Спосіб виробництва концентрату сироватки

Реферат: Спосіб виробництва концентрату сироватки передбачає знежирення сироватки, її згущення і знесолення нанофільтрацією, діафільтрацію концентрату сироватки. Згідно винаходу знежирення сироватки проводять мікрофільтрацією, згущення і знесолення мікрофільтрату проводять нанофільтрацією при різниці тисків 1,6-2,5 МПа і температурі 15-25 °С, а для діафільтрації використовують зворотно осмотичний пермеат, який отримують згущенням нанофільтраційного пермеату зворотним осмосом і проводять діафільтрацію концентрату сироватки у дві стадії при різниці тисків 1,6-2,5 МПа і температурі 15-25 °С до концентрації сухих речовин 12,5-18,0. UA 98270 C2 (12) UA 98270 C2 UA 98270 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до харчової промисловості, зокрема до молочної галузі, а саме до виробництва концентрату сироватки, що використовується в молочній, хлібопекарській, кондитерській та інших галузях, фармацевтичній і мікробіологічній промисловості. Найближчим технічним рішенням до запропонованого може бути отримання концентрату сироватки, що передбачає видалення жиру і казеїнового пилу сепаруванням, згущення сироватки і знесолення нанофільтрацією при тиску 2,1-2,4 МПа і температурі 20-22 °С, діафільтрацію згущеної сироватки до концентрації 21,3 % сухих речовин (Храмцов А.Г., Евдокимов И.А. Интенсивная технология молочного сахара. - М.: ДеЛипринт, 2004. - 277с, с 173 - 174.). Недоліком такого способу є підвищення енергоспоживання за рахунок того, що вилучення казеїну і молочного жиру проводиться сепаруванням, втрата компонентів молочної сироватки і потрапляння їх у стічну воду. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення способу виробництва концентрату сироватки шляхом зменшення енергетичних витрат на виробництво, підвищення якості концентрату сироватки та повного вилучення основних компонентів сироватки. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб виробництва концентрату сироватки передбачає знежирення сироватки, її згущення і знесолення нанофільтрацією, діафільтрацію концентрату сироватки. Згідно винаходу знежирення сироватки проводиться мікрофільтрацією, згущення і знесолення мікрофільтрату здійснюється нанофільтрацією при різниці тисків 1,6-2,5 МПа і температурі 15-25 °С, а для діафільтрації використовується зворотно осмотичний пермеат, що отримується згущенням нанофільтраційного пермеату зворотним осмосом, і діафільтрацію концентрату сироватки проводять у дві стадії при різниці тисків 1,6-2,5 МПа і температурі 15-25 °С до концентрації сухих речовин 12,5-18,0 %. Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованими ознаками і технічним результатом полягає в наступному. Застосування мікрофільтрації перешкоджає забрудненню нанофільтраційних мембран, збільшує їх продуктивність. Нанофільтрація дозволяє видалити до 35-45 % мінеральних речовин і сконцентрувати сироватку до масової частки сухих речовин 13,519 %. Зворотний осмос дає можливість вилучати з нанофільтраційного пермеату лактозу, мінеральні речовини, амінокислоти, мікроелементи, вітаміни, ферменти котрі пройшли крізь нанофільтраційну мембрану та отримати воду (зворотно осмотичний пермеат) з вмістом 3 3 мінеральних речовин 250-300 мг/дм (в дистильованій воді до 50 мг/дм ). Ця вода використовується для проведення діафільтрації після згущення сироватки нанофільтрацією. Застосування діафільтрації дозволяє вилучити із згущеної нанофільтрацією сироватки ще біля 70-75 % мінеральних речовин від тієї кількості, що вміщує згущена нанофільтрацією сироватка та підвищити якість сироваткового концентрату. Спосіб виробництва концентрату сироватки здійснюється таким чином. За допомогою мікрофільтрації вилучаються бактерії, залишки жиру і казеїнового пилу. Очищена від вказаних компонентів сироватка подається на нанофільтрацію, де концентрується у 2,5-3,5 рази із застосуванням нанофільтраційних мембран при робочій різниці тисків 1,6-2,5 МПа, температурі 15-25 °С. Отриманий