После проведения коагуляции белков сыворотка представляет собой грубодисперсную суспензию, состоящую из дисперсионной среды - собственно сыворотки и дисперсной фазы — агломератов денатурированного белка с включением частиц жира, минеральных солей и друга компонентов.
Суспензия "сыворотка — хлопья белка" характеризуется ее кoнцентрацией, гранулометрическим составом частиц, плотностью и вязкостью.
Концентрация суспензии, или содержание взвешенного осадка, полученная фильтрацией сыворотки с промывкой и высушиванием ocaдка, приведена в табл.2.9.
Таблица 2.9.
| Способ коагуляции (после тепловой денатурации) | Содержание взвешенного Осадка, мг/л | ||
| Пределы Колебаний | Среднее значение | ||
| Кислотный | 54 · 10-2 – 76 · 102 | 66 · 102 | |
| Кислотно-щелочной | 76 · 102 – 99 · 102 | 86 · 102 | |
Количество взвешенного осадка, несколько изменяясь в зависимости от способа коагуляции, не превышает 1 %. При этом кислотно-щелочной способ коагуляции позволяет выделить примерно на 20 % больше взвешенного осадка, чем кислотный.
Объемное количество выделившихся хлопьев белка, определенное в различных моделях отстойников и емкостях для отваривания альбумина, составляет 10-15 % общего объема сыворотки. Денатурированные глобулы белка, обладая минимальной устойчивостью, имеют склонность к агрегации.
Дисперсность белковых хлопьев в осадке отличается от дисперсности их в исходной сыворотке. Частицы осадка имеют меньший размер, что обусловлено их дроблением в процессе центрифугирования. Линейные размеры хлопьев белка в тщательно перемешанной сыворотке составляют 50-150 мкм.
Плотность сыворотки, определенная опытным путем, при 20оС составляет 1022-1026 кг/м3. При температуре денатурации 90оС плотность очищенной от белков сыворотки равна 1005 кг/м3, т. е. значительно ниже, чем при 20оС. При влажности осадка 80-85 % плотность выделившихся хлопьев белка составляет 1045-1060 кг/м3. Указанная влажность соответствует влажности альбуминного творога и белковой массы и может быть достигнута путем прессования его, а также на саморазгружающихся сепараторах с непрерывной либо периодической, выгрузкой осадка.
Динамическая вязкость очищенной от белков сыворотки, составляющая при 20-23°С 0,00124-0,00126 Па · с, изменяется при повышении температуры и в диапазоне 85-90 °С равна (5,2 
5,4) 104 · Па · с.
Суспензию можно разделить путем самопроизвольного или управляемого отстоя, фильтрацией через перегородку, проницаемую для дисперсионной среды, а также в центрифугах, сепараторах или циклонах.
Отстой белковых хлопьев осуществляется за счет разности плотностей сыворотки и белка. В связи с ортокинетической коагуляцией белковых хлопьев скорость осаждения их рассчитать нельзя, так как диаметр хлопьев белка непостоянен.
Наиболее быстро хлопья белка оседают после коагуляции хлоркальциевым способом, а наиболее медленно - после тепловой денатурации, что обусловлено размером и плотностью белковых частиц. Средняя скорость оседания хлопьев белка, установленная экспериментально, составляет 0,0004 м/с. Необходимую продолжительность отстоя можно определить по формуле
τ = Н/υ
где τ - продолжительность отстоя, с; Н - высота отстойника, м; υ - скорость оседания хлопьев, м/с.
Так, для резервуара, используемого в промышленности, высотой 3 м необходимая продолжительность отстоя, рассчитанная по скорости оседания хлопьев, составляет 90-120 мин.
После декантации (слива) верхнего слоя осветленной сыворотки остается масса, содержащая отстоявшийся белок, называемый альбуминное молоко. В нем содержится 6—10% сухих веществ, в том числе до 5 % белка.
Несмотря на распространение в промышленности (особенно при производстве молочного сахара), данный способ выделения белков из сыворотки является наименее эффективным. При этом удаляется только 80-85 % скоагулировавшегося сывороточного белка (недостаточная очистка сыворотки). Кроме того, с осадком теряется 10—15 % сыворотки. Процесс длителен, емкости для отстоя занимают до 50% площади производственных цехов.
Следовательно, метод отстоя можно рекомендовать только для предварительного выделения белковых хлопьев.
Фильтрация сыворотки для выделения белков была предложена и испытана А. А. Розановым при производстве молочного сахара. При фильтровании предварительно отстоявшейся сыворотки через фильтровальную ткань типа бельтинг с намывом слоя тонкоразмолотого диатомита (наполнитель) был получен прозрачный фильтрат с содержанием не более 100 мг взвешенного осадка в 100 мл.
Средняя скорость фильтрации и эффективность удаления взвешенных частиц при фильтрации сыворотки через фильтровальную ткань типа бельтинг приведены в табл. 2.10.
Таблица 2.10.
| Способ фильтрации | Средняя скорость фильтрации л/(мин · м2) | Эффективность удаления взвешенного осадка, % |
| Без предварительного отстоя То же, с наполнителем С предварительным отстоем То же, с наполнителем | 0,3 1 2,2 5 | 77 90 88 94 |
Примечание. В качестве наполнителя использовали тонкоразмолотый диатомит.
Отделение белков из сыворотки без предварительного отстоя и наполнителей (жесткий каркас) малоэффективно, фильтрация при использовании первых трех способов прекращалась при толщине осадка 1-1,5 мм, что показывает большую его сжимаемость. Коэффициент сжимаемости денатурированных сывороточных белков приближается, по-видимому, к 1.
