Методы мембранной обработки молочного сырья

Методы мембранной обработки молочного сырья

 

Мембранная обработка молочного сырья — это разделение или концентрирование растворов с помощью полупроницаемых мембран, осуществляемое на молекулярном и ионном уровнях.

 

Главными достоинствами мембранного разделения молочного

сырья являются:

- возможность направленного регулирования состава и свойств молочного сырья при производстве молочных продуктов;

- сохранением их нативного состояния молочного сырья в ходе технологической обработки;

- возможность на основе мембранной обработки создавать новые молочные продукты;

- оборудование мембранных методов наиболее экономично (меньше затрат электроэнергии, тепла) просты в эксплуатации, что поможет более эффективно решать проблему переработки белково-углеводного сырья;

 Во всех методах мембранной обработки используют поперечную мембранную фильтрацию потока, при которой обрабатываемый раствор пропускается под давлением через мембрану. При этом часть компонентов раствора (концентрат) задерживается, а остальная часть в виде фильтрата (пермеат) удаляется. Мембраной (в зависимости от размера пор) задерживаются компоненты молочного сырья и бактерии, в фильтрате остаются в первую очередь растворитель (вода) и растворенные в ней низкомолекулярные вещества. От традиционной фильтрации (очистка молока от механических примесей) мембранная фильтрация отличается тем, что с ее помощью отделяются частицы размерами меньше 10 мкм.

В основном методы мембранной обработки основываются на так называемом – обратном осмосе.

В зависимости от характеристики частиц, которые необходимо сконцентрировать, применяют различные методы мембранного разделения:

обратный осмос (ОО) — для концентрации почти всех компонентов молока, молочной сыворотки и фильтрата, полученного после ультрафильтрации сыворотки;

нанофильтрация (НФ) — для частичного обессоливания (деминерализации) молочной сыворотки, а также фильтрата, полученного в результате ультрафильтрации молочной сыворотки;

ультрафилътрация (УФ) — для концентрации белков молока или молочной сыворотки, а также для нормализации по массовой доле белка при производстве сыров, йогуртов и некоторых других молочных продуктов с повышенной массовой долей СОМО:

микрофильтрация (МФ) — в основном для холодной стерилизации обезжиренного молока, молочной сыворотки и рассола, предназначенного для посолки сыров, а также для обезжиривания молочной сыворотки при производстве концентрата сывороточных белков методом ультрафильтрации.

В основном методы мембранной обработки основываются на так называемом – обратном осмосе.

При обычном осмотическом процессе – движущая сила молекул растворителя (Н₂О) из раствора с меньшей концентрации сухих веществ, движется в большую через полунепроницаемую перегородку (мембрану).

В процессе же обратного осмоса избыточное давление Р₂ компенсирует Р₁ (осмотическое давление)., а Δ Р₂  - Р₁ осуществляет переход растворителя из С=60% в С=10%. Это значит, что создаётся избыточное давление осмотическому со стороны раствора с большей концентрацией вещества в растворителе; следовательно растворитель (Н₂О) будет перемещаться через мембрану из раствора с большей концентрацией сухих веществ в раствор с меньшей концентрацией сухого вещества.

 

 

Характеристика полупроницаемых мембран

 

 Полупроницаемые мембраны изготавливают из различных материалов. При эксплуатации важно определить влияние на свойства мембран рН обрабатываемого раствора, температуры и давления, при которых происходит разделение растворов.

Типы применяемых мембран

Показатель	Поколение фильтрационных мембран
	1-ое	2-ое	3-е
1	2	3	4
Основной материал мембран	ацететцеллюлоза	полисульфон. полиамиды, сополоамиды	фильтры из металлокерамики, ядерные фильтры
Рабочий диапазон температур, 0С	0- 50	0-80	0-200
рН раствора	3-8	2-12	1-14

 

 

Продолжение таблицы

1	2	3	4
Прочность	слабая	удовлетворительная	высокая

 

 

Основные характеристики полупроницаемых мембран — предел (селективность) и скорость разделения, проницаемость.

