СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИСХОДНОГО МОЛОЧНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ОБЕЗЖИРЕННОГО МОЛОКА
METHOD OF PRODUCTION AND DEVICE FOR PRODUCTION OF INITIAL MILK MATERIAL FOR SKIM MILK

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к устройству и способу получения из молока исходного молочного материала для обезжиренного молока посредством сепарации методом центрифугирования и микрофильтрации.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Как широко известно, молоко стерилизуют посредством обработки с помощью центробежного сепаратора и мембраны микрофильтра (ссылка на Патентные документы 1-3). Согласно методу бактофугации, молоко, которое содержит бактерии, подвергают сепарации методом центрифугирования; жидкость с высоким содержанием бактерий, получаемую в результате сепарации методом центрифугирования, стерилизуют посредством нагревания; и стерилизованную жидкость смешивают с молоком, которое подвергли сепарации методом центрифугирования. Данный процесс элиминирует приблизительно 90% бактерий.
[0003] При микрофильтрации с поперечным потоком молоко протекает по поверхности фильтра (фильтра, удаляющего бактерии) и таким образом разделяется на две фракции. Пермеат, который проходит через поры (от 0,1 мкм до 10 мкм) фильтра, представляет собой обезжиренное молоко, а ретентат представляет собой сливки. Поскольку жировые шарики и бактерии в молоке имеют по существу одинаковый размер, полученное обезжиренное молоко по существу не содержит бактерий. Микрофильтр для микрофильтрации имеет структуру, в которой пористая мембрана (далее упоминаемая как "мембрана") образована на подложке. При микрофильтрации с поперечным потоком жидкость, подаваемая в фильтр, протекает по мембране и таким образом разделяется на пермеат, который проходит через мембрану, и ретентат, который остается, не проходя через мембрану, и таким образом концентрируется.
[0004] Обезжиренное молоко получают посредством отделения молочного жира от сырого молока, проверенного молока или специального молока. Сухое обезжиренное молоко получают посредством обезвоживания обезжиренного молока с последующим измельчением в порошок. Иллюстративное использование обезжиренного молока включает регулирование состава для регулированного по составу молока, материала для пищи, материала для кондитерских изделий и домашней кулинарии. Исходным молочным материалом для обезжиренного молока является молоко, обработанное для использования при производстве обезжиренного молока и сухого обезжиренного молока.
[0005] В традиционном способе получения исходного молочного материала для обезжиренного молока используется теплообменник для нагревания молока до температуры, подходящей для сепарации; центробежный сепаратор для выделения из молока сливок и обезжиренного молока посредством центрифугирования; микрофильтр, который выполняет микрофильтрацию обезжиренного молока для выделения из обезжиренного молока пермеата, имеющего низкое содержание бактерий, и ретентата, который содержит удержанные фильтром бактерии, и который имеет выпуск для пермеата и выпуск для ретентата; и блок тепловой стерилизации при высокой температуре для стерилизации ретентата. Ретентат и пермеат смешивают для получения исходного молочного материала для обезжиренного молока.
[0006] Еще один традиционный способ получения исходного молочного материала для обезжиренного молока включает теплообменник для нагревания молока до температуры, подходящей для сепарации; центробежный сепаратор для выделения из молока сливок и обезжиренного молока посредством центрифугирования; микрофильтр, который выполняет микрофильтрацию обезжиренного молока для выделения из обезжиренного молока пермеата, имеющего низкое содержание бактерий, и ретентата, который содержит удержанные фильтром бактерии, и который имеет выпуск для пермеата и выпуск для ретентата; и трубку для возврата ретентата из выпуска для ретентата в патрубок подачи молока центробежного сепаратора. Пермеат доставляют в качестве исходного молочного материала для обезжиренного молока.
