Спосіб обробки молока

Винахід відноситься до області виробництва молочних продуктів, зокрема, до електрохімічної обробки молока, і може бути використаний на підприємствах молочної промисловості для одержання високоякісного термостійкого молока тривалого зберігання. Відома традиційна теплова обробка молока (пастеризація, стерилізація), котра знищує збудників кишкових інфекцій і дозволяє зберегти його природну якість протягом тривалого часу [Питне молоко. Київський державний торгово-економічний університет, укл. Руданська Г.Б., Київ, 1996, 56с.] [1]. Останнім часом усе ширше застосовується електрохімічна обробка молока, яка забезпечує розкислення молока. [В.М. Бахир Электрохимическая активация. Часть II. М., 1992, 536с.] [2]. Розкислене молоко (кислотність 16-18°Т) витримує пастеризацію і кип'ятіння, а також може бути використане для одержання кисломолочних продуктів. Однією із найважливіших характеристик природного молока є його термостійкість, від якої залежить його подальша переробка і зберігання. Величину термостійкості виражають у класах: чим вище термостійкість, тим менше клас. Термостійким вважається молоко, що має 3 клас. Таке молоко можна піддавати нагріванню до температури 130-140°С, наприклад, у технологічному процесі одержання (виробництва) молока тривалого терміну зберігання. При цьому термін зберігання термообробленого молока складає не менш 180 діб, а при нагріванні не відбувається зсідання білка. Як показали дослідження заявника, молоко із хорошою кислотністю (16-18°Т) не завжди характеризується високою термостійкістю (3 клас), що не дозволяє здійснювати його подальшу переробку з метою тривалого зберігання. При цьому молоко з високою кислотністю (21-25°Т) може характеризуватися високою термостійкістю, і відомі способи розкислення забезпечують якісні характеристики молока, що дозволяють здійснити його подальшу переробку і тривале зберігання. Однак, у науково-технічній і патентній літературі відсутні джерела, у яких описані способи обробки молока, що забезпечують підвищення його термостійкості до необхідних значень, які можна було б привести як аналоги даного винаходу. Як найбільш близький аналог до винаходу обраний спосіб обробки (розкислення) молока [Україна. Патент 50694 А, МПК6 A01J11/00, опубл. 15.10.2000р.] [3], у якому використана ознака електрохімічної обробки молока, котра співпадає із прийомом електрохімічної обробки молока у запропонованому способі. Суть відомого способу [3] полягає в наступному. Процес розкислення молока здійснюють в апараті, обладнаному анодом і катодом, простір між якими розділено напівпроникною мембраною на дві камери: анодну і катодну. Через анодну камеру пропускають електроліт, наприклад, розчин кухонної солі, а через катодну оброблюване молоко з підвищеною кислотністю (25°Т). Під дією електричного струму відбувається переміщення катіонів електроліту (в основному Н, Na, Mg, Са та ін.) через мембрану в катодну камеру, а іонів молока (ОН, СІ, SО4 та ін.) - в анодну камеру. Зменшення концентрації у молоці іонів Н (виділяється у вигляді H 2 на катоді) призводить до підвищення рН, тобто - до зниження кислотності молока до рівня парного молока - 16°Т. При обробці молока зі швидкістю 100кг/год для розкислення молока із 25°Т до 21,9°Т потрібно 90 А-годин електроенергії. Як показали наші дослідження, реалізація відомого способу [3] не дозволяє змінити термостійкість молока, і, у випадку низької вихідної термостійкості молока, розкислене молоко непридатне для його подальшої переробки і тривалого зберігання. Таким чином, недоліками відомого способу [3] є неможливість підвищення термостійкості оброблюваного молока до необхідних значень (2-3 клас), а також - значні енерговитрати на процес розкислення молока. На думку заявника середнє значення напруги на електродах складає 20В. Таким чином, витрати електроенергії складають 1800Вт на 100кг, відповідно 18кВт - на 1,0 тонну обробленого молока. В основу винаходу поставлена задача розробити спосіб обробки молока із використанням електрохімічних процесів, у якому запропоновані нові умови дозволили б одержати молоко з високою термостійкістю при різній вихідній кислотності, коректуючи останню при необхідності, при незначній витраті електроенергії. Для вирішення поставленої задачі запропонований спосіб обробки молока, котрий включає обробку останнього у катодній камері електролізера, оснащеного мембраною, у якому, відповідно до винаходу, як мембрану використовують катіонообмінну мембрану і процес здійснюють при густині струму, рівній 7,5-12,5А/дм 2, пропускаючи через анодну камеру лужний електроліт. Нами вперше показано, що обробка молока в катодній камері електролізера, утвореній катіонообмінною мембраною, при здійсненні процесу із густиною струм у, що заявляється, і використанні як електроліта анодної камери - лужного розчину, виключає перенос аніонів із катодної камери в анодну, а іони водню, які утворюються на аноді, не надходять у катодну камеру і не погіршують кислотність оброблюваного молока, тому що вони відразу нейтралізуються лужним електролітом. Це, у свою чергу, приводить, як нами уперше виявлено, до підвищення термостійкості молока до значень, при яких молоко може піддаватися високотемпературній обробці з одержанням продукту тривалого зберігання, чи направлятися на переробку в інші молочні продукти. У відомих способах обробки молока використовувані умови проведення процесу (густина струму, матеріал мембрани, електроліт анодної камери) не дозволяють одержати молоко, що характеризується термостійкістю вище, ніж термостійкість