Мембранные технологии переработки молочной сыворотки: синтез науки и практики
Опубликовано 04 Апр 2012. Автор: Технолог
И. А. Евдокимов
Северо-Кавказский государственный технический университет, г. Ставрополь
С позиции современных воззрений на безотходную переработку молочная сыворотка является полноценным молочным сырьем, которое можно поставить в один ряд с обезжиренным молоком, а в некоторых случаях — и с молоком. Столь стремительное восхождение сыворотки по шкале производственной значимости кроется в экологических проблемах сохранения окружающей среды, экономических аспектах дефицита молочного сырья и в создании нового направления — функционального (здорового) питания. Главенствующую роль при этом сыграли научные исследования в области глубокой переработки сыворотки [1] и динамично развивающиеся мембранные методы фракционирования и концентрирования молочного сырья. Благодаря научным исследованиям и инновационным техническим разработкам нового поколения появилась возможность экономически рентабельной переработки молочной сыворотки с созданием промышленных технологий.
Мембранные процессы, используемые в настоящий момент для переработки молочной сыворотки, можно разделить на две группы: баромембранные и электромембранные.
Микрофильтрация широко применяется в технологиях переработки молочного сырья. Стоит отметить ее высокую эффективность при обеспечении микробиологической чистоты молока, молочной сыворотки, а также продуктов их переработки. Как показали наши исследования, эффективность удаления микроорганизмов при использовании микрофильтрации составляет 99,8 %, при этом температура обрабатываемого продукта (10–12) ◦С. Нами реализована технология микрофильтрации по регенерации рассола при производстве сыров (Мамоновский сырзавод).
Достаточно широкое распространение получил баромембранный процесс — ультрафильтрация. В молочной промышленности этот процесс используется для концентрирования высокомолекулярных компонентов (молочные белки), для стандартизации молока по белку при производстве сыра, творога, казеина; при получении «свежего» сыра и творога.
Так применение ультрафильтрации для обработки молочной сыворотки позволяет получить концентрат сывороточных белков (КСБ-УФ) и пермеат — идеальное сырье для производства лактозы или напитков. При этом в зависимости от требований производства или потенциального заказчика возможно получение концентрата с содержанием сывороточных белков до 85 % (диафильтрация). Технологии по нормализации молока внедрены на Брестском молочном комбинате, а также выполняется проект на молочном комбинате «Ставропольский».
Большой практический интерес в молочной промышленности вызывает нанофильтрация и обратный осмос. Оба этих процесса направлены на концентрирование молочного сырья, однако имеют свои индивидуальные особенности. При обратном осмосе используются мембраны с минимальным, по сравнению с другими баромембранными процессами, размером пор, что позволяет наиболее эффективно удалять воду из молочного сырья. В процессе обратного осмоса практически 100 % сухих веществ молочной сыворотки переходят в ретентат (до 20 % СВ, что соответствует удалению 70 % воды из исходной сыворотки). Другой продукт, получаемый в процессе обратного осмоса, пермеат, представляет собой воду с содержанием сухих веществ около 0,1 %. Получаемая вода может быть использована на предприятии для мойки и на другие технические цели.
Нанофильтрация — процесс, промежуточный между ультрафильтрацией и обратным осмосом. Данный процесс позволяет, как сконцентрировать молочное сырье, так и частично выделить из него минеральные вещества, т. е. произвести частичную деминерализацию до 30 %. Нами внедрены технологии нанофильтрации молочной сыворотки (см. рисунок) на нескольких российских и белорусских заводах (Заринск, Алтайский край; Лиски, Воронежская область; Слуцк, Беларусь и др.).
Обратный осмос и нанофильтрация являются экономически выгодными процессами, с точки зрения концентрирования молочного сырья. Применение данных процессов перед этапом конечного сгущения методом вакуум выпаривания позволяет сократить энергозатраты на удаление воды в 5–7 раз.
Мембранные процессы в молочной промышленности представлены и электромембранным процессом — электродиализом. Основное назначение электродиализа в молочной промышленности — деминерализация молочного сырья (молочной сыворотки, пермеата после ультрафильтрации).
В отличие от нанофильтрации электродиализ позволяет проводить деминерализацию молочного сырья до уровня 95 %. При этом большим преимуществом процесса электродиализа является возможность регулирования кислотности молочного сырья, что очень актуально при переработке кислой молочной сыворотки — творожной, казеиновой.
Следует отметить, что регулирование кислотности молочной сыворотки методом электродиализа позволяет значительно улучшить ее технологические свойства с целью дальнейшей переработки и использовании. Удаление молочной кислоты обеспечивает снижение времени кристаллизации и улучшение процесса сушки, понижение гигроскопичности сухой сыворотки, повышение степени ее растворимости. Использование процесса электродиализа позволяет организовать на молочном предприятии переработку на пищевые цели любого вида молочной сыворотки как сладкой или соленой подсырной, так и кислой — творожной и казеиновой. Нами внедрены технологии с электродиализом как в России, так и за рубежом [2].
Таким образом, применение мембранных процессов в молочной промышленности дает возможность по-новому взглянуть на традиционные технологии переработки молочного сырья. Технические характеристики мембранного оборудования способствуют снижению себестоимости готовой продукции и повышению ее качества, а технологически грамотное применение данного оборудования открывает перед переработчиками молока новые возможности в совершенствовании технологических процессов и создании новых видов продукции.
Список литературы
- Храмцов А. Г., Нестеренко П. Г. Технология продуктов из молочной сыворотки. — М.: ДеЛи принт,2004. — 587 с.
- Evdokimov I. We are passing the way that European countries have passed // Молочна промисловiсть, 2008. — P. 26–29.
Евдокимов И. А. Мембранные технологии переработки молочной сыворотки: синтез науки и практики // Материалы V Международной конференции «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке», СПбГУНиПТ, 2011. С.258-259.