ДОКУМЕНТЫ УРОВНЯ ТЕХНИКИ
ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ
[0007] Патентный документ 1: Патент Японии № 2879153
Патентный документ 2: Заявка Японии (kokoku) № H4-12933
Патентный документ 3: Заявка Японии (kokoku) № H6-97945
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ПРОБЛЕМА, РЕШАЕМАЯ ИЗОБРЕТЕНИЕМ
[0008] В первом традиционном способе получения тепловая стерилизация при высокой температуре изменяет естественные свойства высококонцентрированного белка, содержащегося в ретентате, и таким образом, возможно, может влиять на аромат итогового сырного продукта. Также тепловая стерилизация при высокой температуре потребляет много энергии. В последнем традиционном способе получения, поскольку ретентат, в котором бактерии с высокой концентрацией остаются неотфильтрованными, смешивают с молочным материалом и возвращают в центробежный сепаратор, бактерии могут скапливаться внутри центробежного сепаратора, возможно, заражая сливки и обезжиренное молоко. Также, поскольку высококонцентрированные бактерии возвращаются в центробежный сепаратор, удаление бактерий центробежным сепаратором ухудшается. Кроме того, поскольку ретентат возвращается в центробежный сепаратор, мощность (размер) центробежного сепаратора должна быть увеличена.
[0009] Задача изобретения состоит в создании устройства и способа получения исходного молочного материала для обезжиренного молока, которые не включают изменение естественных свойств за счет тепловой стерилизации при высокой температуре; не влияют на аромат сыра; демонстрируют низкое потребление энергии; не предполагают заражение сливок и обезжиренного молока, обусловленное аккумулированием бактерий внутри центробежного сепаратора; улучшают удаление бактерий центробежным сепаратором; и не требуют центробежного сепаратора большой мощности.
СРЕДСТВО РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ
[0010] Устройство для получения исходного молочного материала для обезжиренного молока представленного изобретения отличается наличием средства подачи материала для подачи молочного материала; первого центробежного сепаратора, который разделяет посредством центрифугирования из молочного материала сливки и обезжиренное молоко и имеет входной патрубок для молочного материала, выпуск для сливок, выпуск для обезжиренного молока и сливной патрубок для осадка; микрофильтра, который выполняет поперечно-поточную микрофильтрацию обезжиренного молока и имеет входной патрубок для обезжиренного молока, выпуск для пермеата, имеющего низкое содержание бактерий, и выпуск для ретентата, который содержит удержанные фильтром бактерии; второго центробежного сепаратора, который выделяет из ретентата посредством центрифугирования чистую фракцию, имеющую низкое содержание бактерий, и фракцию с высоким содержанием бактерий и имеет входной патрубок для ретентата, выпуск для чистой фракции и сливной патрубок для фракции с высоким содержанием бактерий; и средства возврата для возвращения чистой фракции из выпуска для чистой фракции к входному патрубку для обезжиренного молока микрофильтра и/или к входному патрубку для молочного материала первого центробежного сепаратора. Пермеат доставляют в качестве исходного молочного материала для обезжиренного молока.
[0011] Способ получения исходного молочного материала для обезжиренного молока представленного изобретения отличается наличием подачи молочного материала из средства подачи материала к входному патрубку первого центробежного сепаратора; выделения посредством центрифугирования из молочного материала сливок и обезжиренного молока и выпуска сливок через выпуск для сливок, обезжиренного молока через выпуск для обезжиренного молока и осадка через сливной патрубок для осадка; подачи обезжиренного молока к входному патрубку микрофильтра, проведения поперечно-поточной микрофильтрации обезжиренного молока для выделения из обезжиренного молока пермеата, имеющего низкое содержание бактерий, и ретентата, который содержит удержанные фильтром бактерии, и выпуска пермеата и ретентата; подачи ретентата к входному патрубку второго центробежного сепаратора, выделения посредством центрифугирования из ретентата чистой фракции, имеющей низкое содержание бактерий, и фракции с высоким содержанием бактерий и слива фракции с высоким содержанием бактерий; возврата чистой фракции к входному патрубку для обезжиренного молока микрофильтра и/или к входному патрубку для молочного материала первого центробежного сепаратора; и доставки пермеата в качестве исходного молочного материала для обезжиренного молока.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0012] Далее будут описаны действия/операции и результаты получения исходного молочного материала для обезжиренного молока представленного изобретения. При получении исходного молочного материала для обезжиренного молока представленного изобретения молочный материал подается из средства подачи материала. В представленном описании молочный материал получают посредством доения коров, коз, овец и т.д. Затем молочный материал подается к входному патрубку первого центробежного сепаратора для выделения посредством центрифугирования из молочного материала сливок и обезжиренного молока. Сливки, обезжиренное молоко и осадок выпускают из выпуска для сливок, выпуска для обезжиренного молока и сливного патрубка для осадка соответственно. Перед подачей в первый центробежный сепаратор молочный материал может быть отрегулирован по температуре, давлению и скорости протекания, например, с помощью теплообменника, насоса и клапана соответственно.
