Способ переработки молочной сыворотки Советский патент 1992 года по МПК A23C21/00 

(Л

С

Область использования: в молочной промышленности. Сущность способа: молочную сыворотку деминерализуют и нейтрализуют электродиализом путем подачи молочной сыворотки в камеры обессолива- ния и католита в соотношении потоков по камерам 5:1-20:1 соответственно, в камеры концентрирования и анолита - раствора электролита с тем же соотношением потоков и концентрацией 1.0-50 г/л, а в камеры солевого раствора - раствора соли с концентрацией 10-50 г/л, при этом процесс электродиализа ведут при плотности тока 50-800 А/м2 до уровня деминерализации молочной сыворотки не выше 90% и достижения в ней рН 6,0-6,5. 1 табл.

Изобретение относится к молочной промышленности, в частности к способам обработки молочной сыворотки для получения продуктов питания.

Известен способ переработки молочной сыворотки, согласно которому исходную подсырную, творожную или казеиновую сыворотку с кислотностью 60- 120°Т сепарируют, пастеризуют, а затем раскисляют раствором гидроксида натрия или карбоната кальция для снижения кислотности до 18-20°Т.

Известен также способ подготовки молочной сыворотки для производства продуктов питания, который проводят в три стадии. Первоначально сыворотку обессоливают электродиализом на 50-70%, затем нейтрализуют до рН 5,8-6,5 20%-ным раствором гидроокиси натрия или бикарбоната

натрия, после чего проводят дальнейшее электродиализное обессоливанйе на 70- 90%.

К недостаткам указанных способов относятся необходимость использования дорогостоящих реагентов и многостадий- ность.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ электродиализной переработки кислой сыворотки.

Согласно известному способу кислую сыворотку обрабатывают в электродиализном аппарате трехкамерного типа. В камеры первого тракта подают исходную сыворотку, второго - раствор NaOH, третьего - рассол. Чередование камер в электродиализном аппарате следующее: рассольная камера - камера сыворотки -VI

ND

О CJ

VI

00

камера NaOH - рассольная камера - камера сыворотки и т.д.

Камеры сыворотки ограничены с двух сторон анионитовыми мембранами, а камеры рассола и NaOH - анионитовыми и кати- онитовыми мембранами.

При поданном на аппарат напряжении ионы ОН перемещаются через анионито- вую мембрану из камеры NaOH в камеру сыворотки, нейтрализуя ее. Из камеры сыворотки анионы кислотных остатков и частично ОН -ионы переносятся в камеру рассола через другую анионитовую мембрану. Сюда же поступают ионы Na из камеры NaOH через катионитовую мембрану. Удаления катионов из сыворотки практически не происходит. По ходу процесса раствор NaOH постоянно доукрепляют свежим.

Для получения деминерализованной раскисленной сыворотки используют двух- стадийный процесс, в котором снижение кислотности осуществляют в трехкамерном электродиализаторе, а деминерализацию проводят на следующем этапе в двухкамерном электродиализаторе, включающем камеры обессоливания и концентрирования. Традиционным способом предотвращения выпадения осадков в камерах концентрирования является подкисление рассола путем введения в него кислоты.

Недостатками известного способа являются многостадийность процесса, возможность выпадения осадков в рассольных камерах и необходимость использования дорогостоящих реагентов.

Цель изобретения - упрощение процесса.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу переработки молочной сыворотки, предусматривающему деминерализацию и нейтрализацию сыворотки электродиализом в электродиалином аппарате, эти операции осуществляют путем подачи молочной сыворотки в камеры обессоливания и католита в соотношении потоков по камерам 5:1-20:1 соответственно, в камеры концентрирования и анолита - раствора электролита с тем же соотношением потоков и концентрацией 10-50 г/л, а в камеры солевого раствора, - раствора соли с концентрацией 10-50 г/л, при этом процесс электродиализа ведут при плотности тока 50-800 А/м2 до уровня деминерализации сыворотки не выше 90% и достижения в ней рН 6,0-6,5.

Изобретение позволяет упростить процесс переработки молочной сыворотки путем исключения многостадийности и, кроме того, отказаться от использования дорогостоящих реагентов (кислоты и щелочи).

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Исходную молочную сыворотку после сепарирования и пастеризации подают в камеры обессоливания и католита электродиализного аппарата.

В камеры концентрирования и анолита подают раствор электролита. Этот же раствор подают в приэлектродные камеры. В

0 камеры солевого раствора подают раствор соли, катиониты которой не образуют осадков гидроокисей в интервале рН 4-14, например NaCI или КО.

Под действием сил электрического поля

Таким образом происходит удаление

0 минеральных солей из сыворотки. Кроме того, из сыворотки частично удаляется молочная кислота. Степень удаления молочной кислоты зависит от типа исходной сыворотки, степени ее деминерализации и составля5 ет 40-60%.