Производственные испытания по фильтрации предварительно отстоявшейся сыворотки на рамном фильтр-прессе при ΔР = 2,9 · 105 Па показали, что средняя скорость фильтрации составляет 5,7 л/(мин · м2), остаточное количество взвешенных частиц не превышает 10 · 102 мг/л, фильтр-пресс непрерывно работает в течение 2-2,5 ч. Влажность осадка 40-60%. Для получения альбуминного творога влажностью 80 % применяют фильтрацию альбуминного молока через бязь (в мешочках или пресс-тележке).
Центрифугирование как способ выделения белковых хлопьев из сыворотки теоретически обосновал проф. М. С. Коваленко. Для осуществления этого способа необходимо определить разделяемость суспензии "сыворотка - хлопья белка". При постоянной угловой скорости и радиусе барабана сепаратора разделяемость рассчитывают по формуле
Е = (ρ1 – ρ2) d/(18η) (1)
где Е - разделяемость суспензии, усл. ед.; ρ1 – ρ2 - разность плотностей дирперс-ной фазы и дисперсионной среды, кг/м3; d - эквивалентный размер наименьшей частицы, подлежащей выделению, м-2; η - вязкость дисперсионной среды, Па · с.
Хлопья скоагулировавшегося белка склонны к агрегации, поэтому эквивалентный размер частиц непостоянен, что затрудняет расчет разделяемости суспензии. Используя равенство (1), запишем:
(ρ1 – ρ2) d/η = (1,056/n2 τ) lg (R/r), (2)
где n — частота вращения центрифуги, с; R и r - расстояние выделяемой частицы от оси вращения в начале опыта и через промежуток времени τ, см.
Используя равенство (2), формулу (1) можно записать следующим образом:
E = (1,056/18n2 τ) lg (R/r).
Значения R, r, т определяют экспериментально, центрифугируя сыворотку после коагуляции белков.
Средняя величина разделяемости суспензии "сыворотка — хлопья белка" при кислотно-щелочном способе коагуляции белка и температуре центрифугирования 85-90 °С составляет 0,100 · 10-6 усл. ед.; при безреагентном (сгущенная в 5 раз сыворотка) - 0,465 · 10-6 - 0,182 · 10-7 усл. ед.
Современные сепараторы и очистители имеют фактор разделения (Ф = 1/E), равный (0,09-0,26)108, что значительно превышает разделяемость суспензии "сыворотка - хлопья белка". Поэтому с этой точки зрения центробежная очистка сыворотки возможна.
Сравнительная эффективность различных способов выделения белковых хлопьев из сыворотки приведена в табл. 2.11.
Таблица 2.11.
| Сыворотка | Способ очистки | Содержание белка, % | Удалено белка, % | Мутность 1/см | Снижение мутности, раз |
| Исходная | - | 0,84 | - | 0,158 | - |
| Отстой в течение 1,5 ч | 0,43 | 49 | 0,01 | 15,8 | |
| Очищенная | Сепарирование на молокоочистителе | 0,315 | 62,5 | 0,005 | 31,6 |
| Фильтрация через ткань | 0,32 | 62 | 0,006 | 26,3 | |
| через бумагу (контроль) | 0,31 | 63,5 | 0,003 | 52,6 |
Наиболее эффективным способом разделения суспензии для промышленного использования является центробежный. Для осуществления процесса выделения белковых хлопьев из сыворотки в потоке необходимы сепараторы с механическим удалением осадка.
Для выделения скоагулированных белков используют сепаратор А1-ОТС с периодической центробежной выгрузкой осадка (рис. 2.17). Разделение рекомендуется проводить при температуре сыворотки 40—60°С. Полученную белковую массу необходимо немедленно охладить или направить на переработку.
Рисунок 2.17.
Рисунок 2.17. – Общий вид саморазгружающегося сепаратора А1-ОТС для выделения скоагулированных белков молочной сыворотки: 1 – коммуникации; 2 – крышка сепаратора; 3 – барабан; 4 – приемник осадка; 5 – станина; 6 – гидроузел.
Техническая характеристика сепаратора А1-ОТС
| Производительность по исходной сыворотке, л/ч | 5000 |
| Скорость вращения барабана, об/мин | 4400 |
| Количество тарелок барабана, шт. | 158 – 160 |
| Межтарелочный зазор, мм | 0,5 |
| Диаметр образующей тарелки, мм: | |
| Максимальный | 360 |
| минимальный Угол наклона образующей тарелки, град | 120 50 |
| Вместимость шламового пространства, м3 | 0,016 |
| Мощность электродвигателя, кВт | 13 |
| Габариты, мм | 1458  1070 1560
|
В настоящее время для очистки сыворотки от хлопьев скоагулировавшегося белка выпускают специальный саморазгружающийся сепаратор марки Ж5-ОТС (рис. 2.18.), техническая характеристика которого приведена ниже.
| Производительность по исходной сыворотке, л/ч | 5000 |
| Рабочая частота вращения барабана, мин | 4400 |
| Количество тарелок | 158 |
| Вместимость шламового пространства, л | 19 |
| Мощность электродвигателя, кВт | 17 |
| Габаритные размеры сепаратора, мм Высота | 1770 |
| Длина | 1450 |
| Ширина | 1050 |
Принцип работы сепаратора марки Ж5-ОТС следующий: сыворотка с хлопьями скоагулировавших белков по центральной трубе поступает в барабан, где под действием центробежной силы происходит выделение белковых хлопьев, которые скапливаются в шламовом пространстве. Очищенная сыворотка выводится под напором из сепаратора.
Рисунок 2.18.
