Способ получения технической воды из нанофильтрационного пермеата молочного сырья Российский патент 2024 года по МПК A23C9/144 B01D61/02 

Изобретение относится к молочной промышленности.

Предшествующий уровень техники

Стремление к комплексной, малоотходной переработке молочного сырья - один из приоритетных векторов развития современной молочной промышленности. На сегодняшний день практически все компоненты молока вплоть до низкомаржинальных минеральных фракций, используются в производстве молочных ингредиентов. Другая актуальная задача в индустрии - сокращение объемов воды, затрачиваемых на производство, которые могут составлять 10 л на кг готовой продукции и более. Как сокращение объема стоков, так и снижение водопотребления достижимы за счет вторичного использования воды, а также использования воды, изначально содержащейся в сырье.

Один из наиболее эффективных методов водоочистки, обеспечивающий выделение воды из потоков разнообразного физико-химического состава - обратный осмос. Обратный осмос - мембранный процесс, внедренный во многих молочных производствах. К примеру, известен способ, описанный в RU 2308196 C1, направленный на получение безлактозного молока. Способ включает процесс обратного осмоса, при котором часть минералов молока переходит в обратноосмотический концентрат, который затем участвует в составлении конечного продукта. Также известен способ получения молочной соли RU2555522 C1, включающей концентрирование пермеата нанофильтрации молочной сыворотки посредством обратного осмоса. Концентрат затем сгущают и высушивают. Аналогичный процесс описан в патенте EP 1061811 B1 применительно к пермеату нанофильтрации, полученному из молочной сыворотки или ультрафильтрационного пермеата молочного сырья.

В упомянутых документах указано, что пермеат, образующийся при обратноосмотической обработке как побочный продукт, может найти свое применение в процессах молочной промышленности. Однако известные способы обратноосмотической обработки нанофильтрацонного пермеата в молочной промышленности не содержат информации о режимах процесса, необходимых для получения воды, которая бы обладала достаточной чистотой и микробиологической стабильностью для использования в технологических процессах.

Технический результат изобретения заключается в получении воды с содержанием сухих веществ не более 0,03 г/100 г и удельной электропроводностью не более 300 мкСм/см из пермеата нанофильтрации молочного сырья путем обратного осмоса.

Способ осуществляют следующим образом. В качестве сырья для выделения технической воды могут использоваться пермеаты нанофильтрации: молока, микрофильтрационного пермеата молока, молочной сыворотки из-под твердых и свежих сыров, творога, греческого йогурта или другого концентрированного кисломолочного продукта. Также могут использоваться пермеаты нанофильтрации, полученные из пермеатов ультрафильтрации молока, молочной сыворотки или микрофильтрационного пермеата молока. В целом, в качестве сырья для выделения технической воды могут использоваться пермеаты нанофильтрации любого молочного сырья, обычно подвергаемого нанофильтрации в молочной промышленности.

Пермеат нанофильтрации направляют в фильтрационную установку, оснащенную обратноосмотическими мембранами санитарного исполнения с коэффициентом задержания не менее 98 % по NaCl. Коэффициент задержания определяется по одному из обычно используемых методов. Например, коэффициент задержания может быть определен как процентное отношение разности концентраций в сырье и пермеате к концентрации в пермеате при фильтрации раствора NaCl с концентрацией 2000 ppm и pH 7 через мембрану под избыточным давлением 225 psi в течение 20 мин, выход пермеата 15 %. Выход пермеата определяется как процентное отношение массы пермеата к массе отфильтрованного сырья.

Фильтрация осуществляется под давлением от 2,0 до 5,5 МПа и температуре от 10 до 25°C. Величину потоков ретентата и пермеата устанавливают таким образом, чтобы фактор концентрирования составлял от 1,0 до 10,0, более предпочтительно от 5,2 до 7,2. Предпочтительно использование спиральных полимерных мембранных элементов c прокладкой-турбулизатором толщиной не более 48 mil.

