|
[ На предыдущий раздел]
3.2. Молочная промышленность
Ультрафильтрация – наиболее часто применяемый мембранный процесс при переработке молочного сырья. Ультрафильтрации подвергают цельное молоко, обезжиренное молоко, предварительно сквашенное молоко, а также сыворотку.
Задачами ультрафильтрации являются:
а) предварительное концентрирование белков в молоке для производства традиционных видов сыров;
б) значительное изменение соотношения между белками и другими компонентами для создания новых видов сыров;
в) нормализация молока по белку для обеспечения однородности и воспроизводимости свойств получаемого сыра независимо от сезонности;
г) выделение сывороточных белков из сыворотки с целью получения белковых концентратов и лактозного раствора.
3.2.1. Концентрирование молока
Предварительное концентрирование молока путем ультрафильтрации увеличивает массовую долю сухих веществ (СВ) в среднем с 12,5 до 16% и позволяет удвоить производительность последующих стадий. При концентрировании цельного молока в 2 раза в технологическую цепочку включается только ультрафильтрационная система, а основные операции производства сыра осуществляются по общепринятой технологии.
При дальнейшем концентрировании молока до фактора концентрирования (ФК) 3–5 (до 40% СВ) для получения и обработки белкового сгустка требуется специальное оборудование.
Использование ультрафильтрации молока повышает выход сыра, например, в производстве сыра Фета расход молока сокращается с 8,5 до 6,5 кг/кг сыра. Кроме того, ультрафильтрационное концентрирование позволяет сократить расход молокосвертывающего фермента (до 60%) и бактериальной закваски, уменьшить время созревания сыра и продолжительность технологического процесса, а также автоматизировать процесс производства и контроля.
В опытах пилотного масштаба цельное коровье молоко с молокозавода нагревали до 60 °C, затем охлаждали до 50°C. Средний состав молока приведен ниже:
- СВ 10,5%
- Белок 2,8%
- Жир 3,1%
- Зола 0,6%
- Лактоза 4,0%
В испытаниях использовалась пилотная мембранная установка БИОКОН (внутренний объем – 7 л), включающая:
- фильтрационный аппарат типа АРС-5 с ультрафильтрационным рулонным элементом типа ЭРУ-100-1016 с поверхностью 5 м
2 с мембраной из полисульфонамида с порогом задержки 50 кДа;
центробежный циркуляционный насос (расход 5 м3/ч при напоре 5 кгс/см2);
питающий насос;
циркуляционную емкость (30 л);
теплообменник.
В каждом опыте вначале концентрировали молоко до ФК 3 или 5 раз по объему, после чего пермеат возвращали в циркуляционную емкость и проводили процесс ультрафильтрации при постоянном ФК в течение 5 часов. Температура процесса ультрафильтрации составляла 42–55 °C. Результаты опытов приведены в табл. 1.
Очистка и регенерация мембран проводилась по стандартной методике, отработанной для коровьего молока, с использованием раствора едкого натра с добавлением гипохлорита натрия до первоначальной водопроницаемости мембранного элемента 210–240 л м –2 ч–1.
Опытные работы по концентрированию молока на пилотной установке проводились в течение 3-х месяцев на одном и том же рулонном элементе с периодичностью 1 раз в неделю. При этом были получены результаты, аналогичные приведенным выше.
Для концентрирования молока в 2–5 раз используются ультрафильтрационные установки с рулонными мембранными элементами с порогом задержки 50 кДа. Установки имеют поверхность фильтрации 240 м 2, состоят из двух ступеней (150 и 90 м2) и работают в автоматическом режиме.
3.2.2. Концентрирование сыворотки и лактозы
Опыты по концентрированию подсырной сыворотки и раствора лактозы, полученного после предыдущего процесса ультрафильтрации, проводили на пилотной установке, описанной в разделе 3.2.1. Для концентрирования сыворотки использовали рулонные мембранные элементы ЭРУ-100-1016 с порогом задержки 20 кДа, а для концентрирования лактозы – с порогом задержки 400–500 Да. Ниже приведен расчет процесса ультрафильтрации при концентрировании сыворотки, основанный на полученных опытных данных, для производства мощностью 100 т сыворотки в сутки.