Рисунок 2.18. – Сепаратор Ж5-ОТС: 1 – станина с приводным механизмом; 2 – указатель уровня масла; 3 – тахометр; 5 – корпус основания; 6 – поршень; 7 - тарелкодержатель; 8 – пакет конических тарелок; 9 – крышка; 10 – питающая трубка; 11 – напорный диск; 12 – приемник шлама; 13 – клапан.
После заполнения шламового пространства белковой массой, что фиксируется по помутнению фугата в смотровых окнах, подача сыворотки на очистку прекращается. При помощи гидравлического устройства поршень клапанного механизма перемещается к центру сепаратора, открывая каналы для удаления жидкой сыворотки из межтарелочного пространства. Затем при помощи того же устройства буферная жидкость (вода) открывает разгрузочные щели барабана. Белковая масса (осадок) под действием центробежной силы выбрасывается из шламового пространства в приемник. После прекращения подачи буферной жидкости поршни клапана и барабана возвращаются в исходно положение и процесс сепарирования продолжается.
Результаты производственных испытаний сепаратора приведены в табл.2.12.
В среднем эффективность удаления белков составляет 94,2 %, очищенная сыворотка содержит 0,01-0,06% взвешенных частиц, т. е. даже несколько ниже, чем при фильтрации. Влажность белковой массы не превышает 80%.
Таблица 2.12.
| Производительность по сыворотке, л/ч | Эффективность выделения взвешенного осадка, % | Влажность осадка, % |
| 5400 5200 5000 5000 4800 4700 | 98,1 94,3 97,8 96,7 97,5 95,5 | 75,2 78,1 77,9 76,4 78,2 78 |
Процесс получения белковой массы на саморазгружающемся сепараторе происходит непрерывно (отстойники и фильтр-прессы не используются). Мойка машины — безразборная. Опыт внедрения сепараторов марки Ж5-ОТС показал высокую эффективность процесса центрифугирования, особенно при производстве молочного сахара. Одновременно указано на необходимость автоматизации всех операций по управлению сепаратора, повышения надежности отдельных его узлов (прокладок, клапанного устройства).
На рис. 2.19. приведена схема автоматического управления циклом разгрузки саморазгружающегося сепаратора.
Сепаратор модели ОТС можно усовершенствовать за счет пружинной упругой вставки в барабан, что позволит улучшить процесс разгрузки белковой массы и повысить содержание сухих веществ в ней.
Технологическая схема первичной обработки молочной сыворотки приведена ниже.
Установленные оптимальные технологические параметры выделения казеиновой пыли, молочного жира и сывороточных белков позволили разработать принципиальную схему первичной обработки сыворотки и аппаратурное оформление процесса (рис. 2.20.).
Предусмотренные схемой операции позволяют выделять из сыворотки ценные компоненты — казеиновую пыль в виде белковой массы с содержанием 20 % сухих веществ, молочный жир в виде сливок жирностью 25-30% и сывороточные белки в виде белковой массы с содержанием 20% сухих веществ. Очищенную от жира и белков молочную сыворотку можно использовать для выработки молочного сахара, напитков, биологического обогащения и других целей.
При обработке молочной сыворотки по схеме, приведенной на рис. 2.19.
Рис. 2.19.
Рисунок 2.19. - Схема автоматического управления циклом разгрузки саморазгружающегося сепаратора: Д1, Д2 – кондуктометрические датчики; R1, R2 – резисторы; ЭУ – электронный усилитель; РЭ – реле электромагнитное; РВ – реле времени; РД – редуктор давления; ЭК – электромагнитный клапан.
Рис. 2.20.
Рисунок 2.20. - Схема поточно-механизированной линии для извлечения из молочной сыворотки жира, казеиновой пыли и сывороточных белков: 1 - саморазгружающийся сепаратор для отделения жира и казеиновой пыли; 2 - компрессор; 3 - насос-дозатор; 4 - установка для высокотемпературного нагревания сыворотки; 5 - выдерживатель (коагулятор); 6 - саморазгружающийся сепаратор для очистки молочной сыворотки от белковых веществ; 7 - охладитель для белковой массы; 8 —-емкость для хранения белковой массы; I – сыворотка; II – сыворотка обезжиренная; III – подсырные сливки; IV – сыворотка очищенная; V – белковая масса; VI – казеиновая пыль; VII – воздух.
из 1 т подсырной сыворотки можно получить 5 кг (20 % СВ) казеиновой пыли (массы); 4 кг (30 % жира) подсырных сливок; 30 кг (20% СВ) белковой массы; 960 кг (5% СВ) очищенной сыворотки.
Технологическая схема первичной обработки молочной сыворотки
Кроме того, применение такой линии по сравнению с использованием разрозненных аппаратов позволяет полнее использовать ценные компоненты молока в пищевых целях; повысить производительность труда; снизить себестоимость получаемых полуфабрикатов; сократить расход электроэнергии, пара и воды; улучшить санитарно-гигиенические условия производства; сократить производственные площади по промышленной переработке сыворотки.
Консервирование
Для сохранения первоначальных свойств сыворотки и некоторых полуфабрикатов помимо пастеризации и охлаждения могут применяться различные способы консервирования.
Под консервированием понимается такая обработка молочной сыворотки или продуктов из нее, в результате которой они сохраняются длительное время без порчи, то есть без разложения белков, жиров, углеводов и других компонентов. Важно также наиболее полно сохранить основные свойства продукта (вкус, внешний вид, биологическую и пищевую ценность) при наименьших затратах труда и средств.
В основе консервирования лежит прекращение жизнедеятельности микроорганизмов, которые могут вызвать порчу продуктов, или прекращение биохимических процессов, происходящих в продуктах под влиянием ферментов, а также торможение окислительно-восстановительных реакций.
