ChemNet
 

[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 м2 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 м2, 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 м2.

[На следующий раздел] [На Содержание]

Copyright ©


Для того, чтобы мы могли качественно предоставить Вам информацию, мы используем cookies, которые сохраняются на Вашем компьютере (сведения о местоположении; ip-адрес; тип, язык, версия ОС и браузера; тип устройства и разрешение его экрана; источник, откуда пришел на сайт пользователь; какие страницы открывает и на какие кнопки нажимает пользователь; эта же информация используется для обработки статистических данных использования сайта посредством интернет-сервисов Google Analytics и Яндекс.Метрика). Нажимая кнопку «СОГЛАСЕН», Вы подтверждаете то, что Вы проинформированы об использовании cookies на нашем сайте. Отключить cookies Вы можете в настройках своего браузера.

Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается  копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
Написать письмо редактору