под вакуумом. Замораживание биомассы производится либо в самой лиофильной сушилке, либо в низкотемпературных морозильниках (они также поставлялись в ИММП в рамках этой программы). Высушивание бакконцентратов происходит в течение длительного времени в зависимости от вида микроорганизмов. Программы сушки разрабатываются индивидуально для каждого вида/ансамбля микроорганизмов и сохраняются в памяти программы управления сушилкой.

Микробиологический контроль ведется на протяжении всего технологического процесса. Во время процесса проверяется чистота культивируемой закваски; в каждой партии готового продукта – активность кислотообразования и другие качественные характеристики.

Высушенная биомасса измельчается и упаковывается в соответствии с требованиями Технического регламента Республики Беларусь ТР 2010/018/BY. Готовый продукт хранится в холодильниках, ожидая отправки покупателю.

Зам. директора по научной работе Фурик Наталья Николаевна: «Самые востребованные закваски – это закваски для традиционных групп продуктов: творога, сметаны, сыров, так как эти группы товаров пользуются наибольшим спросом у населения».

Директор ИММП Мелещеня Алексей Викторович:«С 1993 года мы прошли большой путь от лабораторных изысканий до промышленных партий заквасок. Сегодня, благодаря идеальному асептическому исполнению оборудования и своевременному постгарантийному обслуживанию, мы имеем все возможности, чтобы стать лидером по производству заквасок не только в Беларуси, но и в СНГ».

Видео с открытия производства: Телеканал ОНТ 28.11.2014CTV.BY: Новости "24 часа" от 29.11.2014 и еще одно видео с канала CTV.BY.

Приложение 1.

Ассортимент заквасок РУП «ИММП»

закваски

Название

Характеристика

СЫР-1

Представляют собой консорциумы специально подобранных культур лактококков. Предназначены для изготовления ферментативных сыров с низкой температурой второго нагревания. При ферментации молока образуют молочную кислоту, углекислый газ и ароматические вещества. Содержат не менее 10 млрд КОЕ/г молочнокислых бактерий. Применяются путем непосредственного внесения в молочное сырье для изготовления сыра или для приготовления производственной закваски.

СЫР-2

Консорциум специально подобранных культур лактококков и Lactobacillus plantarum. Оказывает антагонистическое действие на бактерии группы кишечной палочки и маслянокислые бактерии. При ферментации молока образуют молочную кислоту, углекислый газ и ароматические вещества.

СЫР-3

Консорциум специально подобранных культур лактококков, Lactobacillus casei, Lactobacillus hеlveticus. Способствует ускорению созревания сыра, усиливает сырный вкус, снижает горечь. При ферментации молока образуют молочную кислоту, углекислый газ и ароматические вещества.

СЫР-4

Консорциум специально подобранных культур лактококков, Lactobacillus casei, Lactobacillus helveticus и пропионовокислых бактерий. Образует молочную и пропионовую кислоты, углекислый газ и ароматические вещества. Способствует формированию рисунка в сырах.

СЫР-5

Консорциум специально подобранных культур лактококков, термофильного стрептококка, Lactobacilluscasei, Lactobacillushelveticus и пропионовокислых бактерий. Образует молочную и пропионовую кислоты, углекислый газ и ароматические вещества. Способствует формированию рисунка в сырах.

СЫР-6

Консорциум специально подобранных культур лактококков и термофильного стрептококка, Lactobacillus rhamnosus, Lactobacillus hеlveticus. Способствует ускорению созревания сыра, усиливает сырный вкус, используется при температурах второго нагревания выше 39°С. Оказывает антагонистическое действие на бактерии группы кишечной палочки и маслянокислые бактерии. При ферментации молока образуют молочную кислоту, углекислый газ и ароматические вещества.

ТВ-М

Лактококки. При ферментации молока образует однородную колющуюся консистенцию сгустка с хорошим отделением сыворотки. Образует молочную кислоту, углекислый газ и ароматические вещества, формирующие выраженный вкус продукта.

ТВ-МТ

Лактококки, термофильный стрептококк. При ферментации молока образует однородную колющуюся консистенцию сгустка с хорошим отделением сыворотки. Образует молочную кислоту, углекислый газ и ароматические вещества, формирующие выраженный вкус продукта. При повышении температуры сквашивания происходит ускорение процесса изготовления продукта.

“Альфа” ТВ-М

Лактококки. При ферментации молока образует однородную колющуюся консистенцию сгустка с хорошим отделением сыворотки. Образует молочную кислоту, не образует углекислый газ и ароматические вещества. Рекомендуется для производства кисломолочных продуктов (зерненого творога и др.) и мягких сыров.

СМ-Мв

Лактококки. Способствует образованию однородной плотной умеренно вязкой консистенции продукта. Образует молочную кислоту, ароматические вещества, формирующие традиционный вкус продукта. Рекомендуется использовать для производства сметаны, в т.ч. низкожирной.

СМ-М

Лактококки. Способствует образованию однородной плотной невязкой консистенции продукта. Образует молочную кислоту, ароматические вещества, формирующие традиционный вкус продукта.

