ЧИСТИ ТЕХНОЛОГИИ, ПРИЛОЖИМИ ЗА ВЪЗСТАНОВЯВАНЕ НА ПРОДУКТИ ОТ ТЕЧНИ ТЕКУШИ:

МЕМБРАННА ТЕХНОЛОГИЯ

1. ОСНОВНИ КОНЦЕПЦИИ

Мембранната технология се основава на разделящото действие, което мембраната упражнява върху течна смес от сложен състав. Чрез движеща сила или налягане се причинява преминаването на тези химически видове, способни да преминат през порите, присъстващи в мембраната (Фигура 1). Извършва се тангенциална филтрация, с помощта на която флуидът циркулира успоредно на границата, за да се избегне запушването на споменатите мембрани и да се удължи полуживотът им. В края на процеса се получават два течни потока: пермеатът или филтрираната вода и концентратът. В зависимост от процеса може да представлява интерес едното или другото, или и двете.

dairy

Фигура 1. Основна диаграма на оперативната основа на мембранните системи за разделяне

Мембраните имат еднакъв размер на порите или отрязани (отсечени), еквивалентни на молекулното тегло на стандартна молекула, от която се получава задържане на повече от 95% от разтвореното вещество. В зависимост от размера на порите, процесите се класифицират от най-големия до най-малкия размер като микрофилтрация, ултрафилтрация, нанофилтрация и обратна осмоза (Таблица 1). Въпреки това и поради ефектите на мембранната поляризация чрез отлагане на слой филтриран материал върху повърхността му, се постигат по-селективни филтрации от тези, определени от самата мембрана.

микрофилтрация

ултрафилтрация

нанофилтрация

Обратна осмоза

диаметър на порите

(молекулна маса 300 g/mol)

трансферен механизъм

приложено налягане (10 5 Pa)

специфични дебити ** (l/h.m 2)

филтрация върху диатомови водоросли

гел хроматография

* Съвсем теоретична стойност, тъй като трансферният механизъм е от дифузионен тип

** Неабсолютни стойности.

Таблица 1. Класификация на различните мембранни процеси

В обобщение, микрофилтрацията позволява отстраняване на колоидни частици и микроорганизми, докато ултрафилтрацията е по-селективна и задържа макромолекули, като протеини и ензими, вируси, маслени частици и пирогени. Нанофилтрацията е между конвенционалните системи за филтриране с кръстосан поток и обратна осмоза и е способна - действаща при налягания, по-високи от MF и UF - да отстранява молекули, чието молекулно тегло надвишава 200 далтона.

МЕМБРАННО РАЗДЕЛЯНЕ

Мембранната филтрация се използва рутинно за голям брой приложения в млечната индустрия, където тя се превърна в ценна част от производствения процес, особено при производството на млечни съставки. Неговите приложения могат да бъдат разделени в три категории: приложения за мляко, приложения за суроватка и други приложения.

Приложения за мляко

Обезмаслено мляко с обратна осмоза
  • Производство на сирене
  • Сладолед
  • Култивирани млечни продукти
  • Увеличен капацитет на изпарителя
Ултрафилтрация на пълномаслено и обезмаслено мляко
  • Производство на сирене
  • Укрепен млечен протеин
  • Култивирани млечни продукти
  • Сладолед
  • Намален въглехидратен сладолед
  • Намалено въглехидратно мляко
Микрофилтрация на пълномаслено и обезмаслено мляко
  • Бактерии с дълъг живот/Премахване на мляко
  • Фракциониране на казеина
Серумни приложения
  • Обратна осмоза на серума
  • Нанофилтрация на серума
  • Ултрафилтрация на серума
  • Микрофилтрация на суроватка
Други млечни приложения
  • Изяснен саламура от сирене
  • BOD/COD намаляване на кондензата на изпарителя и технологичната вода
  • Възстановяване на сода каустик и/или избистряне на разтвор на киселина за повторна употреба.

