Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Мембранные методы обработки сырья в молочной промышленности
Фильтрация исторически является чрезвычайно старым способом, использовавшимся еще древними египтянами в виноделии. Мембранная же фильтрация - процесс новый, получивший широкое распространение с развитием науки и техники во второй половине прошлого века. Мембранная фильтрация- разновидность фильтрации, которая осуществляется через полупроницаемую мембрану для выделения частиц размером менее 10 мкм [1]. Мембранная фильтрация по размеру пор используемых мембран делится на: Ø микрофильтрацию; Ø ультрафильтрацию; Ø диафильтрацию; Ø нанофильтрацию; Ø гиперфильтрацию (обратный осмос). На основе использования мембранных процессов разработаны малоотходные и безотходные технологические процессы производства творога и кварка, сметаны и других кисломолочных продуктов, сычужных твердых и мягких сыров, напитков, глюкозо - галактозного сиропа продуктов кормопроизводства. Концентраты, полученные с применением мембранных методов разделения, широко используются в мясной промышленности в производстве колбасных изделий и полуфабрикатов, в масложировой промышленности - при производстве майонеза и других соусов, в хлебопекарной и кондитерской промышленности. Микрофильтрация Процесс выделения коллоидных частиц с размерами от 0,1 до 10 мкм называют микрофильтрацией. Этот метод появился сравнительно недавно и находит широкое применение в промышленности для холодной стерилизации, так как задерживает не только механические включения, но и микробные клетки, не влияя при этом на вкус молока [9]. Бактерии имеют размеры от 1,0 до 10 мкм (гнилостные бактерии - 5-8 мкм, уксуснокислые и флюоресцирующие бактерии - 1-2 мкм, кокки - 0,75-1,25 мкм) с молекулярной массой свыше 500 000; дрожжи и плесени имеют размеры от 10,0 до 100,0 мкм с молекулярной массой свыше 500 000 [10]. Соответственно мембраны, применяемые при микрофильтрации, имеют такой размер пор, при котором эти частицы будут задерживаться - от 0,1 до 10,0 мкм. Режимы процесса: давление на входе 0,2-0,3 МПа, скорость потока в фильтрующем канале 0,1-0,2 м/с, диаметр пор - около 100 нм [1]. Осуществляется на специальных мембранных аппаратах, рабочим органом которых является полупроницаемая мембрана с диаметром пор около 10 мкм.
При микрофильтрации жидкость под действием межмембранного давления проходит через фильтр - мембрану. Мембрана свободно пропускает белки, сахара и соли. Если размер частички больше поры мембраны, то такие частицы задерживаются на поверхности мембраны и образуют слой. Постоянное прокачивание ренентата параллельно поверхности мембраны смывает этот слой и предотвращает забивку фильтра [9].
Рис. 1 Структура мембраны (вид под электронным микроскопом) и схема разделения
Размер пор 1,4 мкм позволяет удалить из молока более 99,9% бактерий и спор. Однако молочный жир не может пройти через мембрану, что затрудняет процесс фильтрации. Поэтому на фильтрационной установке обрабатывается только обезжиренное молоко или сыворотка. Сливки обрабатываются традиционным нагревом.
Рис. 2 Технологическая схема процесса микрофильтрации
Микрофильтрация в молочной промышленности используется в линиях производства молока типа ESL (Extended Shelf Life) - молоко, занимающее промежуточное положение между пастеризованным и стерилизованным молоком. Микрофильтрация в сочетании с требуемой законодательством пастеризацией обеспечивает срок хранения 21 день [11]. Подобная технология обеспечивает удаление бактерий независимо от их свойств или концентрации, не оказывая отрицательного влияния на вкус продукта. Другая область применения микрофильтрации - производство сыров. Микрофильтрация сокращает количество спор более чем 99,9%. Риск появления поздних пороков, а значит, и потерь продукта полностью исключен. Кроме того, не меняется состояние компонентов молока, что позволяет получать сыр великолепного качества. Качество подсырной сыворотки при этом также улучшается [9]. Третья область применения микрофильтрации - производство высокочистых нативных белковых продуктов, в первую очередь молочных белков для продуктов питания грудных младенцев. Другие области применения микрофильтрации: · стерильная фильтрация солевого раствора в сыродельном производстве; · концентрирование и фракционирование молочных белков, например, для производства творога с уменьшенным выходом кислой сыворотки;
