СПОСОБ ОЧИСТКИ И КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ КУКУРУЗНОГО ЭКСТРАКТА Российский патент 2014 года по МПК C08B30/10 C08B30/02 

Изобретение относится к кукурузокрахмальному производству, а именно к способам переработки кукурузного экстракта, образующегося при переработке кукурузы на крахмал на стадии ее замачивания, являющегося побочным продуктом крахмалопаточного производства.

Общее суммарное содержание растворенных и взвешенных сухих веществ (СВ) в исходном экстракте в зависимости от метода замачивания (стационарного или диффузионного), качества кукурузы и экстрагента составляет 5-12%.

Наиболее ценными веществами экстракта являются находящиеся в растворенном состоянии углеводы, белки, полипептиды, аминокислоты, витамины, стимуляторы роста, микроэлементы и другие биологически активные вещества. Экстракт используется в составе питательных сред при производстве антибиотиков, незаменимых аминокислот, витаминов, ферментов, органических кислот, дрожжей и др. продуктов микробиосинтеза; при производстве пищевых добавок и медицинских препаратов, кормов, органических удобрений и других продуктов.

В связи с низкой хранимоспособностью нативного экстракта и большим объемом его концентрируют различными способами.

Известен метод выделения и концентрирования белковой массы из экстракта химической коагуляцией в две ступени. Патент РФ №2422039. На первом этапе pH экстракта с 4,2-4,4 доводят щелочным реагентом (смесью гидроксида кальция и гидроксида натрия) до pH 6 и выделяют скоагулированную белковую массу декантацией, на втором значение pH доводят до 8 и также выделяют скоагулированную белковую массу с помощью декантации.

Недостатком этого способа является относительно небольшая степень концентрирования экстракта по объему (всего в 3,125 раза), которая при рекомендуемых параметрах коагуляции составляет всего 31,8% по массе. Кроме того, белок за счет химической коагуляции является денатурированным и, следовательно, обладает пониженной усвояемостью.

Известен способ сгущения экстракта с помощью выпаривания (Романенко В.Н., Филиппова Н.И. Комплексное использование сырья в крахмалопаточном производстве. - М.: Агропромиздат, 1985, 138-139 с.) до максимальной концентрации 45-48%.

В настоящее время для этих целей используют процесс вакуум-выпаривания, который имеет ряд существенных недостатков: накипе- и нагарообразование, загорание поверхностей нагрева, интенсивное пенообразование, коррозионный износ и высокие энергозатраты (порядка 500 МДж/м³).

Кроме того, выпарка не обеспечивает химической и микробиологической чистоты экстракта, необходимой для производства пищевых добавок и медицинских препаратов, а также для использования при микробиосинтезе.

Технический результат заключается в концентрировании кукурузного экстракта, сокращении его объема, поступающего на выпаривание, и соответственно снижении энергозатрат.

Технический результат достигается тем, что очистка и концентрирование кукурузного экстракта предусматривает тонкую очистку и стерилизацию, предварительное концентрирование и доконцентрирование, причем очистку экстракта проводят на микрофильтрационных мембранах с диаметром пор 0,2 и 0,45 мкм или крупнопористых ультрафильтрационных мембранах с рейтингом по молекулярной массе 150-170 кДа, а глубокое концентрирование до концентрации 25-30% СВ осуществляют на высокоселективных обратноосмотических мембранах с селективностью 99,5-99,8% при давлении до 100 МПа, а окончательное концентрирование до содержания 55-65% СВ осуществляют на вакуум-выпарной установке.

Изобретение поясняется блок-схемой на фиг.1, где:

1 - микрофильтрационная или ультрафильтрационная установка;

2 - обратноосмотическая установка;

3 - вакуум-выпарная установка.

Способ осуществляют следующим образом. Исходный экстракт подают в мембранную установку 1, где из него удаляются и переходят в ультраконцентрат (УФ-концентрат) содержащиеся в нем остатки крахмала, зерна и другие взвешенные вещества, коллоиды и микроорганизмы.

УФ-концентрат смешивается с мезгой и используется в составе жидких или сухих кормов.

Прозрачный, не содержащий взвесей ультрапермеат (фильтрат, прошедший через мембрану) подают в мембранную обратноосмотическую установку 2, где он концентрируется от 5-9% СВ до 25-30% СВ. ОО-концентрат далее доконцентрируется на вакуум-выпарной установке 3 до концентрации 55-65% СВ с получением продукта - экстраконцентрата экстракта. ОО-пермеат с концентрацией не более 0,3-0,5 СВ возвращается на стадию замачивания кукурузы.

В мембранной установке 1 используют мембраны с низкой селективностью (задерживающей способностью) по растворенным белкам и другим сухим веществ (СВ), находящимся в растворенном состоянии при 100%-ном задержании всех взвешенных веществ и коллоидов.

Как показали приведенные в таблице 1 результаты опытов, для этой стадии могут использоваться микрофильтрационные (МФ) мембраны с диаметром пор от 0,45 до 0,2 мкм и крупнопористые ультрафильтрационные (УФ) мембраны с паспортной задерживающей способностью по молекулярной массе (рейтингом) от 150 до 170 кДа.