Очищенную указанным образом воду собирают в емкости из пластика, разрешенного для использования в пищевой промышленности, или коррозионностойкой нержавеющей стали, например, AISI 304 или стали аналогичной коррозионной стойкости. Микробиологическая стабильность полученной воды достигается за счет ее хранения при температуре не выше температуры фильтрации, а также регулярной мойки емкостного оборудования (не реже, чем раз в 24 ч при температуре хранения 25°C и не реже, чем раз в 72 ч при температуре хранения 10°C).

Вода, полученная описанным способом, обычно имеет содержание сухих веществ 0,0034-0,0225 г/100 г, удельную электропроводность 24-204 мкСм/см, pH 4,85-5,38. Сухое вещество полученной воды включает главным образом минеральные элементы молочного происхождения (K, Na, Cl), лактозу и соединения из фракции небелкового азота молока. Состав воды позволяет использовать ее для приготовления моющих растворов и ополаскивания оборудования (за исключением финальной промывки), а также в процессах мембранной фильтрации, предусматривающих применение диафильтрации (разбавление сырья водой в процессе фильтрации). Например, существенный объем диафильтрационной воды затрачивается при производстве белковых изолятов из молочного сырья.

Полученный в качестве побочного продукта концентрат обратного осмоса может использоваться, например, в качестве основы для напитков или как рассол в производстве молочных и прочих пищевых продуктов.

Пример 1.

85 220 кг нанофильтрационного пермеата, полученного при концентрировании ультрафильтрационного пермеата обезжиренного молока, подвергли фильтрации в двухконтурной мембранной установке, оснащенной мембранными элементами RO99 (толщина турбулизационной прокладки 30 mil) с задержанием по NaCl ≥98 % при температуре 15°C и давлении 2,0 МПа. В результате было получено 71 150 кг фильтрата, в котором определено содержание сухих веществ 0,0230 г/100 г и удельная электропроводность 271 мкСм/см.

Пример 2.

331 кг нанофильтрационного пермеата, полученного при концентрировании подсырной сыворотки, подвергли фильтрации в мембранной установке, оснащенной единственным мембранным элементом 8040-HRX-30 (толщина турбулизационной прокладки 31 mil) с задержанием по NaCl ≥99,5 % при температуре 15°C и давлении 3,0 МПа. В результате было получено 265 кг фильтрата, в котором определено содержание сухих веществ 0,0065 г/100 г и удельная электропроводность 44 мкСм/см.

Пример 3.

15 010 кг нанофильтрационного пермеата, полученного при концентрировании микрофильтрационного пермеата обезжиренного молока, подвергли фильтрации в одноконтурной мембранной установке, оснащенной мембранными элементами SNRO 8038-31 (толщина турбулизационной прокладки 31 mil) с задержанием по NaCl ≥99,0 % при температуре 15°C и давлении 4,0 МПа. В результате было получено 13 130 кг фильтрата, в котором определено содержание сухих веществ 0,0100 г/100 г и удельная электропроводность 109 мкСм/см.

Изобретение относится к молочной промышленности. Предложен способ получения технической воды, заключающийся в обратноосмотической обработке нанофильтрационного пермеата молочного сырья с использованием мембран с задержанием по NaCl 98 % и более при давлении 2,0-5,5 МПа, температуре 10-25°C и факторе концентрирования 1-10. Способ позволяет проводить очистку пермеатов нанофильтрации разнообразного молочного сырья. Полученный фильтрат имеет содержание сухих веществ не более 0,03 г/100 г и удельную электропроводность не более 300 мкСм/см и может использоваться в мойке оборудования, за исключением финальной промывки, а также в процессах мембранной фильтрации, предусматривающих применение диафильтрационной воды. 3 пр.

Способ получения технической воды, заключающийся в обратноосмотической обработке нанофильтрационного пермеата молочного сырья с использованием мембран с задержанием по NaCl 98 % и более при давлении 2,0-5,5 МПа, температуре 10-25°C и факторе концентрирования 1-10.