Способ производства молочного сахара
MILK SUGAR PRODUCTION METHOD

Область техники
Изобретение относится к молочной промышленности и может быть использовано при производстве молочного сахара.
Предшествующий уровень техники
Известен способ производства молочного сахара из соленой сыворотки (патент РФ на изобретение №2360006, кл. С13K 5/00, А23С 21/00, опубл. 27.06.2009), предусматривающий нагревание соленой сыворотки до температуры 35-40°С, сепарирование при этой температуре, деминерализацию соленой сыворотки, на первой стадии которой проводят нанофильтрацию при давлении 2,0-2,5 МПа до степени деминерализации 20-25% и содержания сухих веществ 18-20%. На второй стадии проводят электродиализ фильтрованной сыворотки до достижения 0,5-0,6%. Ее осветляют термокислотной коагуляцией с подкислением до рН 4,4-4,6, выдерживают при температуре 90-95°С и отделяют белки при этой температуре. Проводят охлаждение и сгущение при температуре 55-60°С до содержания сухих веществ 60-65%. Кристаллизуют лактозу в сиропе в течение 20-22 часов при охлаждении до 8-10°С. Кристаллы отделяют центрифугированием при этой температуре и сушат при 120-140°С. Получают молочный сахар, имеющий доброкачественность 95-97%.
Известен также способ получения пористых таблеток молочного сахара (патент РФ на изобретение №2661200, кл. МПК А23С 1/00, С13К 5/00, А23С 21/00, опубл. 16.07.2018), который включает обезжиривание молочной сыворотки, отделение казеиновых частиц, ультрафильтрацию, нанофильтрацию для частичной деминерализации и концентрирования, электродиализное обессоливание до содержания минеральных веществ 0,04%, сгущение в вакуум-выпарном аппарате до 60-65% сухих веществ, кристаллизацию лактозы из пересыщенных сиропов, промывку водой с температурой 5-6°С, отделение кристаллов лактозы до влажности 7-10%, причем формование пористых таблеток в матрице осуществляют с использованием устройства для получения пористых таблеток молочного сахара в два этапа, на первом этапе формование идет за счет вибрации, на втором этапе происходит втирание верхнего слоя таблетки в матрицу, сушка и охлаждение пористых таблеток.
Недостатками данных способов является применение с целью достижения глубокой деминерализации электродиализа, который характеризуется высокой энергоемкостью и частыми остановками ЭД-оборудования вследствие воздействия на молочное сырье высокого электрического напряжения.
Наиболее близким техническим решением является способ производства молочного сахара с поточной кристаллизацией лактозы (патент РФ на изобретение №2658441, кл. А23С 23/00, С13К 5/00, опубл. 21.06.2018), предусматривающий ультрафильтрацию обезжиренного молока, нанофильтрацию пермеата обезжиренного молока до уровня обессоливания 25-30% и содержания сухих веществ 18-20%, электродиализ до уровня деминерализации 70-90%, сгущение, кристаллизацию лактозы до конечной температуры 10-12°С и сушку, при этом процессы ультрафильтрации, нанофильтрации и электродиализа проводят при температуре 18-20°С до доброкачественности не ниже 0,977, сгущение осуществляют до коэффициента пересыщения сиропа 1,8-2,7, кристаллизацию лактозы проводят в потоке при темпе охлаждения 1,5-2,0°С /мин до достижения средних размеров кристаллов 8-30 мкм.
Недостатком этого способа также является наличие в технологической линии производства молочного сахара электродиализа, а также осуществление НФ-концентрирования до 18-20% сухих веществ, но т.к. после ЭД-обработки сухие вещества снижаются до 15-17%, следовательно, вырастают энергозатраты при дальнейшем вакуум выпаривании.
Раскрытие изобретения
Задачей предлагаемого способа является сохранении высокого конечного уровня деминерализации сырья, достигаемого без использования электродиализа.
Техническим результатом является полное исключение из технологической цепочки производства молочного сахара электродиализа, повышения уровня деминерализации лактозосодержащего сырья после его нанофильтрации до значений 70-90%.
Указанный технический результат достигается тем, что способ производства молочного сахара предусматривает ультрафильтрацию обезжиренного молока, нанофильтрацию, сгущение, кристаллизацию, отделение кристаллов от маточного раствора их промывку и сушку, нанофильтрацию осуществляют по периодической схеме с фиксированным объемом концентрированного сырья в питающем танке с добавлением чистой, например, обратноосмотической воды на стадии предварительного достижения объемного фактора сжатия сырья в питающем танке равном 2,5-3,0, со скоростью равной скорости отвода фильтрата, получаемого в процессе нанофильтрации.
Технологическую операцию подвода чистой воды к сырью в процессе его НФ-обработки, с целью повышения степени его очистки от низкомолекулярных примесей, называют диафильтрацией. Существует множество способов подачи воды в сырье в процессе его НФ-обработки. Нерациональная подача воды в сырье может привести к ее большому расходу. Например, если подавать воду в сырье без его предварительного концентрирования, то расход воды может превысить объем исходного сырья в 4-5 раз. Если, например, объем исходного сырья равен 100 т, то при заданном уровне деминерализации 90% объем чистой воды на проведение диафильтрации может составить 400-550 т.