А) Тип мембраны: полимерная мембрана рулонного типа ЭРУ-100-1016 (порог задержки 20 кДа)
Б) Исходные данные:
Объем сыворотки в сутки – 100000 л
Время процесса: фильтрация – 20 ч; регенерация – 4 ч
Циклограмма работы: 10 ч + 2 ч (мойка)
Производительность:
– по сыворотке – 5000 л/ч
– по пермеату – 4200 л/ч
– по концентрату – 800 л/ч
– выход по концентрату и фильтрату – непрерывный
Фактор концентрирования: 6 по отношению к исходному объему
Температура процесса: 50–52°C
В) Схема процесса концентрирования
Г) Объемы продуктов в сутки:
Исходная сыворотка – 100000 л
Белковый концентрат – 16000 л (41% чистоты, добавка в кисломолочные продукты)
Пермеат (раствор лактозы) – 84000 л (на концентрирование)
Д) Состав:
|
Показатель |
Исходная
сыворотка |
Белковый
концентрат |
Пермеат |
|
СВ, % |
6,5 |
11,4 |
5,55 |
|
Белок, % |
0,8 |
3,6 |
0,25 |
|
Лактоза, % |
4,7 |
4,7 |
4,7 |
|
Жир, % |
0,4 |
2,5 |
0,0 |
|
Соли, % |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
В результате ультрафильтрации при ФК = 6 получается жидкий концентрат сывороточных белков, близкий по своему составу к молоку пониженной жирности, который может быть использован после пастеризации в качестве добавки при производстве кисломолочных продуктов.
Пермеат, полученный после ультрафильтрации сыворотки, представляет собой высокоочищенный раствор лактозы, который может быть сконцентрирован в 2–2,5 раза с использованием рулонных мембран для нанофильтрации (порог задержки 400–500 Да) до содержания лактозы 9–10% и содержания СВ 10,6–11,0%, при этом скорость фильтрации составляет 7–10 л м –2 ч–1. После этого полученный концентрат высушивается на распылительной сушилке и может быть использован в пищевой промышленности при производстве напитков, мороженого или в фармацевтической промышленности для питательных сред.
3.2.3. Микрофильтрация молока на керамических мембранах
Микрофильтрация молока – относительно новый, применительно к молоку, мембранный процесс, при котором, как и при ультрафильтрации, разделение компонентов молока протекает под действием давления в проточном режиме при скоростях жидкости над мембраной 5–7 м/с.
Применение керамических мембран с порами 0,2–0,8 мкм позволяет удалять из молока бактерии. При микрофильтрации цельного молока удаляется одновременно и большая часть жира, при этом мембраны с размером пор 0,2 мкм удаляют 99,9% жировых частиц, а мембраны с размером пор 0,8 мкм – 90–98% жира. Содержание бактерий в молоке, профильтрованном через мембраны с размером пор 0,8 мкм, снижается на два порядка без заметной задержки протеинов.
Микрофильтрация обезжиренного молока протекает при значительно большей скорости по сравнению с аналогичным процессом для цельного молока. Например, при использовании керамических мембран КМФЭ-150/80 с размером пор 0,8 мкм микрофильтрация цельного молока (при 55°C) протекает при скорости 500–700 л м–2 ч–1, а для обезжиренного молока – при скорости фильтрации 2500–3500 л м–2 ч–1, при этом удаляется 99,6% бактерий из снятого молока.
Микрофильтрация обезжиренного молока может быть использована для высокоэффективной стерилизации молока, особенно в случаях сильной обсемененности молока.
Фирмой “Альфа-Лаваль” (Швеция) разработан процесс стерилизации молока, названный “Бактокеч”, при котором обезжиренное молоко подвергается микрофильтрации через керамические мембраны с размером пор 0,8–1,4 мкм, а полученный в процессе концентрат, составляющий 5–10% от общего объема молока, смешивается с жировым концентратом и подвергается высокотемпературной обработке при 130°C/4 сек, после чего смешивается в нужной пропорции с микрофильтратом молока [11]. Данная технология позволяет значительно повысить уровень пастеризации молока и снизить денатурацию белков по сравнению с обычной тепловой пастеризацией.
Ниже приведены опытные данные, полученные при микрофильтрации обезжиренного молока на керамических мембранах КМФЭ с различным номиналом пор по размеру. Опыты проводили на пилотной установке, аналогичной по составу приведенной в разделе 3.2.1, вместо аппаратов с рулонными мембранами использовались по два аппарата с одиночными трубчатыми керамическими мембранами КМФЭ-150/80 (поверхность фильтрации 0,015 м2).
Результаты опытов приведены в табл. 2. Как следует из данных, приведенных в табл. 2, керамическая мембрана с размером пор 0,2 мкм удаляет значительное количество СВ из обезжиренного молока, что, по-видимому, связано с большой задержкой казеиновых белков (около 90–95%). Керамическая мембрана с размером пор 1,2 мкм показывает относительно сильное падение скорости фильтрации в течение 2-х часов работы и, кроме того, многие бактерии могут проскочить в фильтрат при таком размере пор. Оптимальной для молока с точки зрения скорости фильтрации и задержки бактерий является керамическая мембрана с размером пор 0,8 мкм.
Для удаления микроорганизмов из обезжиренного молока используются микрофильтрационные установки с керамическими мембранами КМФЭ-150/80 (размер пор – 0,8 мкм) с поверхностью фильтрации 8 м 2.
[ На следующий раздел] [На Содержание]
Copyright ©
|