СМ-МТв

Лактококки, термофильный стрептококк. Способствует образованию однородной плотной умеренно вязкой консистенции продукта. Образует молочную кислоту и ароматические вещества, придающие гармоничный вкус продукту. При повышении температуры сквашивания происходит ускорение процесса изготовления продукта. Рекомендуется использовать для производства кисломолочных напитков, сметаны, в том числе низкожирной.

СМ-МТ

Лактококки, термофильный стрептококк. Способствует образованию однородной плотной невязкой консистенции продукта. Образует молочную кислоту и ароматические вещества, придающие гармоничный вкус продукту. При повышении температуры сквашивания происходит ускорение процесса изготовления продукта.

Тв, Тн/в

Термофильный стрептококк. Обеспечивает получение продукта плотной невязкой (Тн/в) или вязкой (Тв) консистенции с мягким вкусом. Рекомендуется для производства ряженки, простокваши и других кисломолочных напитков.

ЛбБ

Болгарская палочка. Способствует образованию сгустка однородной невязкой консистенции. Образует молочную кислоту. Предназначена для изготовления казеина, сыров, йогурта и других ферментированных молочных продуктов, в т.ч. для детского питания.

ЛбА, ЛбАв

Ацидофильная палочка. Обеспечивает получение продукта с плотной невязкой (ЛбА) или вязкой (ЛбАв) консистенцией с чистым кисломолочным вкусом. Обладает антагонистической активностью к возбудителям кишечных инфекций и гнилостным бактериям. Рекомендуется для производства ацидофилина, ацидофильного молока, бифитата и других кисломолочных напитков.

ТЛбБв

Термофильный стрептококк, болгарская палочка. Консорциум специально подобранных культур термофильного стрептококка и болгарской палочки. Способствует получению продукта плотной вязкой консистенции и гармоничного вкуса. Предназначен для изготовления йогурта, ряженки и других кисломолочных напитков, в том числе для детского питания.

ТЛбБн/в

Термофильный стрептококк, болгарская палочка. Консорциум специально подобранных культур термофильного стрептококка и болгарской палочки. Способствует получению продукта плотной невязкой консистенции и гармоничного вкуса. Предназначен для изготовления сыра, ряженки, айрана и других кисломолочных напитков, в том числе для детского питания.

“Альфа” ТВ-МТ

Лактококки, термофильный стрептококк. При ферментации молока способствует образованию однородной колющейся консистенции сгустка с выраженным синерезисом. Образует молочную кислоту, не образует углекислый газ и ароматические вещества. Рекомендуется для производства кисломолочных продуктов (простокваши и др.) и кислосливочного масла.

ЛбХв

Lactobacillus hеlveticus. Способствует образованию сгустка однородной консистенции. Образует молочную кислоту. Предназначена для изготовления ферментированных молочных продуктов.

ЛбХн/в

Lactobacillushеlveticus. Способствует образованию сгустка однородной консистенции. Образует молочную кислоту. Предназначена для изготовления казеина, сыров, других ферментированных молочных продуктов.

ЛбР

Специально подобранные и лиофильно высушенные культуры термофильных лактобациллLactobacillusrhamnosus, соответствующие международным требованиям, предъявляемым к пробиотикам. Рекомендуется для производства (обогащения) ферментированных и неферментированных пищевых продуктов, включая молочные, в том числе для детского питания и для питания беременных и кормящих женщин.

«Биолюкс»

Специально подобранные консорциумы культур лактококков и термофильного стрептококка с добавлением от одного до трех видов пробиотических микроорганизмов (бифидобактерий, Lactobacillus casei, пропионовокислых бактерий). Образуют сгусток однородной плотной консистенции. Обеспечивают получение продукта с чистым кисломолочным вкусом и ароматом. Рекомендуются для производства биопродуктов («Биостиль», «Биолюкс» и др.).

«Пробилакт-1» – «Пробилакт-6»

Специально подобранные консорциумы культур термофильного стрептококка и ацидофильной палочки или Lactobacillus hеlveticus с добавлением бифидобактерий и Lactobacillus casei. Образуют сгусток однородной плотной консистенции. Обеспечивают получение продукта с гармоничным вкусом. Рекомендуются для производства биопродуктов, в т. ч. диетических («Цветик-семицветик», «Бифитат», «Бифи-мульт», «На здоровье!» и др.).

«Пробилакт-7»

Lactobacillus hеlveticus. Способствует образованию сгустка однородной консистенции. Образует молочную кислоту. Предназначена для изготовления казеина, сыров, других ферментированных молочных продуктов.

Б-1

Специально подобранные культуры бифидобактерий, соответствующие международным требованиям, предъявляемым к пробиотикам. Рекомендуется для производства био- и обогащенных продуктов.



[1] Полный список заквасок, которые производит ИММП, в Приложении 1.

Сбросить
фильтр
Свернуть >

Технологическая карта

Хранение культур
Ёмкости и резервуары