СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА МОЛОЧНОГО САХАРА
MILK SUGAR PRODUCTION METHOD

Изобретение относится к технологии производства молочного сахара - лактозы.
Известен способ кристаллизации лактозы из молочной сыворотки, полученной при производстве творога или сыра, путем очистки от жира и белков тепловой и кислотно-щелочной коагуляцией, затем сыворотку направляют на сгущение в вакуум-выпарной установке до массовой доли сухих веществ 50-54% и подают на очистку от несахаров органического и минерального происхождения одним из известных способов. Очищенный сироп охлаждают сначала до 10-12°С в течение 8-10 часов, а затем выдерживают при этой температуре 10-12 часов [1].
Недостатками известного способа по сравнению с заявленным являются низкий выход молочного сахара и большая продолжительность процесса кристаллизации лактозы.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является сокращение времени на процесс и увеличение массы выхода продукта.
Поставленная задача решается за счет применения способа производства молочного сахара из молочной сыворотки, включающего очистку сыворотки от жира и белков и сгущение, с последующей кристаллизацией лактозы, отделением и сушкой кристаллов лактозы, отличающегося тем, что процесс кристаллизации лактозы из сгущенной до 45-60% сухих веществ сыворотки осуществляется путем циклической температурной обработки, состоящей в последовательном ее нагревании и охлаждении.
Подготовленную и сгущенную известным способом [1] молочную сыворотку подвергают циклической температурной обработке, состоящей в последовательном ее нагревании и охлаждении, причем в первом цикле сироп нагревают до температуры 75-80°С в течение 1 часа, а затем охлаждают до температуры 10°С в течение 3 часов. Затем следует второй цикл 3-часового нагревания от 10°С до 75-80°C с последующим 3-часовым охлаждением от 75-80°С до 10°С. Третий цикл повторяет второй.
Технический результат заключается в том, что за счет введения циклической температурной обработки молочной сыворотки достигается увеличение выхода кристалломассы в результате более интенсивного проведения процесса кристаллизации. При нагревании кристаллизата происходит растворение мелких кристаллов. Чем меньше размер кристалла, тем меньше время его растворения при нагревании. Более крупные кристаллы во время нагревания не успевают раствориться. При этом концентрация раствора растет, за счет чего увеличивается скорость роста крупных кристаллов, которые не успевают раствориться за время нагревания кристаллизата. Эффект достигается благодаря тому, что линейная скорость роста кристаллов лактозы  увеличивается с ростом приведенного линейного размера кристалла d:
где: d - усредненный приведенный линейный размер кристалла, м;
к
3
ρ - плотность кристалла, кг/м;
2
g - ускорение свободного падения, м/с;
ж
3
ρ - плотность межкристальной жидкости, кг/м;
µ - динамическая вязкость, межкристальной жидкости, Па·с;
n
н
3
ΔC=C-C - пересыщение кристаллизата, кг/м;
n
н
3
С и С - концентрации пересыщенного и насыщенного растворов соответственно, кг/м [2].
n
Из формулы (1) видно, что скорость роста кристалла лактозы W пропорциональна квадрату его линейного размера d. При нагревании кристаллизата растворение мелких кристаллов приводит к увеличению концентрации раствора С, а следовательно, к увеличению его пересыщения ΔС. Увеличение всех перечисленных параметров, а особенно линейного размера кристалла (из-за квадратичной зависимости скорости роста от линейного размера), повышает скорость роста кристаллов лактозы. Кроме того, растворившиеся мелкие кристаллы частично сохраняют свою структуру в растворенном состоянии, образуя кластеры, и создают благоприятные условия для процесса кристаллизации, а именно: легко присоединяются к крупным кристаллам, интенсифицируя их рост [3]. Все эти три фактора, а именно: растворение мелких кристаллов с образованием кластероподобных сгустков, увеличение концентрации раствора и увеличение размера кристаллов - позволяют интенсифицировать процесс кристаллизации. В результате получаются крупные однородные кристаллы молочного сахара. Увеличение размеров получаемых кристаллов и уменьшение неоднородности их гранулометрического состава обеспечивают улучшение условий центрифугирования кристаллизата. При этом снижаются потери лактозы в мелассе, обусловленные попаданием мелких кристаллов в межкристальный раствор при центрифугальном отделении осадка, так как количество мелких кристаллов в кристаллизаторе сокращается.
В результате выход молочного сахара на тонну исходной сыворотки увеличивается с 20 до 25 кг за счет увеличения среднего размера кристалла и количества выкристаллизовавшейся лактозы. Эффект достигается благодаря уменьшению количества центров кристаллизации, увеличению линейного размера растущих кристаллов, повышению концентрации пересыщенного раствора и образованию кластероподобных структур из мелких кристаллов лактозы при нагревании сиропа.
Пример. Очищенная от казеиновой пыли и жира сыворотка, прошедшая процедуру осаждения белков кислотно-щелочным способом в количестве 250 кг, сгущалась на циркуляционном вакуум-выпарном аппарате VIGAND при температуре 60°С до содержания сухих веществ 52%. Полученные 25 кг сгущенной сыворотки (кристаллизат) заливались в кристаллизатор с рубашкой нагревания и охлаждения и механическим перемешиванием, где за счет подачи в рубашку горячей воды (t=80°C) происходило нагревание в течение 1 часа до температуры 75°С. Затем кристаллизат охлаждался ледяной водой (t=2°C) в течение 3-х часов до температуры 10°С при постоянном перемешивании. Последующие циклы нагревания и охлаждения кристаллизата длились 3 часа с аналогичным варьированием температур 10-75°С. По окончании охлаждения в 3-м цикле, через 16 часов после начала процесса кристаллизации, средний размер кристалла составил 310 мкм. Количество полученного сахара-сырца после фильтрования и сушки составляет 6,25 кг.
В результате использования предлагаемой технологии обработки молочной сыворотки увеличивается выход молочного сахара за счет усреднения гранулометрического состава кристаллов и увеличения среднего размера кристаллов. Кроме того, время проведения процесса кристаллизации сокращается.
Источники информации
1. АС СССР №249178, кл. 53 е, МПК А23С, 1969 г.
2. Фиалкова Е.А., Куленко В.Г., Качалова Е.А., Костюков Е.М. Теория роста кристаллов лактозы в зависимости от их размеров // Сб. материалов международного научно-технического семинара «Современные направления переработки сыворотки». Ставрополь: НОУ «Образовательный научно-технический центр молочной промышленности», 2006. - С.57-58.
3. Кольцова Э.М., Аганина А.В., Гордеев Л.С. Кластерная модель кристаллизации, предсказывающая порядок и хаос // Журнал физической химии, ч.74, №5, с.888-895.