вихідного молока. Також слід зазначити, що умови електрохімічної обробки молока, котрі заявляються, забезпечують одержання термостійкого молока високого класу із гарною кислотністю при незначних енерговитратах. Таким чином, сукупність суттєви х ознак способу обробки молока, який заявляється, є необхідною і достатньою для досягнення забезпечуваного винаходом технічного результату - одержання молока з високою термостійкістю (2-3 клас) при незначних енерговитратах (1,40-1,75кВт×год/т). Слід зазначити, що при надходженні на обробку молока з високою кислотністю, тобто коли виникає необхідність розкислення молока, спосіб дозволяє одночасно з підвищенням термостійкості здійснювати і його розкислення навіть до кислотності нижче кислотності парного молока (12-18°Т). Спосіб реалізується в таким чином. Електрохімічну обробку молока здійснюють в апараті, обладнаному анодом і катодом, у просторі між якими розміщена катіонообмінна мембрана; остання утворює разом з катодом камеру обробки молока. Процес здійснюють, пропускаючи через анодну камеру електроліт (10-20%-ний розчин NaOH), а через катодну камеру, утворену катіонообмінною мембраною і катодом, - молоко. Обробку молока проводять при густині струму 7,5-12,5А/дм 2 протягом 15-30с при продуктивності апарату 4-10т/год (при відповідному наборі камер в апараті). В обробленому молоці визначають термостійкість і кислотність. Термостійкість визначають шляхом введення молока у проби спирту різної концентрації: 68°, 70°, 72° і 74°. Термостійке молоко не зсідається у спиртово-водному розчині. Залежно від концентрації спирту в пробі визначають клас термостійкості: 74° - 2 клас; 72° - 3 клас; 70° - 4 клас; 68° - 5 клас Для подальшої переробки молока використовують термостійке молоко 2-3 класу, тому що в молоці із термостійкістю 4-5 класу при подальшій його термообробці відбувається денатурація (зсідання) білка. Кислотність молока визначають об'ємним методом шляхом титрування 0,1н розчином NaOH за фенолфталеїном (індикатором, який показує перехід із кислого середовища в лужне). Проба молока, котра піддається аналізу, складає 20мл, а кожні 0,1мл NaOH, які пішли на титрування, відповідають 1 градусу Тернера (°Т). Наприклад, якщо на титрування пішло 1,7мл 0,1н розчину NaOH, значить кислотність досліджуваного молока складає 17°Т. Приклад виконання за винаходом. Процес обробки молока здійснюють в апараті, що містить катодну камеру обробки молока та анодну камеру, які набрані у вигляді пакета, котрий має 3 анодні камери і 4 катодні камери. Кожна катодна камера утворена катіонообмінною мембраною (S=27дм 2) і має об'єм V=20дм 3. Апарат забезпечує продуктивність 4 тонни молока/годину. Через анодні камери пропускають електроліт - 10%-ний розчин NaOH. Молоко із термостійкістю (6 клас) і кислотністю (21°Т) пропускають через камери обробки молока (катодні). Електрохімічну обробку молока проводять при густині струму 12,5А/дм 2 протягом 20с. Оброблене молоко характеризується термостійкістю - 3 класс, і кислотністю - 16°Т, при цьому витрата електроенергії складає 1,75кВт×год/т молока, (таблиця, приклад 4). Аналогічно прикладу виконання за винаходом були здійснені досліди по електрохімічній обробці молока, яке характеризується різною термостійкістю, кислотністю, при проведенні електрохімічної обробки молока при густині струму як у діапазоні, що заявляється, так і поза його межами (таблиця, приклади 1-11). Встановлено, що режим обробки молока, котрий заявляється, обраний із умов, які забезпечують підвищення термостійкості молока, котре характеризується різною кислотністю (16-25°Т) (таблиця, приклади 1-9). Таблиця Вихідне молок № п/п Термостійкість, клас 1 2 3 4 5 6 7 8 9 6 6 6 6 3 4 4 5 6 10 11 6 6 12 Умови обробки молока Густина Витрати Кислотність, °Т струму, електроенергії, А/дм 2 кВт×год/т За винаходом 19,0 7,5 1,40 19,0 10,5 1,45 19,0 12,5 1,75 21,0 12,5 1,75 21,0 10,0 1,45 18,0 7,5 1,40 25,0 12,5 1,75 16,0 10,0 1,45 25,0 12,5 1,75 Позамежні значення 19 6,5 1,05 19 13,5 2,10 Прототип [3] 25 18,0 Оброблене молоко Термостійкість, клас Кислотність, °Т 3 3 3 3 2 3 2 3 3 16,5 15,0 14,0 16,0 17,0 16,0 18,0 12,0 18,0 4 3 17,0 13,0 21,9 Проведення електрохімічної обробки молока при густині струму, нижче величини, яка заявляється, наприклад, при 6,5А/м 2, не забезпечує досягнення термостійкості молока, необхідної для подальшої його переробки (таблиця, приклад 10). Позамежне підвищення густини струм у при електрохімічній обробці молока, наприклад, до 13,5А/дм 2, не приводить до підвищення ефективності процесу і є економічно недоцільним (таблиця, приклад 11). Переваги запропонованого способу обробки молока, порівняно з відомим, полягають у наступному. Реалізація запропонованого способу обробки молока забезпечує одержання молока, що характеризується високою термостійкістю (2-3 клас), що дозволяє піддавати його високотемпературному нагріванню з одержанням молока високої якості тривалого зберігання, а також направляти на переробку в інші молочні продукти. Крім того, запропонований спосіб одночасно забезпечує, при необхідності, розкислення молока до кислотності парного молока (16°Т) і нижче. Висока ефективність запропонованого способу обробки молока досягається при витратах електроенергії (1,41,75кВт×год/т), що у 10-13 разів менше енерговитрат за відомим способом [3], які складають 18,0кВт×год/т. Запропонований процес, на думку заявника, вперше у світовій практиці дозволив простим маловитратным, ефективним, з можливістю використання на будь-якій фермі способом підвищити термостійкість обробленого молока.