Существует множество способов консервирования пищевых продуктов. При переработке молочной сыворотки нашли практическое применение (наряду с пастеризацией и охлаждением) следующие способы: введение консервантов, сгущение, сушка или сочетание различных способов (введение консервантов + сгущение, сгущение + охлаждение, введение консервантов + сгущение + охлаждение, пастеризация + сгущение + охлаждение и др).
Применение того или иного способа консервирования или их сочетания определяется назначением продукта, возможностями предприятия и экономическими соображениями.
Введение консервантов
Сравнительно доступными и недорогими консервантами, нашедшими практическое применение при переработке молочной сыворотки, являются: аскорбиновая кислота, свекловичный сахар, формалин (формальдегид), перекись водорода, поваренная соль.
Формалин и перекись водорода используют для консервирования натуральной сыворотки. Формалин вводят в количестве 0,025% 40%-ного раствора; перекись водорода — 0,03% 30%-ного раствора. Перекись водорода и формалин как консерванты в пищевой промышленности (для продуктов питания) не используют, поэтому их применение возможно для сохранения качества молочной сыворотки в ограниченных случаях. Их можно применять при производстве молочного сахара. Установлено, что перекись водорода разлагается после 45—50 ч хранения сыворотки (с этого момента начинает увеличиваться ее кислотность). Формалин сохраняется в сыворотке более 3 суток. При производстве молочного сахара перекись водорода инактивируется на стадии очистки сыворотки, а формалин отходит с межкристальной жидкостью (мелассой). Готовый продукт не содержит консервантов.
Сорбиновую кислоту применяют для консервирования как натуральной, так и сгущенной молочной сыворотки. При этом консервированную сыворотку можно использовать в производстве различных пищевых продуктов (хлебобулочных, макаронных, кондитерских, мясных и др.). Оптимальная доза сорбиновой кислоты равна 0,05% массы концентрированной сыворотки с массовой долей сухих веществ 13 и 20%, а также 0,1% массы концентрированной сыворотки до 30% сухих веществ и сгущенной сыворотки до 40% сухих веществ. Раствор консерванта готовят примерно за 30 мин до внесения. Необходимое количество сорбиновой кислоты вносят в небольшой объем консервируемой сыворотки при температуре 60±5°С. После тщательного перемешивания приготовленный раствор перекачивают в основную массу сыворотки, предназначенной для консервирования. Затем всю массу перемешивают. Сроки хранения сгущенной молочной сыворотки приведены в таблице 2.13.
Сорбиновая кислота оптимальной дозой до 0,1% может быть рекомендована и для консервирования натуральной подсырной и творожной сыворотки. Срок хранения увеличивается до 5 суток при температуре не более 20°С.
Внедрение рекомендуемых методов обработки сывороточных концентратов может быть осуществлено в действующих цехах без каких-либо значительных переделок. Получение сгущенных сывороточных концентратов целесообразно проводить лишь там, где это обусловлено требованиями потребителей пищевой промышленности, что должно быть отмечено в договоре на поставку концентратов. Сорбиновая кислота, необходимая для процесса консервирования в количестве 0,05—0,1% на 1 т концентрата, и свекловичный сахар могут быть в этом случае представлены предприятиями пищевой промышленности — основными потребителями сорбиновой кислоты и свекловичного сахара, что должно быть отмечено в договоре на поставку концентратов.
Процесс консервирования сорбиновой кислотой возможен как на предприятии-изготовителе, так и на предприятии-потребителе.
Минимальные затраты на сорбиновую кислоту, а также на технологические операции консервирования окупаются за счет сокращения потерь сывороточных концентратов, улучшения их технологических и потребительских свойств.
Таблица 2.13. Сроки хранения сгущенных и концентрированных видов молочной сыворотки
| Показатель | Сыворотка молочная | |||||||
| концентрированная | сгущенная | |||||||
| Массовая доля сухих веществ, % | 13 | 20 | 30 | 52,5(в том числе 12, 5% свеклов. сахара) | 65(в том числе 12, 5% свеклов. сахара) | 25 | 40 | 60 |
| Допускаемые сроки хранения, суток: без консервирования при температуре, ˚С: | ||||||||
| От -2 до 5 | — | — | — | — | — | — | 30 | 60 |
| До 10 | 3 | 5 | 10 | — | — | 5 | 10 | 30 |
| До 22 – 25 | 1 | 2 | 5 | — | — | 2 | 5 | 10 |
| с введением свекловичного сахара и хранением при температуре от 0 до 10 ˚С | — | — | — | 6 мес | 6 мес | — | — | — |
| с введением свекловичного сахара и хранением при температуре, ˚С: | ||||||||
| До 10 | 15 | 20 | 30 | — | — | — | 45 | — |
| До 22 – 25 | 7 | 10 | 20 | — | — | — | 30 | — |
Экономический эффект от консервирования сывороточных концентратов происходит за счет снижения их потерь при транспортировке и хранении на 8—12%.
Известно, что свекловичный сахар является своеобразным консервантом, внесение его в продукт значительно замедляет процесс порчи. С учетом этого свойства предложен способ производства консервированной сыворотки с сахаром с массовой долей сухих веществ 52,5 и 65% («Сыворотка молочная концентрированная»). Свекловичный сахар вносят в сгущенную молочную сыворотку сразу после сгущения. Далее после перемешивания концентрат быстро охлаждают до температуры 28—30 °С и в него вносят затравку (измельченный рафинированный молочный сахар) в количестве 0,03% с целью получения мелких кристаллов лактозы и затем вновь охлаждают до 9±1°С.