Осуществление изобретения
Способ производства молочного сахара предусматривает ультрафильтрацию обезжиренного молока, нанофильтрацию и диафильтрацию УФ-пермеата до уровня деминерализации 70-90% и содержания массовой доли сухих веществ 23-25%, сгущение на вакуум-аппарате до содержания сухих веществ 59-61%, кристаллизацию лактозы с темпом охлаждения 2-5°С/мин до температуры 10-12°С в течении 18-22 часов, отделение кристаллов лактозы от маточного раствора, их промывку и сушку.
Основным техническим результатом является полное исключение из технологической цепочки производства молочного сахара электродиализного оборудования при сохранении высокого конечного уровня деминерализации - 70-90%, что обеспечивает существенное повышение надежности работы технологической линии по производству молочного сахара, за счет исключения вынужденных остановок на обслуживание и ремонт ЭД-оборудования.
Еще одним техническим результатом является то, что диафильтрация приводит к повышению выведения из сырья не только солей, но и других низкомолекулярных соединений, например, молочной кислоты, а также небелкового азота в виде хлорида аммония и мочевины. Это приводит к дополнительной доброкачественности УФ-пермеатов на 1,2-1,8%, что имеет важное значение при получении сахара высоких кондиций.
Также дополнительным положительным техническим результатом является то, что процесс концентрирования и диафильтрации можно вести до достижения сухих веществ 23-25%, что обеспечивает значительную экономию энергоресурсов при последующем сгущении сырья на вакуум-выпарной установке.
Пример 1
Из 100 л УФ-пермета, с содержанием сухих веществ 5,1%, зольностью 0,64% и рН=5,65, 60 л направляли на нанофильтрационную обработку по периодической схеме с фиксированным объемом 20 л при Т=14±1°С и давлении на входе 3,0 МПа. Оставшиеся 40 л сырья смешивали с 40 л обратноосмотической воды. По окончании НФ-концентрирования 60-ти литров сырья в питающую емкость подавали смесь сырья и обратноосмотической воды. Процесс НФ-ДФ заканчивали при полном использовании водно-сырьевой смеси. Было получено 19,9 кг НФ-концентрата с массовой долей сухих веществ 24,1%, зольностью 0,19%. Уровень деминерализации составил
Д=1-0,19/0,64=0,71 (71%)
С целью получения молочного сахара, 4 кг из полученного деминерализованного НФ-концентрата с массовой долей сухих веществ 24,1% сгущали на лабораторной вакуум-выпарной установке до массовой доли сухих веществ 60,5. Полученные 1,51 кг кристаллизата с температурой 72°С помещали в термостат и охлаждали с темпом 3°С/час до 12°С в течении 20 часов, надосадочную жидкость (мелассу) сливали, а кристаллы лактозы промывали 1,0 литром обратноосмотической воды с температурой 8°С. После отстоя, надосадочную жидкость сливали, а полученные кристаллы лактозы высушивали в сушильном шкафу при 70°С до постоянного веса. Было получено 0,80 кг лактозы доброкачественностью 96,2%.
Пример 2
Из 100 л УФ-пермеата с содержанием сухих веществ 5,04%, зольностью 0,63% и рН=5,62, 60 л направляли на нанофильтрационную обработку по периодической схеме с фиксированным объемом 20 л при Т=14±1°С и давлении на входе 3,0 МПа. Оставшиеся 40 л сырья смешивали с 60 литрами обратноосмотической воды. По окончании концентрирования 60-ти литров сырья в питающую емкость подавали смесь сырья и обратноосмотической воды. Процесс НФ-ДФ заканчивали при полном использовании водно-сырьевой смеси. Было получено 20 кг НФ-концентрата с массовой долей сухих веществ 23,6%, зольностью 0,12%. Уровень деминерализации составил
Д=1-0,12/0,63=0,80 (80%)
Как и в примере 1, для производства молочного сахара было взято 4 кг деминерализованного НФ-концентрата. Было получено 0,83 кг молочного сахара с доброкачественностью 97,5%. Значения всех параметров при производстве молочного сахара были взяты из примера 1.
Пример 3
Из 100 л УФ-пермеата с содержанием сухих веществ 5,18%, зольностью 0,62% и рН=5,64, 60 л направляли на нанофильтрационную обработку по периодической схеме с фиксированным объемом 20 л при Т=14±1°С и давлении на входе 3,0 МПа. Оставшиеся 40 л сырья смешивают с 80 л обратноосмотической воды. По окончании концентрирования 60-ти литров сырья в питающую емкость подавали смесь сырья и обратноосмотической воды. Процесс НФ-ДФ заканчивали при полном использовании водно-сырьевой смеси. Было получено 19,7 кг НФ-концентрата с массовой долей сухих веществ 24,3%, зольностью 0,09%. Уровень деминерализации составил
Д=1-0,09/0,62=0,90 (90%)
Как и в примере 1, для производства молочного сахара было взято 4 кг деминерализованного НФ-концентрата. Было получено 0,86 кг молочного сахара с доброкачественностью 98,6%. Значения всех параметров при производстве молочного сахара были взяты из примера 1.
Величина фактора объемного сжатия сырья 2,5-3, при котором начинают диафильтрацию была установлена экспериментальным путем. Именно эта величина позволяет добиться существенного уровня деминерализации 90% и снизить расход чистой воды.
Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения условию патентоспособности «новизна».
Сравнительный анализ показал, что в уровне техники не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного изобретения, а также не подтверждена известность влияния этих признаков на технический результат. Таким образом, заявленное техническое решение удовлетворяет условию патентоспособности «изобретательский уровень».