Способ переработки молочной сыворотки

 

Область использования: в молочной промышленности. Сущность способа: молочную сыворотку деминерализуют и нейтрализуют электродиализом 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 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 А 23 С 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4793830/13 (22) 19.02.90 (46) 30,04.92. Бюл. ¹ 16 (71) Всесоюзный проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт промышленной технологии (72) А.М. Кузавский (53) 637.34.8(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1063362, кл. А 23 С 21/00, 1984.

Авторское свидетельство СССР № 1358891, кл. А 23 С 21/00, 1986.

Патент США № 4227981, кл. В 01 D 13/02, 1986. (54) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ МОЛОЧНОЙ

СЫВОРОТКИ

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 60120 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 о6ессоливают электродиализом на 50 — 70%, затем нейтрализуют до рН 5,8-6,5 20%-ным раствором гидроокиси натрия или бикарбоната

„„5U„„ 1729378 А 1 (57) Область использования: в молочной промышленности, Сущность способа: молочную сыворотку деминерализуют и нейтрализуют электродиализом 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/м до уровня деминерализации

2 молочной сыворотки не выше 90% и достижения в ней рН 6,0 — 6 5. 1 табл. натрия, после чего проводят дальнейшее электродиализное обессоливание на 7090%.

К недостаткам указанных способов относятся необходимость использования дорогостоящих реагентов и многостадийность.

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-1729378 камера NaOH — рассольная камера - камера сыворотки и т.д.

Камеры сыворотки ограничены с двух сторон анионитовыми мембранами, а камеры рассола и NaOH — анионитовыми и катионитовыми мембранами, При поданном на аппарат напряжении ионы ОН перемещаются через анионитовую 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/м 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).

Под действием сил электрического поля

15, анионы солей, находящиеся в сыворотке, 20

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 камеры солевого раствора подают раствор соли, катиониты которой не образуют осадков гидроокисей в интервале рН 4-14, например NaCI или KCI. движутся в сторону анода через анионитовые мембраны, а катионы — в сторону катода через катионитовую мембрану..

Таким образом происходит удаление 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 составляет 40-60%, Оставшуюся в сыворотке молочную кислоту нейтрализуют путем подщелачивания сыворотки в камерах католита. В сыворотку, находящуюся в камерах катонита, из камеры солевого раствора через катионитовую мембрану поступают катионы соли. Из биполярных мембран за счет электрохимического разложения воды выделяются ионы гидроксила, которые нейтрализуют молочную кислоту, Удаленные из сыворотки анионы и катионы накапливаются в камерах концентрирования. Одновременно происходит подкисление раствора электролита в камерах 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 происходит. Катионы водорода, выделившиеся на аноде, нейтрализуются анионами гидроксила, выделившимися на катоде, Соотношение потоков сыворотки по камерам обессоливания и католита выбирают в зависимости от типа исходной сыворотки, ее кислотности.

Соотношение потоков сыворотки в камерах обессоливания и католита 5:1 соответствует переработке кислой творожной сыворотки. Изменение соотношения потоков в сторону их выравнивания приводит к черезмерному подщелачиванию сыворотки и смещению величины рН в щелочную область, т.е, рН> 7, что отрицательно сказывается на вкусовых качествах сыворотки, 1729378

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

Верхний предел плотности тока, равный 800 A/è, обусловлен термостойкостью биполярных мембран. При плотности тока, превышающей указанную, наблюдается разрушение мембран.. Работа при плотностях тока ниже 50 А/м неэффек г тивна.

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 концентрирования 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. B 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

6,47 титруемой кислотностью 72 Т и активной кислотностью 4,1 сепарируют, пас5 теризуют 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

10 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

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

350 А/м .

Единичная эффективная площадь мембраны 0,019 м .

В результате электродиализной переработки получают деминерализованную раскисленную сыворотку с содержанием

25 минеральных солей 0,15, что соответствует уровню деминерализации 77 Активная кислотность деминерализованной сыворотки 6,4 рН, титруется кислотность

14ОТ, 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;1-20:1соответственно, 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/м до уровня деминерализации молочной сыворотки не выше 90 и достижения в ней рН 6,0-6 5.

1729378

15

25

35

Составитель А.Кузавский

Техред М.Моргентал Корректор Л.Палий

Редактор А.Orap

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1450 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5