Поваренная соль является неплохим консервантом для многих пищевых, в том числе молочных продуктов. Однако для консервирования молочной сыворотки ее не применяют, так как соленая молочная сыворотка имеет ряд отрицательных технологических и органолептических свойств: не поддается сушке, ухудшает кристаллизацию молочного сахара в процессе технологии его производства и органолептические показатели, приводит к преждевременному износу вакуум-выпарных аппаратов вследствие коррозии греющих стенок и др. В связи с этим поваренную соль в качестве консерванта молочной сыворотки не применяют.
Соленую сыворотку, получаемую при производстве некоторых видов сыров, следует обязательно собирать в специальные емкости, сепарировать и использовать отдельно от несоленой в соответствии со специальными рекомендациями в том числе на корм скоту.
Сгущение и сушка
Сгущение и сушка – эффективные методы переработки молочной сыворотки в долго сохраняющиеся продукты. При этом значительно уменьшается объем исходного сырья, снижаются транспортные расходы.
Теоретически консервирующее воздействие в процессе сгущения молочной сыворотки достигается за счет повышения осмотического давления и накопления молочной кислоты. Подсчитано, что в натуральной сыворотке осмотическое давление составляет 0,74 МПа. Следовательно, находящиеся в сыворотке микроорганизмы с внутриклеточным давлением 0,6 МПа имеют оптимальные условия для своего развития не только по температуре, но и давлению окружающей среды. Этим объясняется быстрая порча сыворотки.
При сгущении молочной сыворотки в 5 раз (массовая доля сухих веществ — 25%) осмотическое давление составляет 7,4 МПа. Значительное (более чем в 10 раз по сравнению с внутриклеточным давлением микроорганизмов) повышение осмотического давления в такой сыворотке создает неблагоприятные условия для развития микроорганизмов. Следует также учитывать, что сгущают сыворотку при 60 — 65 °С, что обеспечивает пастеризацию продукта. Кроме того, при сгущении подсырной сыворотки в 8—10 раз, а творожной — в 3 — 5 раз повышается кислотность до 100 °Т и выше за счет концентрации молочной кислоты, что оказывает ингибирующее действие на микроорганизмы.
Таким образом, повышение концентрации сухих веществ в сыворотке до 40 и 60% позволяет сохранить этот продукт без существенных изменений в течение 5—30 суток при температуре 20 — 25 °С, а при температуре 2 — 5°С сроки хранения увеличиваются соответственно до 30 и 60 суток.
При сгущении соленой подсырной сыворотки также следует учитывать консервирующее действие NaCl. Например, при частичной посолке сыра в зерне (около 2 % NaCl в сыворотке) осмотическое давление возрастает до 2 МПа, и для подавления микробиологических процессов достаточно сгущать ее в 3-5 раз. Однако при этом не следует забывать о возможности адаптирования микроорганизмов, особенно при вторичном обсеменении сгущенной сыворотки.
В процессе производства сухой сыворотки гибнет практически вся микрофлора и создаются неблагоприятные условия для ее дальнейшего развития в готовом продукте. При температуре 20 °С и относительной влажности не выше 80 % сухая сыворотка не претерпевает существенных изменений в течение 6 месяцев. По некоторым данным, сухая молочная сыворотка, упакованная герметически, может сохраняться в нерегулируемых условиях практически неограниченное время.
Концентрирование молочной сыворотки (удаление части воды) осуществляют различными способами: выпариванием, вымораживанием и путем обратного осмоса (гиперфильтрацией). Наиболее распространенным является способ выпаривания, который осуществляется при кипении раствора с постоянной температурой. В практике этот процесс называется сгущением. Способ вымораживания (криоконцентрирование) представляет определенный интерес с энергетической и технологической точек зрения. Перспективным является концентрирование сухих веществ сыворотки обратным осмосом.
Степень сгущения. Степень сгущения молочной сыворотки зависит от требований производства основного продукта. Так, для производства сухой сыворотки методом пленочной сушки необходимо сгущение молочной сыворотки в 3 — 5 раз (18 — 20 % СВ) , методом распылительной в 7-9 раз (35 – 55 % СВ); молочного сахара - в 10 раз (60 – 65 % СВ). Кроме того, степень сгущения определяется требованиями потребителей сгущенной молочной сыворотки, которые сводятся к удобству использования (текучая консистенция), и техническими возможностям вакуум-выпарных аппаратов.
Текучесть сгущенной молочной сыворотки обусловлена ее температурой и содержанием сухих веществ. Различают три основных состояния сгущенной мелочной сыворотки по консистенции: текучая, пастообразная (тестообразная) и твердая (блок). Эти условные показатели имею важнейшее практическое значение, так как определяют виды упаковки и условия транспортирования сгущенной сыворотки, а также область ее применения.
Вязкость η (в MПа·с) молочной сыворотки зависит от содержания сухих веществ С (в %) и температуры t (в °С). Эта зависимость при t = 20 ÷ 60 °С и С от 6,5 до 30 % описывается уравнением:
η = 1,87 - 3,58 · 10-2· t + 6,44 · 10-3· С + 6,05 · 10-4 ·t2 + 4,08 · 10-3 ·С2 - 2,30 · 10-3 ·t·С
При более высоком содержании сухих веществ (35 – 40 %) вязкость зависит от скорости деформации. При этом необходимо учитывать фактор гелеобразования и наличие молочной кислоты.
Сгущенную сыворотку текучей консистенции можно хранить, упаковывать и транспортировать в любой герметической таре, например в резервуарах для молока и автоцистернах, и перекачивать с помощью насосов. С точки зрения использования – это наиболее благоприятный продукт.
