Комплексная переработка молочной сыворотки мембранными методами

УДК 637.472

Комплексная переработка молочной сыворотки мембранными методами

А.А. Варивода, Г.П. Овчарова

Кубанский государственный аграрный университет

При переработке молока на сыр, творог и казеин побочным продуктом при их получении является сыворотка, представляющая собой ценнейшее лактозосодержащее сырье, так как в сыворотку переходит более 70% лактозы молока, а также сывороточные белки (30%), минеральные соли (30% кальция, 50% фосфора, 90% натрия и калия, 70% магния, 80% хлора) и все водорастворимые витамины. Несмотря на высокую биологическую ценность, значительная часть сыворотки (80%) до недавнего времени не перерабатывалась и вопрос ее переработки стал в настоящее время весьма актуален.

Комплексная переработка сыворотки преследует две цели -получение сухого концентрированного сывороточного белка (КСБ) и сухого молочного сахара (лактозы) с помощью наиболее перспективных и широко распространенных в настоящее время за рубежом мембранных методов.

К мембранным методам разделения жидкостей относятся микрофильтрация, ультрафильтрация и обратный осмос. Процессы осуществляются на мембранных установках, где основными рабочими элементами являются специальные полупроницаемые мембраны с различными размерами пор.

На рисунке 1 представлена схема комплексной переработки сыворотки.Очищенная от казеиновых частиц и жира сыворотка представляет собой чистый раствор водорастворимых сывороточных белков (альбумина и глобулина) и молочного сахара (лактозы). На первом этапе переработки сыворотку пропускают через нанофильтрационную мембранную установку, где происходит концентрирование сухих веществ до 20%, так называемое «холодное» сгущение. Результаты экспериментальной обработки сыворотки на пилотной ЫР-установке показаны в балансе сырья (табл. 1).

Таблица 1 - Баланс сырья после нанофильтраци и

Показатели сыворотки, % Сыворотка -сырье Концентрированная сыворотка ЫР -ретентат

Натуральный белок 0,60 2,13

Натуральный азот 0,20 0,46

Лактоза 3,63 15,67

Кислота 0,85 0,46

Зольность (минеральные соли) 0,42 1,17

Жиры 0,05 0,21

Рисунок 1 - Блок-схема комплексной переработки сыворотки

Как видно из эксперимента, при нанофильтрации происходит концентрирование сухих веществ в 4 раза, с одновременным частичным понижением количества природных солей. Процесс нанофильтрации позволяет заменить вакуум-выпаривание на первой ступени теплового концентрирования (подсгущения в ВВУ до 20% СВ) на менее затратный процесс холодного концентрирования на ЫР-установке.

Полученный после нанофильтрации пермеат подвергается очистке на установке обратного осмоса и направляется на технологические производственные нужды, а ретентат (подсгущенная сыворотка) направляется на ультрафильтрационную установку для получения

концентрата сывороточных белков (КСБ) и безбелковой сыворотки. Баланс продуктов, полученных после обработки в установке ультрафильтрации, показан в табл. 2.

Таблица 2 - Баланс продуктов, полученных после обработки в установке ультрафильтрации__________________________________________________

Показатели сыворотки, % Концентрированная сыворотка ЫР-ретентат ЫР-ретентат ЫР-пермеат

Натуральный белок 2,13 8,00 0,08

Натуральный азот 0,46 0,63 0,39

Лактоза 15,67 10,78 15,03

Кислота 0,46 0,46 0,46

Зольность (минеральные соли) 1,17 1,98 1,39

Жиры 0,21 0,65 0,01

Сухие вещества, всего 20,10 22,5 17,36

На ультрафильтрационной установке возможно получать концентраты с содержанием белка от 20 до 80%. Концентрат белка пропускают через установку микрофильтрации с целью бактериальной очистки (процесс «холодной» пастеризации), обеспечивающей микробиологическую безопасность белкового продукта. Полученный белковый концентрат с заданным содержанием сухих веществ досгущают в вакуум-аппарате по традиционной схеме, высушивают и получают чистый белоснежный порошок концентрата белка.

Безбелковая сыворотка (ЫР-пермеат) представляет собой чистый раствор молочного сахара и природных солей. Для обессоливания сыворотки, а следовательно, и с целью снижения кислотности сыворотку подвергают электродиализной обработке на ЭД-установке до разного уровня деминерализации, в зависимости от назначения лактозы к применению.

Деминерализованную сыворотку направляют в вакуум-аппарат (вторая ступень сгущения) для получения концентрированного раствора лактозы с содержанием сухих веществ 50-55%. Очень важными процессами в технологии получения чистого молочного сахара являются кристаллизация лактозы, декантация и промывка влажных кристаллов лактозы, для чего используется вода (конденсат) после вакуум-выпаривания. Сушка и размол кристаллов производятся по обычной традиционной схеме.

Таким образом, разделение молочной сыворотки мембранными технологиями на фракции и выделение из нее в чистейшем виде концентратов белка, пищевой лактозы, а также возможность получения сухой сыворотки, в том числе деминерализованной, позволяют получать продукты нового класса, высокого качества при одновременном снижении транспортных расходов на доставку сырой сыворотки от сыродельных заводов к месту производства сухих и сгущенных белковых концентратов и сухой лактозы и снижении энергозатрат на концентрирование сыворотки холодным способом.