[0013] Обезжиренное молоко из первого центробежного сепаратора подается к входному патрубку микрофильтра. Обезжиренное молоко подвергают поперечно-поточной микрофильтрации для выделения из него пермеата, имеющего низкое содержание бактерий, и ретентата, который содержит удержанные фильтром бактерии. Пермеат и ретентат выпускают из микрофильтра. Микрофильтр имеет входной патрубок для обезжиренного молока; выполняет поперечно-поточную микрофильтрацию обезжиренного молока; и имеет выпуск для пермеата, имеющего низкое содержание бактерий, и выпуск для ретентата, который содержит удержанные фильтром бактерии. Обезжиренное молоко из центробежного сепаратора используют для получения обезжиренного молочного порошка или для получения сыра посредством перемешивания со сливками. Однако обезжиренное молоко содержит бактерии. Бактерии могут включать терморезистентные спорообразующие бактерии. Спорообразующие бактерии не могут быть убиты с помощью обычной высокотемпературной кратковременной стерилизации (метод HTST, в котором стерилизацию проводят при температуре, составляющей 72°C-78°C в течение приблизительно 15 секунд), которую проводят на стадии, находящейся после системы сепарации методом центрифугирования. В случае когда спорообразующие бактерии выживают в итоговом продукте, бактерии выходят из спор и становятся активными в процессе хранения или обработки при температурах и влажности размножения. Бактерии влияют на аромат сырных продуктов и стабильность при хранении молочных продуктов, полученных при использовании обезжиренного порошка.
[0014] Первой особенностью получения исходного молочного материала для обезжиренного молока представленного изобретения является предоставление второго центробежного сепаратора. Ретентат подается к входному патрубку второго центробежного сепаратора. Второй центробежный сепаратор выделяет из ретентата посредством центрифугирования чистую фракцию, имеющую низкое содержание бактерий, и фракцию с высоким содержанием бактерий. Второй центробежный сепаратор имеет входной патрубок для ретентата, выделяет из ретентата посредством центрифугирования чистую фракцию, имеющую низкое содержание бактерий, и фракцию с высоким содержанием бактерий, и имеет выпуск для чистой фракции и сливной патрубок для фракции с высоким содержанием бактерий. Первый центробежный сепаратор выполнен главным образом с возможностью выделения из молочного материала обезжиренного молока и сливок, тогда как второй центробежный сепаратор выполнен с возможностью элиминирования бактерий. Второй центробежный сепаратор, выполненный с возможностью элиминирования бактерий, элиминирует 60%-99% бактерий, включая споры, посредством использования разделения по весу в том же самом температурном диапазоне, как у микрофильтра, без привлечения тепловой обработки.
[0015] Вторая особенность получения исходного молочного материала для обезжиренного молока представленного изобретения состоит в том, что в то время, как фракцию с высоким содержанием бактерий сливают, чистая фракция возвращается к входному патрубку для обезжиренного молока микрофильтра и/или к входному патрубку для молочного материала первого центробежного сепаратора. Средство возврата возвращает чистую фракцию из выпуска для чистой фракции к входному патрубку для обезжиренного молока микрофильтра и/или к входному патрубку для молочного материала первого центробежного сепаратора. Поскольку чистая фракция содержит обезжиренное молоко, имеющее очень низкое содержание бактерий, чистая фракция разбавляет рабочую жидкость и таким образом снижает нагрузку центробежного сепаратора, так что сепарацию с помощью первого центробежного сепаратора и/или фильтрацию с помощью мембраны микрофильтра можно выполнять более эффективно.