сироватковий концентрат має масову частку сухих речовин 13,7-19 %, з яких 3 білку 2-2,8%, лактози 10,8-14,8 %, мінеральних речовин 8,5-12,8 г/дм . З метою додаткового знесолення сироваткового концентрату здійснюють його діафільтрацію. В згущену нанофільтрацією сироватку додається вода (зворотно осмотичний пермеат) в об'ємі рівному об'єму нанофільтраційного пермеату і концентрується у 2,5-3,5 рази з застосуванням нанофільтраційних мембран при робочій різниці тисків 1,6-2,5 МПа, температурі 15-25 °С. Після першої стадії діафільтрації у сироватковому концентраті вміст мінеральних 3 речовин зменшується на 3,0-4,5 г/дм і лактози на 0,2-0,3 г (на 100 мл розчину ). З метою подальшого зменшення мінеральних речовин у сироватковому концентраті проводиться друга стадія діафільтрації. Після другої стадії діафільтрації кількість мінеральних речовин 3 зменшується ще на 35-45 % і їх вміст у сироватковому концентраті буде 3,6-5,4 г/дм . Проведення двох стадій діафільтрації сироваткового концентрату знижує вміст мінеральних 3 речовин у ньому на 70-75 % і їх кількість зменшиться на 5,0-7,0 г/дм . Вміст масової частки сухих речовин у сироватковому концентраті після діафільтрації буде 12,5-18,0 %. В процесі нанофільтраційного розділення і концентрування молочної сироватки до пермеату потрапляє 35-45 % мінеральних речовин та 4,5 -7,0 % лактози. Вміст мінеральних речовин і 3 лактози у сироватковому пермеаті становить відповідно 4,6-6,9 г/дм і 0,2-0,3 г (на 100 мл розчину). Для вилучення мінеральних речовин, лактози, амінокислот, мікроелементів, вітамінів, ферментів та інших речовин з нанофільтраційного пермеату він концентрується у 3-4 рази зворотним осмосом низького тиску при робочій різниці тисків 1,05-2,5 МПа і температурі 15-25 1 UA 98270 C2 5 10 15 20 25 °С. Після проведення двостадійної діафільтрації сумарний вміст мінеральних речовин і лактози 3 у діафільтраційному пермеаті становить відповідно 5,0-7,5 г/дм і 0,4-0,6 г (на 100 мл розчину). Для вилучення мінеральних речовин і лактози з діафільтраційних пермеатів вони об'єднуються і концентруються у 2,5-3,5 раз з застосуванням зворотного осмосу низького тиску при робочій різниці тисків 1,05-2,5 МПа і температурі 15-25 °С. Зворотно осмотичний концентрат діафільтраційних пермеатів з вмістом масової частки сухих речовини 2,2-4,6 % (мінеральні 3 речовини (12-25 г/дм ) і лактоза (1-2,1 %)) об'єднується з зворотно осмотичним концентратом нанофільтраційного пермеату з вмістом масової частки сухих речовин 2 -3,9 % (мінеральні 3 речовини (14-28 г/дм ) і лактоза (0,6-1,2 %)). Отриманий розчин мінеральних речовин і лактози, 3 з вмістом масової частки сухих речовин 4,2-9,5% (мінеральні речовини (26-53 г/дм ) і лактоза (1,6-3,3 %)) йде на подальшу переробку, а зворотно осмотичний пермеат з вмістом мінеральних 3 речовин 0,25-0,3 г/дм використовується на стадії діафільтрації. Така схема переробки молочної сироватки дає можливість отримати високоякісний сироватковий концентрат (12,5-18,0 % сухих речовин), розчин мінеральних речовин і лактози 3 (4,2-9,5 % сухих речовин) і чисту воду (0,25-0,3 г/дм мінеральних речовин). Приклад 1. 1000 кг молочної сироватки пропускається крізь патронний фільтр з середнім діаметром пор 5 мкм. Знежирена сироватка в кількості 998 кг з температурою 15 °С подається на нанофільтрацію і концентрується в 2,5 рази на нанофільтраційній установці при робочій різниці тисків 1,6 МПа. В процесі нанофільтрації молочна сироватка знесолюється і з неї видаляється близько 45,6 кг солі (рівень діменералізації 35 %). Отриманий концентрат у кількості 399,2 кг з вмістом масової частки лактози 10,8 %, сироваткового білку 2,0 % і мінеральних речовин 8,5 3 г/дм направляється на діафільтрацію. Діафільтрація здійснюється методом нанофільтрації. До 399,2 кг нанофільтраційного концентрату додається 598,8 кг води (зворотно осмотичний пермеат), для відновлення тієї кількості молочної сироватки, яка подавалась на нанофільтрацію, і концентрується у 