· удаление жира из обезжиренного молока и сыворотки. Концентраты, полученные микрофильтрацией подсырной сыворотки, используются в производстве традиционных молочных продуктов, сырных закусочных и десертных паст, а фильтрат (осветленная подсырная сыворотка) направляется на более глубокое фракционирование компонентов, а именно - на нанофильтрацию для получения низкомолекулярных биологически активных белков (глобулинов, лактоферрина, лактопероксидазы, панкреатических рибонуклеаз и др.) и на обратный осмос [9]. В странах с развитой молочной промышленностью микрофильтрация занимает важное место в обработке молока непосредственно на фермах для удаления из молока микроорганизмов. Ультрафильтрация Ультрафильтрация - процесс, в ходе которого отделяют макромолекулы и частицы размером 0,1 до 0,003 мкм. Молекулярная масса таких частиц лежит в пределах 1000-100 000 кДа (казеиновые мицеллы, сывороточные белки, витамины, лактоза). Ультрафильтрация применяется для концентрирования или обезвоживания растворов белков или иных макромолекул и для разделения коллоидных систем. Для ультрафильтрации характерны следующие технологические режимы: скорость потока в фильтрующем канале 2-5 м/с, диаметр пор ультрафильтрационных мембран - от 40 до 50 нм, давление на входе 0,1-1,0 МПа. Используется для концентрации жира и белков молока (казеин, сывороточные белки) [12]. Процесс ультрафильтрации осуществляется ультрафильтрационными аппаратами, основным рабочим органом которых является полупроницаемая мембрана. Именно она при наложении разности давлений пропускает растворитель и содержащиеся в нем соли и низкомолекулярные органические соединения, а макромолекулы и коллоидные частицы задерживает. Для ультрафильтрации молочного сырья отечественной молочной промышленностью используются следующие полупроницаемые мембраны: • ацетатцеллюлозные (1-е поколение); • полисульфонамидные (2-е поколение); • полые волокна (2-е поколение); • керамические и металлокерамические мембраны (3-е поколение) [1]. Особые перспективы использования мембранных процессов связаны с разработкой и внедрением в промышленность мембран третьего поколения. Мембраны третьего поколения состоят из крупнопористой подложки в виде, например, монокристаллов окиси алюминия с диаметром пор 15-20 мкм и промежуточного слоя с диаметром пор 0,2 мкм. Они имеют вид профилированных труб длиной 0,85 м внутренним диаметром 4 мм. Из таких труб собраны модули с поверхностью фильтрации 0,2, 1,4 и 3,6 м, которые состоят, соответственно, из 1,7 и 19 труб. Ультрафильтрационная обработка молока с помощью этих мембран, размер пор которых 0,2 мкм, возможна за счет образования поляризационного слоя, состоящего из белков молока, который выполняет роль селективной ультрафильтрационной мембраны [1]. Мембраны третьего поколения (их еще называют минеральные мембраны) имеют преимущества но сравнению с мембранами первого и второго поколений - у них широкий рабочий диапазон температур (до 800°С), рН среды (от сильно кислой до сильно щелочной), неограниченный срок службы. Их выпускают как зарубежные, так и отечественные производители, они широко используются для осветления соков и вина, в производстве кварка и мягких сыров для фильтрации кисломолочных сгустков.
В результате процесса ультрафильтрации обрабатываемый раствор разделяется на две фракции: концентрат, состоящий из макромолекул, и фильтрат - из растворителя и содержащихся в нем солей, низкомолску-лярных и органических соединений. Исходя из особенностей состава молочного сырья, в процессе его ультрафильтрационной обработки будут концентрироваться высокомолекулярные компоненты и коллоидные системы (жир, белки), в то время как основная часть низкомолекулярных компонентов (лактоза, минеральные вещества, небелковый азот) будет удаляться с фильтратом. В процессе ультрафильтрационной обработки задерживается полностью молочный жир, 90-98% белков (в зависимости от селективности мембран). Кроме того, в концентрат переходят витамины, прочно связанные с белками, лецитин, энзимы. Лактоза, органические кислоты, водорастворимые витамины, небелковый азот распределяются между концентратом и фильтратом пропорционально распределению объема воды, содержащейся в молочном сырье. При таком способе фракционирования высокомолекулярных веществ молочного сырья отсутствуют какие-либо фазовые и денатурационные изменения, в связи с чем ультрафильтрационная отработка молочного сырья позволяет получать продукты высокой пищевой и биологической ценности. Диафильтрация Диафильтрация состоит в ультрафильтрационном концентрировании предварительно разбавленного водой исходного объекта - ультрафильтрационного концентрата - для максимального удаления низкомолекулярных веществ путем неоднократного проведения циклов «разбавление-концентрирование», либо непрерывным процессом добавления воды в обрабатываемый продукт в количестве, равном количеству удаленного фильтрата [1]. Диафильтрация в молочной промышленности широко используется в производстве детского и диетического питания, в частности, для получения низколактозных молочных продуктов и смесей. Нанофильтрация Концентрация молекул и макромолекул молочного сырья - происходит при пропускании его под давлением через полупроницаемые мембраны. Размеры пор этих мембран составляют от 0,01 до 0,001 мкм, поэтому на них концентрируются молочный жир, казеиновые мицеллы и сывороточные белки, а также лактоза и частично минеральные соли; размер частиц до 0,001 мкм и молекулярная масса до 1000. Чаще всего нанофильтрацию используют после ультрафильтрации молочного сырья для частичного обессоливания (деминерализации) подсырной сыворотки, а также частичной деминерализации фильтрата, полученного после ультрафильтрации. Нанофильтрацию проводят под давлением 2-4 МПа и температуре 50°С [13].