[0016] При получении исходного молочного материала для обезжиренного молока представленного изобретения, поскольку чистая фракция возвращается, не привлекается стерилизация с помощью блока тепловой стерилизации при высокой температуре. Таким образом, не предполагается повреждение за счет высокотемпературной тепловой обработки.
[0017] При получении исходного молочного материала для обезжиренного молока представленного изобретения пермеат доставляют в качестве исходного молочного материала для обезжиренного молока. Исходный молочный материал для обезжиренного молока обезвоживают и сушат с последующим измельчением в порошок. Иллюстративное использование обезжиренного молока включает регулирование состава для регулированного по составу молока, материала для пищи, материала для кондитерских изделий и домашней кулинарии. Как упоминалось выше, представленное изобретение может обеспечить получение исходного молочного материала для обезжиренного молока, которое не привлекает тепловую стерилизацию при высокой температуре обезжиренного молока и вследствие этого не предполагает изменение естественных свойств белка и ароматизирующих ингредиентов и таким образом не оказывает пагубного воздействия на аромат сырных продуктов; демонстрирует низкое потребление энергии вследствие непривлечения высокотемпературной тепловой обработки обезжиренного молока; не предполагает заражение сливок и обезжиренного молока, обусловленное аккумулированием бактерий внутри первого центробежного сепаратора; улучшает удаление бактерий первым центробежным сепаратором; и не требует первого центробежного сепаратора, имеющего большую мощность.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0018] [ФИГ. 1] Блок-схема, показывающая устройство для получения исходного молочного материала для обезжиренного молока согласно варианту изобретения.
[ФИГ. 2] Блок-схема, показывающая традиционное устройство для получения исходного молочного материала для обезжиренного молока.
[ФИГ. 3] Блок-схема, показывающая другое традиционное устройство для получения исходного молочного материала для обезжиренного молока.
ВАРИАНТЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0019] Далее вариант изобретения будет подробно описан со ссылкой на чертежи. ФИГ. 1 представляет собой технологическую схему, показывающую устройство для получения исходного молочного материала для обезжиренного молока согласно варианту изобретения. При получении исходного молочного материала для обезжиренного молока согласно варианту осуществления молочный материал 2 подается из средства 1 подачи материала, которое представляет собой резервуар для хранения. Молочный материал 2 получают посредством доения дойных коров.
[0020] Сначала молочный материал 2 подается к входному патрубку 4 первого центробежного сепаратора 3; сливки 5 и обезжиренное молоко 6 выделяют посредством центрифугирования из молочного материала 2; и сливки 5, обезжиренное молоко 6 и осадок 10 выпускают из выпуска 7 для сливок, выпуска 8 для обезжиренного молока и сливного патрубка 9 для осадка, соответственно. Перед подачей в первый центробежный сепаратор 3, молочный материал 2 регулируют по температуре, давлению и скорости протекания, например, с помощью теплообменника (не показано), насоса (не показано) и клапана (не показано) соответственно.
[0021] Обезжиренное молоко 6 из первого центробежного сепаратора 3 подается к входному патрубку 12 микрофильтра 11. Обезжиренное молоко 6 подвергают поперечно-поточной микрофильтрации (фильтрации через мембрану 13 микрофильтра) для выделения из него пермеата 14, имеющего низкое содержание бактерий, и ретентата 15, который содержит удержанные фильтром бактерии. Пермеат 14 и ретентат 15 выпускают из микрофильтра 11.
[0022] Микрофильтр 11 имеет входной патрубок 12 для обезжиренного молока; выполняет поперечно-поточную микрофильтрацию обезжиренного молока 6 при использовании мембраны 13 микрофильтра; и имеет выпуск 16 для пермеата 14, имеющего низкое содержание бактерий, и выпуск 17 для ретентата 15, который содержит удержанные фильтром бактерии. В итоге обезжиренное молоко 6 из центробежного сепаратора используют для получения обезжиренного молока. Обезжиренное молоко 6 содержит бактерии, и бактерии отделяют в ретентат 15.