Оставшуюся в сыворотке молочную кислоту нейтрализуют путем подщелачивания сыворотки в камерах католита. В сыворотку, находящуюся в камерах катонита, из каме0 РЫ солевого раствора через катионитовую мембрану поступают катионы соли. Из биполярных мембран за счет электрохимического разложения воды выделяются ионы гидроксила, которые нейтрализуют молоч5 чую кислоту.

Удаленные из сыворотки анионы и катионы накапливаются в камерах концентриро- вания. Одновременно происходит подкисление раствора электролита в каме0 рах анолита за счет перехода в раствор ионов водорода из биполярной мембраны. В приэлектродных камерах, в которые также подают раствор электролита, суммарного эффекта изменения величины рН не

5 происходит. Катионы водорода, выделившиеся на аноде, нейтрализуются анионами гидроксила, выделившимися на катоде.

Соотношение потоков сыворотки по камерам обессоливания и католита выбирают

0 в зависимости от типа исходной сыворотки, ее кислотности.

Соотношение потоков сыворотки в камерах обессоливания и католита 5:1 соответствует переработке кислой творожной

5 сыворотки. Изменение соотношения потоков в сторону их выравнивания приводит к чрезмерному подщелачиванию сыворотки и смещению величины рН в щелочную область, т.е. рН 7, что отрицательно сказывается на вкусовых качествах сыворотки.

Соотношение потоков 20:1 соответствует переработке подсырной сыворотки. Дальнейшее увеличение соотношения потоков между камерами обессоливания и католита не позволяет повысить величину рН. Более низкая величина рН ограничивает область применения сыворотки.

Верхний предел плотности тока, равный 800 А/м2, обусловлен термостойкостью биполярных мембран. При плотности тока, превышающей указанную, наблюдается разрушение мембран. Работа при плотностях тока ниже 50 А/м2 неэффективна.

Деминерализация исходной сыворотки выше чем на 90% приводит к значительному росту энергозатрат на процесс электродиализа без повышения качественных показателей продукта.

Суммарная концентрация солей в растворе электролита в камерах концентрирования ниже 10 г/л приводит к повышению омического сопротивления аппарата, а следовательно, к увеличению энергозатрат на процесс, кроме того, возрастают объемы сбрасываемых растворов. Повышение концентрации солей в камерах концентрирова- ния выше 50 г/л вызывает процесс обратной диффузии, т.е. перенос ионов из камер концентрирования в камеры обессоливания, что снижает эффективность процесса.

В таблице приведены данные экспериментов по обессоливанию молочной сыворотки для различных значений содержания солей в концентрируемом растворе. В пределах каждого опыта концентрацию минеральных солей в сыворотке снижали на 70%, а концентрацию солей в тракте концентрирования поддерживали практически постоянной. В результате экспериментов определяли величины выхода по току и удельных затрат электроэнергии по минеральным солям.

Анализ полученных данных показывает, что при значениях содержания солей в концентрируемом растворе ниже 10 г/л резко увеличиваются удельные затраты электроэнергии. В опытах с концентрациями солей выше 50 г/л наблюдается одновременное снижение величины выхода по току и повышение удельных затрат снижается.

Исходя из тех же предпосылок выбран диапазон концентраций соли в камерах солевого раствора.

Пример. Исходную творожную сыворотку с массовой долей сухих веществ 6,4% титруемой кислотностью 72°Т и активной кислотностью 4,1 сепарируют, пастеризуют и подвергают электродиализной переработке. Электродиализный аппарат включает в себя по 24 камеры обессоливания и концентрирования и по 3 камеры анолита, католита и солевого раствора. В

камеры концентрирования и анолита первоначально подают раствор NaCI с концентрацией соли 15 г/л. а в камеры солевого раствора - NaCI с концентрацией соли 30 г/л. Соотношения потоков

в камерах обессоливания и католита, концентрирования и анолита 8:1. Переработке подвергают 8л сыворотки в течение 1 ч при начальной плотности тока 350 А/м2.

Единичная эффективная площадь мембраны 0,019 м2.

В результате электродиализной переработки получают деминерализованную раскисленную сыворотку с содержанием

минеральных солей 0,15%, что соответствует уровню деминерализации 77%. Активная кислотность деминерализованной сыворотки 6,4 рН, титруется кислотность 14°Т.

Полученную согласно предлагаемому способу сыворотку можно использовать для производства продуктов питания.

Формула изобретения

Способ переработки молочной сыворотки, предусматривающий деминерализацию и нейтрализацию молочной сыворотки электродиализом в электродиализном аппарате,

отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса, деминерализацию и нейтрализацию сыворотки электродиализом осуществляют путем подачи молочной сыворотки в камеры обессоливания и католита в соотношении потоков по камерам 5:1-20:1 соответственно, в камеры концентрирования и анолита - раствора электролита с тем же соотношением потоков и концентрацией 10-50 г/л, а в камеры солевого раствора-раствора соли с концентрацией 10-50 г/л, при этом процесс электродиализа ведут при плотности тока 50-800 А/м2 до уровня деминерализации молочной сыворотки не выше 90% и достижения в ней рН 6,0-6,5.