Обратный осмос Обратный осмос (гиперфильтрация) - процесс мембранной фильтрации для отделения растворителя от растворенных веществ и ионов. Обратно-осмотические мембраны имеют диаметр пор 1-3 нм или 0,003-0,0001 мкм. Гиперфильтрацию проводят при скорости потока в межмембраниом канале около 1-2 м/с и давлении на входе 3,5-8,0 Мпа [14]. Процесс фильтрации при обратном осмосе идентичен процессу удаления воды из молочного сырья выпариванием. Сквозь мембраны могут проходить лишь вода и одновалентные ионы Na+, К+, С1-. Электродиализ Получил распространение и электродиализ - мембранная фильтрация в электрическом поле. Перспективно применение электродиализа в производстве продуктов детского питания. Здесь электродиализные установки компонуют в одну линию с установками для ультрафильтрации и обратного осмоса [1]. Таким образом, все новые и новые способы селективного концентрирования находят применение в молочной промышленности. Мембранные методы широко применяются в настоящее время и получат дальнейшее распространение, так как позволяют рационально и комплексно использовать молочное сырье, практически все составляющие части молока, повышая тем самым выход продукта из единицы сырья и увеличивая эффективность производства вцелом. Ультрафильтрация получит дальнейшее развитие. Еe применение будет перспективным при производстве следующих продуктов: сыров мягких и рассольных, а также твердых сычужных с низкой температурой второго нагревания; творога, кварка, пастообразных кисломолочных продуктов с повышенным содержанием белка; сывороточных белковых концентратов с регулируемым в широких пределах белково-углеводным, минеральным составом; ферментных препаратов; а также при очистке рассолов, ополосков с оборудования и сточных вод. Дальнейшее развитие получит применение обратного осмоса как метода предварительного концентрирования сухих веществ молочного сырья. Предполагается освоить обратный осмос для предварительного концентрирования фильтрата, образующегося в процессе ультрафильтрации, и использовать его при производстве молочного сахара и глюкозо-галактозного сиропа. Важным направлением является электродиализ. Его намечается широко использовать для деминерализации молочного сырья, в частности сыворотки. Бактофугирование Этот недавно появившийся метод обработки молока представляет собой выведение микроорганизмов из молока центрифугированием при температуре пастеризации. Его разработали в Бельгии, а с 1962 г. стали применять в промышленном масштабе в ряде европейских стран (Бельгии, ФРГ, Нидерландах). При бактофугировании одновременно с механическими примесями из молока удаляется подавляющая часть микроорганизмов: выделяется концентрат биомассы бактерий. Бактериальная очистка молока достигает до 95%. Бактофуги действуют по принципу центробежных очистителей, отличаясь от них более высокой скоростью вращения барабана (более 16 ООО об./мин), большим числом и размером тарелок. Этот метод в сыроделии получил широкое распространение, поскольку позволяет эффективно выделить из молока споры Clostridium tyrobutyricum, вызывающие позднее вспучивание сыров [15].Эффективность очистки от бактерий зависит от температуры молока, которая должна быть в пределах +50… + 62 'С. При таких температурах вязкость относительно низкая.
Факторы, влияющие на эффективность работы бактофуг: Ø подача продукта в центрифугу - превышение номинальной пропускной способности в ряде случаев существенно снижает эффективность удаления бактерий, при этом уменьшение пропускной способности ниже номинального значения лишь незначительно повышает эффективность; Ø частичная выгрузка осадка - временной интервал между частичными выгрузками определенно оказывает большое влияние на эффективность удаления бактерий, в зависимости от степени «заражения» и температуры молока интервал должен быть от 10 до 20 мин; Ø исходное количество бактерий - этот показатель лишь незначительно влияет на эффективность удаления бактерий в процентах, в то же время он имеет большое значение для абсолютного конечного числа бактерий определенного вида; Ø время работы - этот фактор существенно не влияет на эффективность удаления бактерий, как правило, операция безразборной мойки (CIP) для бактофуги выполняется через 8-10 ч. Создатели этого метода называют эффектом бактофугирования совместное действие центробежной силы и нагревания; этот эффект определяется количеством удаленных и уничтоженных микроорганизмов (Симонар и др.) Обрабатывая при помощи супер центрифугирования (увеличивающего силу тяжести в 12 250 раз) 6 тыс. л молока в час, можно уничтожить свыше 90% микробов, тогда как бактофугирование при 73-75° С позволяет уничтожить свыше 99,5%. Бактофугирование может иметь особенно большое значение при обработке питьевого молока, т.к. этот способ позволяет вести пастеризацию при 75° С.
|
|||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2020-03-14; просмотров: 550; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 52.14.1.136 (0.018 с.) |