Сгущенная сыворотка пастообразной консистенции требует специальной тары (бочки, бидоны, ящики или мешки с вкладышем) и специальных устройств при использовании. Такая сыворотка является типичным продуктом с промежуточной влажностью. Сгущенная сыворотка твердой консистенции по своим свойствам приближается к сухой сыворотке, однако перед использованием блока его следует разрушить.
В горячем состоянии (60 — 70 °С) сгущенная сыворотка сохраняет текучую консистенцию при концентрации сухих веществ около 65±5 %, что позволяет осуществлять ее бестарную перевозку. При большей концентрации сухих веществ сгущенная сыворотка с трудом вытекает из выпарного аппарата. В результате охлаждения такой сыворотки происходит кристаллизация лактозы и ста приобретает пастообразную консистенцию.
Теоретически, с учетом растворимости лактозы, предельная концентрация сухих веществ в сгущенной сыворотке текучей консистенции (без кристаллизации лактозы) при 20 — 25 Т составляет 30 – 35 %, а при 5 – 10 ˚С – 20 – 25%.
Для экспериментальной проверки этого положения, с учетом изменения растворимости лактозы в присутствии несахаров, были поставлены специальные опыты. Полученные данные (рис. 2.21.) позволяют сделать вывод о том, что видимая кристаллизация лактозы наступает при содержании сухих веществ в сгущенной сыворотке 35 – 40%. Поэтому предельной концентрацией принято считать 40%.
Установлено, что блок из сгущенной молочной сыворотки образуется при ее охлаждении до 10 °С и концентрации сухих веществ выше 75 %.
Таким образом, в практических целях молочную сыворотку сгущают в 2 —15 раз с критическими точками по сухим веществам (в %): 13, 20, 30, 40, 60 и 75.
При выборе степени сгущения сыворотки необходимо учитывать энергетические затраты, в том числе расход пара на производство единицы готового продукта (рис. 2.22.). С увеличением степени концентрирования сыворотки возрастает количество удаляемой влаги и пропорционально растет потребность в паре.
Режимы сгущения. Технологическими параметрами, определяющими процесс сгущения сыворотки, являются температура и продолжительность сгущения.
Рисунок 2.21.
Рисунок 2.21. – Кривые, характеризующие влияние содержания сухих веществ в сгущенной сыворотке на начало кристаллизации лактозы при температуре хранения: 1 – 2 – 5 °С; 2 – 20 – 25 °С
Рисунок 2.22.
Рисунок 2.22. – Зависимость количества влаги, удаленной из молочной сыворотки при ее сгущении (1) , и потребного количества пара для ее выпаривания (2) от конечной концентрации сухих веществ в продукте (в расчете на 1 т продукта)
Практикой установлено, что открытые огневые и паровые выпарки в котлах, работающих при атмосферном давлении и температуре 100 °С, не обеспечивают получения качественной сгущенной сыворотки. Сгущение сыворотки в аппаратах Фиалкова при 80 — 85 °С приводит к карамелизации лактозы.
С точки зрения сохранения нативных свойств компонентов молочной сыворотки желательным является минимальная температура сгущения. Исходя из термической устойчивости компонентов молочной сыворотки, минимальной температурой сгущения является 50 — 60 °С. Такой температуры кипения можно достичь при создании разрежения 1,15 — 2 Па.
Опытами по сгущению сыворотки при различных режимах было установлено следующее (табл. 2.14.).
Таблица 2.14.
| Режим | Температура сгущения, °С | Разрежение, (× 102) Па |
| I | 75 – 78 | 450 – 420 |
| II | 55 – 60 | 630 – 610 |
| III | 45 – 50 | 680 – 660 |
При сгущении сыворотки по I режиму наблюдалось потемнение продукта и появление продуктов гидролиза — глюкозы и галактозы, особенно в кислой (творожной) сыворотке. Это объясняется тем, что кислые продукты интенсифицируют процессы гидролитического распада лактозы и образования меланоидинов, что придает окраску продукту.
При сгущении сыворотки по III режиму процесс затягивается, наблюдаются ледообразование и брожение лактозы в результате развития кислотоустойчивых бактерий.
Наилучшим оказался II режим сгущения так как процесс протекает наиболее интенсивно с минимальны ми потерями.
С точки зрения продолжительности процесса наиболее желательным является непрерывный процесс с минимальной продолжительностью теплового воздействия. Так, в производстве молочного сахара оптимальная продолжительность сгущения составляет 4 ч.
При сгущении сыворотки следует учитывать температурную, химическую и концентрационную депрессию. Зависимость между концентрацией лактозы в сыворотке и температурой кипения являются прямо пропорциональной:
| Концентрация лактозы, % | 10 | 20 | 30 | 40 |
| Температура кипения, °С (повышение) | 0,2 | 0,35 | 0,5 | 0,7 |
Среднее значение химической депрессии для сгущения сыворотки составляет 0,64 °С и достигает в конце сгущения 2 ˚С.
Изменение состава и свойств молочной сыворотки в процессе сгущения показано на рис. 2.23. и 2.24.
Закономерность накопления взвешенного осадка в процессе сгущения сыворотки описывается уравнением прямой.
Между содержанием сухих веществ и титруемой кислотностью в процессе сгущения сыворотки существует прямолинейная зависимость, что можно использовать для контроля хода процесса.
Зависимость между плотностью (показаниями ареометра), содержанием сухих сухих веществ и массой 250 мл сгущенной сыворотки приведена в табл.2.15.
Рисунок 2.23.
Рисунок 2.23. – Кривые, характеризующие изменение состава и свойств сыворотки в процессе сгущения: 1 — титруемая кислотность; 2 — рН; 5 - содержание сухих веществ; 3 - содержание сухих веществ
Рисунок 2.24.