Предел разделения (селективность) выражает задерживающую способность мембран по конкретному компоненту молочного сырья (жир, белок, лактоза, минеральные вещества и т.д.):

 

R=(r_c-r_ф) / r_c,

 

где r_c – массовая доля определяемого компонента в исходном сырье;

  r_ф - массовая доля определяемого компонента в фильтрате;

Предел разделения мембран зависит:

 - минимальной молекулярной массой молекулы;

 - форма отделяемой частицы;

 - наличие гелевого (белково-минерального) слоя при пропускании молочного сырья;

- размытостью или определенностью предела разделения

- от диаметра пор в фильтрующем слое и диаметра молекулы задерживаемого вещества;

Скорость разделения компонентов молочного сырья при мембранной фильтрацией зависит от:

 - характеристики используемых мембран (толщина, площадь и диаметр пор мембраны);

- параметров эксплуатации фильтрационных модулей (давление, рН, температура и др.)

Проницаемость g (в кг/(м² ×ч)) характеризуется их удельной производительностью и определяется по формуле:

 

g= ,

где М- масса разделяемой жидкости, в кг;

S-рабочая поверхность мембраны, м^2;

 - продолжительность разделения, часы.

 

 

Методы мембранной обработки молочного сырья

 

Мембранная обработка молочного сырья — это разделение или концентрирование растворов с помощью полупроницаемых мембран, осуществляемое на молекулярном и ионном уровнях.

 

Главными достоинствами мембранного разделения молочного

сырья являются:

- возможность направленного регулирования состава и свойств молочного сырья при производстве молочных продуктов;

- сохранением их нативного состояния молочного сырья в ходе технологической обработки;

- возможность на основе мембранной обработки создавать новые молочные продукты;

- оборудование мембранных методов наиболее экономично (меньше затрат электроэнергии, тепла) просты в эксплуатации, что поможет более эффективно решать проблему переработки белково-углеводного сырья;

 Во всех методах мембранной обработки используют поперечную мембранную фильтрацию потока, при которой обрабатываемый раствор пропускается под давлением через мембрану. При этом часть компонентов раствора (концентрат) задерживается, а остальная часть в виде фильтрата (пермеат) удаляется. Мембраной (в зависимости от размера пор) задерживаются компоненты молочного сырья и бактерии, в фильтрате остаются в первую очередь растворитель (вода) и растворенные в ней низкомолекулярные вещества. От традиционной фильтрации (очистка молока от механических примесей) мембранная фильтрация отличается тем, что с ее помощью отделяются частицы размерами меньше 10 мкм.

В основном методы мембранной обработки основываются на так называемом – обратном осмосе.

В зависимости от характеристики частиц, которые необходимо сконцентрировать, применяют различные методы мембранного разделения:

обратный осмос (ОО) — для концентрации почти всех компонентов молока, молочной сыворотки и фильтрата, полученного после ультрафильтрации сыворотки;

нанофильтрация (НФ) — для частичного обессоливания (деминерализации) молочной сыворотки, а также фильтрата, полученного в результате ультрафильтрации молочной сыворотки;

ультрафилътрация (УФ) — для концентрации белков молока или молочной сыворотки, а также для нормализации по массовой доле белка при производстве сыров, йогуртов и некоторых других молочных продуктов с повышенной массовой долей СОМО:

микрофильтрация (МФ) — в основном для холодной стерилизации обезжиренного молока, молочной сыворотки и рассола, предназначенного для посолки сыров, а также для обезжиривания молочной сыворотки при производстве концентрата сывороточных белков методом ультрафильтрации.

В основном методы мембранной обработки основываются на так называемом – обратном осмосе.

При обычном осмотическом процессе – движущая сила молекул растворителя (Н₂О) из раствора с меньшей концентрации сухих веществ, движется в большую через полунепроницаемую перегородку (мембрану).

В процессе же обратного осмоса избыточное давление Р₂ компенсирует Р₁ (осмотическое давление)., а Δ Р₂  - Р₁ осуществляет переход растворителя из С=60% в С=10%. Это значит, что создаётся избыточное давление осмотическому со стороны раствора с большей концентрацией вещества в растворителе; следовательно растворитель (Н₂О) будет перемещаться через мембрану из раствора с большей концентрацией сухих веществ в раствор с меньшей концентрацией сухого вещества.