Таблицa №1 Наименование образцов Концентрация СВ по рефрактометру, % Селективность мембран по СВ, % Доля белка, %
на а.с.в. Селективность мембран по белку, % Рейтинг мембран по MM, кДа Исходный экстракт 12 (C₁) - 32,5 - - (С₃) МФ-пермеат 11,3 (С₂) 5,8 31,8 2,2 - Керамическая мембрана с Ø пор 0,45 мкм (С4) МФ-пермеат 11,2 (С₂) 6,7 31,6 2,8 - Керамическая мембрана с Ø пор 0,2 мкм (С4) УФ-пермеат 11 (С₂) 8,3 31 3,4 150 УФ-мембрана из полисульфенамида УПМ-200 (С4) УФ-пермеат 10,9 (С₂) 9,2 31,2 4,0 110 УФ-мембрана УПМ-100 (С4) УФ-пермеат 10,4 (С₂) 13,3 31,1 4,3 64,5 УФ-мембрана УПМ-50М (С4) УФ-пермеат 10,2 (С₂) 15 30,5 6,2 17 УФ-мембрана УПМ-20 (С4) УФ-пермеат 9,6 (С₂) 20 30,2 7,1 12,7 УФ-мембранаУПМ-10 (С4) МФ-пермеат 11,2 (С₂) 6,7 31,6 2,8 - Металлокерамическая мембрана с Ø пор 0,2 мкм (С4) Примечание: Результаты получены при скорости потока над мембранами 5 м/с, температуре 50°С. Концентрация СВ и белка определялась в общем пермеате при степени концентрирования по объему 12 раз Селективность мембран по СВ рассчитывали по формуле [(C₁-C₂)/C₁]·100%, а селективность по белкам - по формуле [(С₃-C₄)/C₃]·100%. Коллоидный индекс SDI (15 мин) во всех пермеатах был меньше 4,5.

В мембранной установке 2 используют мембраны, позволяющие осуществлять максимальное концентрирование кукурузного экстракта по объему с получением концентрата с максимально высокой концентрацией СВ при минимальной концентрации СВ и белка в обратноосмотическом пермеате (ОО-пермеате).

Проведенные и представленные в табл.2 результаты исследований по селективности нанофильтрационных и обратноосмотических мембран по сухим веществам (СВ) и белку показали, что они могут использоваться для концентрирования УФ-пермеата, предварительно очищенного на МФ- и УФ-мембранах.

Таблица 2 Основные обобщенные показатели пермеатов, полученных при концентрировании (предварительно осветленного на МФ- и УФ-мембранах) кукурузного экстракта на нанофильтрационных (НФ) и обратноосмотических (ОО) мембранах Наименова-
Ние
образцов Концентрация СВ по рефрактометру, % Селективность мембран по СВ, % Доля белка, % на а.с.в. Селективность мембран по белку, % Исходный осветленный экстракт 12 (С₁) - 32,5 - (С₃) НФ-пермеат 15 (С₂) 87,5 2,9 (С₄) 91 НФ-мембрана ОПМН-П ОО-пермеат 0,8 (С₂) 93,3 1,5 (С₄) 95,4 ОО-мембрана XLE ОО-пермеат 0,4 (С₂) 96,7 0,55 98,3 ОО-мембрана SWS (С₄) Примечание: 1. Паспортная селективность: мембран ОПМН-П - 55% по 0,15% NaCl; мембран XLE - 98%; мембран SWS - 99,8%; Селективность мембран по СВ рассчитывали по формуле [(С₁-C₂)/C₁]·100%, а селективность по белкам - по формуле [(С₃-С₄)/С₃]·100%.

Высокая степень концентрирования по сухим веществам достигается на обратноосмотических мембранах с высокой селективностью - 99,8% и составляет 25-30%.

Для получения ОО-концентрата с концентрацией до 20% СВ используются мембраны с селективностью по NaCl - 98%, а для получения ОО-концентрата с концентрацией СВ 15% используются нанофильтрационные мембраны.

Более глубокая степень концентрирования (до 65%) достигается за счет дополнительного упаривания обратноосмотического концентрата на вакуум - выпарной установке.

Изобретение относится к кукурузокрахмальному производству, а именно к способам переработки кукурузного экстракта, образующегося при переработке кукурузы на крахмал на стадии ее замачивания, являющегося побочным продуктом крахмалопаточного производства. Способ очистки и концентрирования кукурузного экстракта предусматривает стадии тонкой очистки, стерилизации, предварительного концентрирования и доконцентрирования. Очистку экстракта проводят на микрофильтрационных мембранах с диаметром пор 0,2 и 0,45 мкм или крупнопористых ультрафильтрационных мембранах с рейтингом по молекулярной массе 150-170 кДа. Глубокое концентрирование до концентрации 25-30% СВ осуществляют на высокоселективных обратноосмотических мембранах с селективностью 99,5-99,8% при давлении до 100 МПа. Окончательное концентрирование до содержания 55-65% СВ осуществляют на вакуум-выпарной установке. Предлагаемый способ очистки и концентрирования кукурузного экстракта обладает высокой степенью химической и микробиологической чистоты и низкими затратами на его производство. 2 табл., 1 ил.

Способ очистки и концентрирования кукурузного экстракта, предусматривающий стадии тонкой очистки и стерилизации, предварительного концентрирования и доконцентрирования, причем очистку экстракта проводят на микрофильтрационных мембранах с диаметром пор 0,2 и 0,45 мкм или крупнопористых ультрафильтрационных мембранах с рейтингом по молекулярной массе 150-170 кДа, а глубокое концентрирование до концентрации 25-30% СВ осуществляют на высокоселективных обратноосмотических мембранах с селективностью 99,5-99,8% при давлении до 100 МПа, а окончательное концентрирование до содержания 55-65% СВ осуществляют на вакуум-выпарной установке.