Рисунок 2.24. – Динамика накопления взвешенного осадка в процессе сгущения подсырной сыворотки: 1 – взвешенный осадок; 2 – расчетное количество взвешенного осадка (от исходного содержания)
Таблица 2.15.
| Плотность при 50 ˚С, кг/м3 | Содержание сухих веществ, % | Масса 250 мл при 50 ˚С, г |
| 1228 | 40,1 – 45 | |
| 1245 | 45,1 – 50 | 313 |
| 1249 | 50,1 – 55 | 319 |
| 1273 | 55,1 – 60 | 324 |
| 1290 | 60,1 – 65 | 328 |
| 1295 | 65,1 – 70 | 331 |
| – | 70,1 – 75 | 348 |
Наибольшее распространение получил процесс выпаривания в специальных вакуум-выпарных аппаратах различной конструкции и производительности рис. 2.25.
Рисунок 2.25.
Рисунок 2.25. – Схема двухкорпусного вакуум-аппарата с выносным калоризатором и термокомпрессией: I — охлажденная вода; II —паровоздушная масса; III — острый пар; IV — охлаждающая вода; V — сырье; VI — конденсат; VII — продукт; А, В, С — подогреватели; 1 — термокомпрессор; 2 — калоризатор; 3 — сепаратор; 4 — осветительное окно; 5 — зонт-отражатель; 6 — смотровое окно; 7 — люк сепаратора; 8 — поверхностный конденсатор; 9 — эжекторная станция; 10 — электродвигатель; 11 — двухступенчатый вакуум-насос
Таблица 2.16. Затраты энергии при производстве сухого молока
| Расход | Расход энергии на 1 т сырья при производстве сухого молока | |||
| цельного | обезжиренного | |||
| МДж | % | МДж | % | |
| Пастеризация, сепарирование, гомогенизация | 53,9 | 6,3 | 31,9 | 5,3 |
| Сгущение (выпаривание) | 249 | 29,2 | 231 | 39 |
| Сушка: распылительная | 550 | 64,5 | — | — |
| пленочная (вальцовая) | — | — | 330 | 55,7 |
Рисунок 2.26.
Рисунок 2.26. – Стоимость перевозки (руб.) сгущенных и сухих сывороточных концентратов (в пересчете на единицу сухого вещества) в зависимости от расстояния транспортировки
Целесообразность выработки сгущенной и сухой молочной сыворотки обусловливается в основном двумя причинами: более продолжительными сроками хранения и меньшими (в пересчете на единицу сухого вещества) затратами на перевозку по сравнению с натуральной сывороткой (рис. 2.26.). Однако надо учитывать и то, что с повышением степени концентрирования сыворотки возрастает и количество влаги, которое необходимо удалить из нее. При использовании традиционного оборудования для этих целей (вакуум-выпарные установки, распылительные и вальцовые сушилки) увеличиваются также и энергетические затраты (рис. 2.27.). Кроме того, надо иметь в виду, что при сушке на удаление 1 кг влаги расходуется примерно в 10 раз больше теплоты, чем при сгущении.
В вакуум-выпарных установках в зависимости от их конструктивного исполнения удельный расход теплоты обычно колеблется от 240 до 800 кДж/кг, в распылительных сушилках — от 40000 до 7000 кДж/кг.
Рисунок 2.27.
Рисунок 2.27. – Количество влаги, удаляемой из молочной сыворотки при ее концентрировании и сушке, и потребное количество пара для ее выпаривания в зависимости от конечной концентрации сухих веществ в продукте (в расчете на 1 т готового продукта), %
Поэтому решать вопрос о степени сгущения молочной сыворотки или ее сушке целесообразно на основе анализа стоимости транспортировки сгущенной и сухой сыворотки, с одной стороны, и энергетических затрат на сгущение и сушку — с другой, а также с учетом требований потребителей (конкретных направлений и условий использования полученных продуктов).
Исследования Алтайского филиала ВНИИМС НПО «Углич» показали возможность увеличения производительности вакуум-аппаратов на 15 — 20% за счет выявления резервов тепла внутри них без дополнительных затрат острого пара.
Двухкорпусные вакуум-выпарные установки циркуляционного типа производительностью 2000 и 4000 кг/ч испаренной влаги (рис. 2.28.) широко используются в промышленности в процессе производства молочного сахара. На сгущение в этом случае поступает горячее сырье (сыворотка), которое нагревают вне аппарата (при тепловой коагуляции белков). При этом в тепловой баланс вакуум-аппарата вносится дополнительное количество тепла. Наличие четырех теплообменников А, В, С и D в схеме вакуум-выпарных установок предполагает последовательный подогрев исходного холодного сырья и подачу в аппарат на сгущение сырья при температуре, превышающей температуру его кипения.
При работе на паспортном режиме достигается расчетная по испаренной влаге производительность вакуум-аппарата. Последний способен перерабатывать горячее сырье (сыворотку), нагретое вне вакуум-аппарата. В этом случае для отсоса воздуха и газов из межстенных пространств калоризаторов в теплообменники В и С вместо исходного сырья подают холодную воду. С горячим сырьем в вакуум-аппарат вводится дополнительное тепло. Оно не повышает производительности установки против паспортной, так как рабочий пар из межстенных пространств калоризаторов используется в теплообменниках В и С на нагрев холодной воды. В результате вводимое с горячим сырьем тепло в вакуум-аппарате сохраняется, а производительность по испаряемой влаге на 15—20% повышается.
Рисунок 2.28.