[0023] Первой особенностью представленного варианта осуществления является предоставление второго центробежного сепаратора 18. Ретентат 15 подается к входному патрубку 19 второго центробежного сепаратора 18. Второй центробежный сепаратор разделяет посредством центрифугирования из ретентата 15 чистую фракцию 20, имеющую низкое содержание бактерий, и фракцию 21 с высоким содержанием бактерий. Второй центробежный сепаратор 18 имеет входной патрубок 19 для ретентата 15, разделяет посредством центрифугирования из ретентата 15 чистую фракцию 20, имеющую низкое содержание бактерий, и фракцию 21 с высоким содержанием бактерий, и имеет выпуск 22 для чистой фракции 20 и сливной патрубок 23 для фракции 21 с высоким содержанием бактерий. Первый центробежный сепаратор 3 выполнен главным образом с возможностью выделения из молочного материала обезжиренного молока и сливок, тогда как второй центробежный сепаратор 18 выполнен с возможностью элиминирования фракции 21. Второй центробежный сепаратор 18 элиминирует 60%-99% бактерий, включая споры, посредством использования разделения по весу в том же самом температурном диапазоне, как у микрофильтра, без привлечения тепловой обработки.
[0024] Вторая особенность представленного варианта осуществления состоит в том, что в то время, как фракцию 21 с высоким содержанием бактерий сливают из данной системы, чистая фракция 20 возвращается к входному патрубку 12 для обезжиренного молока микрофильтра и/или к входному патрубку 4 для молочного материала первого центробежного сепаратора. В какой входной патрубок возвращается чистая фракция 20, определяют по соответствию типам молочного материала, обезжиренного молока и сыра. Средство возврата, состоящее из трубок, клапанов и т.д., возвращает чистую фракцию 20 из выпуска 22 для чистой фракции 20 к входному патрубку 12 для обезжиренного молока микрофильтра 11 и/или к входному патрубку 4 для молочного материала первого центробежного сепаратора 3. В представленном варианте осуществления, поскольку чистая фракция 20 содержит обезжиренное молоко, имеющее очень низкое содержание бактерий, рабочая жидкость, разбавленная чистой фракцией 20, возвращается в обрабатывающее устройство (центробежный сепаратор и микрофильтр), так что нагрузка обрабатывающего устройства уменьшается. Таким образом, сепарацию с помощью первого центробежного сепаратора и/или фильтрацию с помощью мембраны микрофильтра можно выполнять более эффективно.
[0025] Получение исходного молочного материала для обезжиренного молока представленного варианта осуществления не привлекает стерилизацию с помощью блока тепловой стерилизации при высокой температуре. Таким образом, представленный вариант осуществления не предполагает повреждения за счет высокотемпературной тепловой обработки.
[0026] В производстве согласно представленному варианту осуществления пермеат 14 доставляют в качестве исходного молочного материала 26 для обезжиренного молока. Исходный молочный материал для обезжиренного молока обезвоживают и сушат с последующим измельчением в порошок. Иллюстративное использование обезжиренного молока включает регулирование состава для регулированного по составу молока, материала для пищи, материала для кондитерских изделий и домашней кулинарии.