Мембранен спектър

Не се прави полезно обсъждане на мембранната филтрация, без да се разгледа филтрационен спектър

(От дясно на ляво на спектъра можете да следвате пътя от грубо до фино филтриране. Грубото филтриране започва спектъра, свързан с екранни или чорап филтри. Това отделя скалите от водата. След това следва микрофилтрацията. Тук тежки компоненти могат да бъдат отделени от Млякото. Мазнините, например, могат да бъдат премахнати, като се използва размер на порите, който ограничава само сметаната на млякото, позволявайки на обезмасленото мляко да премине. Още по-малък размер на порите може да се използва и за отделяне на казеина от суроватката стигаме до ултрафилтрация, при която всички големи компоненти на млякото, протеините и мазнините се задържат, но позволявайки на лактозата, водата и минералите да преминат през нея. още повече лактоза от млякото. Следните мембрани, използвани при преработката на млечни продукти, са нанофилтрирани. Тези мембрани задържат всички компоненти с изключение на соли и вода. e използвайте мембрани за обратна осмоза. Тази мембрана позволява само преминаването на вода, след което действа чисто като концентратор.

Мембранната филтрация с кръстосано отваряне отвори врати за голямо разнообразие от иновативни млечни продукти. Не е нужно да се обръщате много назад към дните, когато механичните сепаратори са били единственият начин за събиране на компонент от млякото. Днес не само кремът може да се отдели; На практика всеки основен компонент на млякото може да бъде отделен чрез филтърни мембрани. Технологията за мембранна филтрация бързо придобива известност при обработката на млечни съставки. Микрофилтрацията, ултрафилтрацията, нанофилтрацията и обратната осмоза правят възможно производството на продукти с уникални свойства и функционалности

Обратна осмоза на млякото

Обратна осмоза на обезмасленото мляко: Чрез обратна осмоза концентрацията на обезмаслено мляко може да бъде постигната до максимална концентрация на общо твърдо вещество от 30%.

Производство на сирене: Твърдото подсилено мляко се използва за подсилване на производството на сирене. Това позволява по-добро използване на оборудването и по-голямо производство на сирене на базата на вече съществуващо оборудване.

Сладолед: Същото приложение се използва в производството на сладолед за увеличаване на твърдите вещества в обезмасленото мляко за смес от сладолед. Това позволява на производителя да разпредели пълномаслено мляко за извличане на сметана и след това да концентрира полученото обезмаслено мляко за вътрешна употреба. Възможността за директно получаване на сметана и концентрирано обезмаслено мляко води до спестяване на разходите за съставките в сравнение с закупуването от пазара на добавена стойност на сметана и кондензирано обезмаслено мляко, които вече са преработени. Допълнително предимство на обратната осмоза е, че това е техника на концентрация, която се извършва на студено. Производителят на сладолед получава по-добър вкус с мляко, концентрирано чрез обратна осмоза, отколкото с мляко, концентрирано чрез изпаряване, използвайки топлина, за да предизвика фазова промяна и изпаряване на водата в млякото. Обикновено се получава изпарено мляко с варено аромати. Концентрираното мляко с обратна осмоза запазва свеж аромат, който може да подобри вкуса на крайния продукт.

Култивирани млечни продукти: Обратната осмоза на обезмасленото мляко може да се използва и при производството на кисело мляко с ниско съдържание на мазнини или без него. Обикновено производителят на кисело мляко е изправен пред дилема при производството на обезмаслено кисело мляко, като се налага да добави обезмаслено мляко на прах, за да увеличи твърдите вещества. Използването на концентрирано обезмаслено мляко с обратна осмоза вместо изпаряващо се концентрирано мляко води до по-малко топлинно увреждане или денатуриран протеин в изпареното мляко. Производителят на органично кисело мляко може да има проблеми с намирането на източник на органично обезмаслено мляко на прах, за да увеличи твърдите вещества в млякото. Чрез обратна осмоза прясното обезмаслено мляко може да се доведе до необходимото количество твърди вещества за производството на кисело мляко с ниско или нулево съдържание на мазнини.