2,5 рази на нанофільтраційній установці при робочій різниці тисків 1,6-2,5 МПа і температурі 15 °С. В процесі діафільтрації з сироваткового концентрату ще видаляється приблизно 45,3 кг солі (рівень демінералізації 35 %). Таблиця 1 Но Т мер, иск, № МПа 1, 1, 1 Температ Коефіцієнт Вміст ура, °С концентрування, сухої К речовини, СР% 10 2 9,1 15 2,5 12,5 2, 20 3 15,1 0 2 6 3 2 Висновки Сироватковий концентрат має підвищену якість. Продуктивність нанофільтраційної установки знижена. Вміст масової частки сухої речовини в сироватковому концентраті не дозволяє використовувати його для виробництва білково-жирової продукції. При подальшому висушуванні концентрату, транспортуванні зростають витрати на виробництво кінцевого продукту. Сироватковий концентрат має підвищену якість. Продуктивність нанофільтраційної установки добра. Вміст масової частки сухої речовини в сироватковому концентраті дозволяє використовувати його для виробництва білково-жирової продукції, але недостатнє його згущення призведе до зростання транспортних витрат. Тому дану концентрацію масової частки сухих речовин рекомендується використовувати як нижню межу. Сироватковий концентрат має UA 98270 C2 0 4 2, 25 3,5 18,0 3, 30 4 20,5 5 5 0 5 10 15 підвищену якість. Продуктивність нанофільтраційної установки добра. Вміст масової частки сухої речовини в сироватковому концентраті дозволяє використовувати його для виробництва білково-жирової продукції. Тому дана концентрація масової частки сухої речовини є достатньою. Сироватковий концентрат має підвищену якість Продуктивність нанофільтраційної установки знизилась. Вміст масової частки сухої речовини в сироватковому концентраті дозволяє використовувати його для виробництва білково-жирової продукції. Тому дану концентрацію масової частки сухої речовини рекомендується використати як верхню межу. Сироватковий концентрат має понижену якість за рахунок підвищення вмісту мінеральних речовин. Продуктивність нанофільтраційної установки різко зменшується. Тому дана концентрація масової частки сухої речовини з збільшеним вмістом мінеральних речовини є незадовільною Отриманий концентрат у кількості 399,2 кг з вмістом лактози 10,5 %, сироваткового білку 2,0 3 і концентрацією мінеральних речовин 5,5 г/дм знову відновлюється до 998 кг і концентрується на нанофільтраційній установці. В процесі повторної діафільтрації з сироваткового концентрату ще видаляється біля 45,1 кг солі (рівень демінералізації 35 %). Остаточно отримаємо сироватковий концентрат у кількості 399,2 кг з вмістом лактози 10,2 3 %, сироваткового білку 2,0 і концентрацією мінеральних речовин 3,6 г/дм . Сироватковий концентрат має підвищену якість, продуктивність нанофільтраційної установки в кінці процесу добра. Тому дану концентрацію сухих речовин 12,6 % рекомендується використати як нижню межу. Інші приклади наведені в таблиці 1 Таким чином, запропонований спосіб виробництва концентрату молочної сироватки дає можливість поряд з цільовим продуктом отримувати очищений розчин мінеральних речовин з лактозою і чисту воду, удосконалити технологічні лінії та збільшити продуктивність, що забезпечує підвищення ефективності переробки молока та має значний економічний ефект. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 Спосіб виробництва концентрату сироватки, що передбачає знежирення сироватки, її згущення і знесолення нанофільтрацією, діафільтрацію концентрату сироватки, який відрізняється тим, що знежирення сироватки проводять мікрофільтрацією, згущення і знесолення мікрофільтрату здійснюють нанофільтрацією при різниці тисків 1,6-2,5 МПа і температурі 15-25 °С, а для діафільтрації використовують зворотно осмотичний пермеат, що отримується згущенням нанофільтраційного пермеату зворотним осмосом, і проводять діафільтрацію концентрату сироватки у дві стадії при різниці тисків 1,6-2,5 МПа і температурі 15-25 °С до концентрації сухих речовин 12,5-18,0 %. 3 UA 98270 C2 Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601