[0027] ФИГ. 2 показывает традиционное устройство для получения исходного молочного материала для обезжиренного молока. Традиционное устройство для получения исходного молочного материала для обезжиренного молока содержит центробежный сепаратор 3 для выделения из молока 2 посредством центрифугирования сливок 5 и обезжиренного молока 6; микрофильтр 11, который выполняет микрофильтрацию (фильтрацию через мембрану 13 микрофильтра) обезжиренного молока 6 для выделения из обезжиренного молока 6 пермеата 14, имеющего низкое содержание бактерий, и ретентата 15, который содержит удержанные фильтром бактерии, и который имеет выпуск 16 для пермеата 14 и выпуск 17 для ретентата 15; и блок 24 тепловой стерилизации при высокой температуре для стерилизации ретентата 15. Пермеат 14 и стерилизованный ретентат 25 смешивают для получения исходного молочного материала 26 для обезжиренного молока. Как понятно из приведенного выше сравнения, получение исходного молочного материала для обезжиренного молока представленного изобретения не привлекает тепловую стерилизацию при высокой температуре ретентата из обезжиренного молока и вследствие этого не предполагает изменение естественных свойств белка и ароматизирующих ингредиентов и таким образом не оказывает пагубного воздействия на аромат сырных продуктов и демонстрирует низкое потребление энергии вследствие непривлечения высокотемпературной тепловой обработки ретентата из обезжиренного молока.
[0028] ФИГ. 3 показывает еще одно традиционное устройство для получения исходного молочного материала для обезжиренного молока. Еще одно традиционное устройство содержит центробежный сепаратор 3 для выделения из молока 2 посредством центрифугирования сливок 5 и обезжиренного молока 6; микрофильтр 11, который выполняет микрофильтрацию (фильтрацию через мембрану 13 микрофильтра) обезжиренного молока 6 и имеет выпуск 16 для пермеата 14, имеющего низкое содержание бактерий, и выпуск 17 для ретентата 15, который содержит удержанные фильтром бактерии; и трубку 27 для возврата ретентата 15 из выпуска для ретентата 17 в патрубок 4 подачи молока центробежного сепаратора 3. Пермеат 14 доставляют в качестве исходного молочного материала 26 для обезжиренного молока. Как понятно из приведенного выше сравнения, получение исходного молочного материала для обезжиренного молока представленного изобретения не предполагает заражение сливок и обезжиренного молока, обусловленное аккумулированием бактерий внутри центробежного сепаратора; улучшает удаление бактерий центробежным сепаратором; и не требует центробежного сепаратора большой мощности.
[0029] [Пример] Пример, описанный ниже, показывает, как получать исходный материал для обезжиренного молока согласно представленному изобретению. Молоко, имеющее содержание жира, равное 4,05%, и содержание белка, равное 3,47%, подается в первый центробежный сепаратор со скоростью, равной 10000 литров/ч. Сливки, имеющие содержание жира, равное 40,00%, выделяют из молока со скоростью, равной 1000 литров/ч. Также обезжиренное молоко, имеющее содержание жира, равное 0,05%, и содержание белка, равное 3,60%, выделяют из молока со скоростью, равной 9000 литров/ч. Обезжиренное молоко подается в микрофильтр. Пермеат, имеющий содержание жира, равное 0,04%, и содержание белка, равное 3,58%, выделяют из обезжиренного молока со скоростью, равной 8550 литров/ч. Также ретентат, имеющий содержание жира, равное 0,24%, и содержание белка, равное 3,98%, выделяют из обезжиренного молока со скоростью, равной 450 литров/ч. Ретентат подается во второй центробежный сепаратор со скоростью, равной 450 литров/ч. Чистую фракцию выпускают из второго центробежного сепаратора и смешивают с обезжиренным молоком, а полученную в результате смесь подают в микрофильтр. Тем временем, фракцию с высоким содержанием бактерий сливают из системы в виде осадка из второго центробежного сепаратора. Пермеат из микрофильтра становится нормированным молоком для использования в производстве итогового продукта сыра.
[0030] Представленное изобретение не ограничено описанным выше вариантом осуществления. Множество модификаций и вариантов представленного изобретения возможны с учетом сущности представленного изобретения, и они не исключаются из объема правовых притязаний представленного изобретения.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
[0031] Представленное изобретение может быть использовано для получения исходного молочного материала для обезжиренного молока.
ОПИСАНИЕ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
[0032] 2: молочный материал
3: первый центробежный сепаратор
5: сливки
6: обезжиренное молоко
11: микрофильтр
14: пермеат
15: ретентат
18: второй центробежный сепаратор
20: чистая фракция
24: блок тепловой стерилизации при высокой температуре
26: исходный молочный материал для обезжиренного молока