Разширяване на изпарител: Обратната осмоза може също да се използва като допълваща система към съществуващите изпарители като метод за увеличаване на техния капацитет за производство на концентрат. Системата за обратна осмоза преди изпаряване обикновено е по-евтино решение за увеличаване на производството от реформирането на изпарител.

Ултрафилтрация на мляко

Следващото ниво в спектъра на мембранната филтрация е ултрафилтрация. Характеризира се с граница на молекулно тегло (MWCO) от 3000 до 100 000. Най-често срещаната граница е 10 000 молекулно тегло млечен стандарт. Това е традиционният размер, който обикновено се изисква при фракциониране на лактозните протеини, използвани за производството на WPC (суроватъчни протеинови концентрати) от 35% до 85%.

Чаша за сирене

Ултрафилтрацията на млякото е друг начин за увеличаване на твърдите вещества преди сиренето. Основната разлика между обратната осмоза и ултрафилтрацията е, че първата запазва всички млечни твърди вещества, докато втората позволява на лактозата и млечните минерали да преминават през мембраната. Това често предлага предимства за производителите на сирене, тъй като този вид сирене произвежда по-малко суроватка и увеличава добива на сирените.

Укрепване на протеини с течно мляко

Ултрафилтрацията се използва за увеличаване на процента на протеин в течно мляко като метод за подсилване на протеините в него. Този процес позволява на свойствата на млечните протеини да подобрят естествено вкуса и текстурата му и не изисква добавяне на обезмаслено мляко на прах, което често води до вкус на течно мляко като варено или по-сладко, за излишната лактоза от обезмаслено сухо мляко. Получените сортове без мазнини или ниско съдържание на мазнини имат същия вкус и текстура като пълномаслено мляко, без добавена мазнина.

Култивирани млечни продукти

Ултрафилтрацията се използва за увеличаване на твърдите вещества в млякото при приготвяне на безмаслена заквасена сметана.

Замразени

В сладоледената промишленост ултрафилтрацията на млякото преди смесване се използва за промяна на съдържанието на лактоза, увеличавайки нивото на протеин в сладоледа, за да се постигне по-голяма мобилизация на водата; добавянето на обезмаслени сухи млечни твърди вещества обаче увеличава общото съдържание на лактоза, което допринася за по-голяма гранулираност поради образуването на кристали по време на замразяването. Ултрафилтрацията премахва лактозата от пермеата, заедно с някои от млечните минерали. С ултрафилтрация, протеините могат да бъдат увеличени без странични ефекти от по-висока концентрация на лактоза и да се постигне по-дълъг срок на годност поради по-малко топлинен шок в цикъла на размразяване.

Сладолед с ниско съдържание на въглехидрати.

Производството на сладолед без лактоза или захар или с ниско съдържание на въглехидрати се постига чрез използване на ултрафилтрация заедно с диафилтрация (добавяне на вода) за извличане на до 96% от лактозата от млякото. Крайният продукт може да съдържа до по-малко от един грам въглехидрати на порция. Добавянето на заместители на захарта може да задоволи потребителите със сладки зъби, както и процъфтяващият пазар на диети, които не съдържат въглехидрати, мотивирани от диетите на Аткинс и избягването на захари.

Течно мляко с намалено съдържание на въглехидрати
Течното мляко за пиене има и други приложения за ултрафилтрация заедно с диафилтрацията при производството на млечни продукти без въглехидрати, използвани на развиващите се пазари на диетични продукти. По-долу е дадена графика, сравняваща млечен продукт на основата на млечни протеинови концентрати на прах с този, направен от прясно мляко. Концентратът на млечен протеин на прах се получава чрез ултрафилтриране на млякото с диафилтрация и след това изсушаване на прах. Нормален млечен състав с по-малко от 96% лактоза може да се постигне, ако се използва прясно пълномаслено мляко в Ултрафилтрация с вода Диафилтрация и се разтвори с вода и добавяне на сметана.

DF Воден ултрафилтрационен млечен продукт