Рисунок 2.28. – Типовая схема двухкорпусного вакуум-аппарата циркуляционного типа при сгущении сыворотки в производстве молочного сахара: I — острый пар; II — первичный соковый пар; III — вторичный соковый пар; IV — конденсат; V —сыворотка; VI — охлаждающая вода; VII — неконденсирующиеся газы; VIII — рабочий пар; IX — подсгущенный продукт; X — подпитка второго корпуса; XI — готовый сгущенный продукт; А. В, С, D — теплообменники; 1 — термокомпрессор; 2 — калоризаторы; 3 — отделитель соковых паров; 4 — конденсатор; 5 — вакуумный насос; 6 — насос для конденсата; 7 — продуктовый насос; 8 — калибровочная шайба
При этом подача острого пара на термокомпрессор остается без изменений, расход же охлаждающей воды на конденсатор увеличивается на 30%.
На рисунке 2.29. показана расшифровка тепловых потоков на теплообменниках вакуум-аппарата производительностью 2000 кг/ч испаряемой влаги при паспортном и интенсифицированном режимах. Схемы для вакуум-аппарата производительностью 4000 кг/ч испаряемой влаги аналогичны.
Далее в схему вакуум-аппаратов были внесены дополнительные конденсаторы которыми явились отключенные от сети теплообменники В и С (рис. 2.30.). Для этого в конденсатной магистрали подача конденсата перекрывалась путем установления заглушки между калоризатором и поверхностным конденсатором.
Конденсатная магистраль после калибровочной шайбы от калоризатора соединяется трубой диаметром не менее 35 мм для вакуум-аппарата производительностью 2000 кг/ч испаряемой влаги и 45 мм — для вакуум-аппарата производительностью 4000 т/ч испаряемой влаги с трубопроводами рабочего пара, идущими от калоризаторов на теплообменники С и В; от теплообменников (дополнительных конденсаторов) конденсатная магистраль соединяется с поверхностным конденсатором. Конденсат в дополнительных конденсаторах С и В охлаждают водой, ранее подаваемой на охлаждение рабочего пара, поступающего в теплообменники С и В.
Рисунок 2.29.
Рисунок 2.29. – Расшифровка тепловых потоков на теплообменниках: а — паспортный режим (производительность вакуум-аппарата — 2000 кг/ч испаренной влаги); б — интенсифицированный режим (производительность вакуум-аппарата 2300 кг/ч испаренной влаги): q1 — соковый пар от сепараторов второго корпуса в теплообменник А; q2 и q3 — рабочий пар от калоризаторов на теплообменники С и В; q4 — отработанный пар от эжекторов иа теплообменник D
Рисунок 2.30.
Рисунок 2.30. – Схема модернизированного вакуум-аппарата циркуляционного типа производительностью 2000 и 4000 кг/ч испаренной влаги: I — пар; II — конденсат для нагревания сыворотки; III — вода; IV — сыворотка из сырцеха; V —сыворотка; А, В, С — теплообменники; 1 — термокомпрессор; 2 — калоризаторы; 3 — отделитель соковых паров; 4 — заглушка; 5 — поверхностный конденсатор; 6 — калибровочные шайбы; 7 — вакуумный насос; 8 — конденсатный насос; 9 — продуктовый насос; 10 — трехходовой кран
В результате этого потребность воды для вакуум-аппарата остается без изменений.
Интенсификация работы вакуум-аппаратов производительностью 2000 и 4000 кг/ч испаряемой влаги и включение в систему конденсатной магистрали дополнительных конденсаторов (теплообменников) позволили повысить производительность выпаривания молочной сыворотки на 15—20% без дополнительных затрат пара, воды, энергии и др., в результате чего получен соответствующий экономический эффект.
Криоконцентрация
При сгущении в вакуум-выпарных аппаратах в молочной сыворотке происходят сложные физико-химические изменения. Вследствие длительного теплового воздействия в ней частично денатурируют и коагулируют белки. В сыворотке появляется хлопьевидный осадок, теряется часть витаминов и ферментов. На греющих стенках вакуум-выпарного аппарата появляется трудноудаляемый пригар. Изменяются вкусовые показатели сыворотки. Сгущение соленой сыворотки практически невозможно из-за коррозии стенок аппарата при высокой температуре.
В связи с этим заслуживает внимания возможность сгущения сыворотки способом криоконцентрирования (вымораживания воды). Этот процесс протекает при низких температурах (0 — минус 15°С), что позволяет максимально сохранить свойства исходного продукта.
Несмотря на то, что способ криоконцентрации известен давно (более 100 лет), конкурировать с выпариванием он долгое время не мог из-за сравнительно больших (до 20%) потерь сухих веществ со льдом и высокой стоимости оборудования. Исследования, проведенные в нашей стране и за рубежом, позволили не только усовершенствовать технологию криоконцентрации и снизить потери сухих
Рисунок 2.31.
Рисунок 2.31. – Технологическая схема криокон-центрирования молочной сыворотки: I — жирная сыворотка; II — обезжиренная сыворотка; II — казеиновый осадок; IV — подсырные сливки; V — расплав льда; VI — суспензия лед — концентрат; 1 —резервуар; 2 — насосы; 3 — резервуар для сбора сливок; 4 — сепаратор; 5 — пастеризационно-охладительная установка; 6 — промежуточный резервуар; 7 — кристаллизатор; 8 — шнековый обогатитель; 9 — резервуар для сбора расплава льда; 10 — фильтрующая центрифуга; 11 —резервуар для сбора концентрата
веществ со льдом до 1 % и ниже, но и создать ряд высокоэффективных аппаратов для вымораживания.
В настоящее время способ криоконцентрации все шире используется для обработки пищевых жидкостей растительного происхождения. Развитие технологии этого способа и техники позволило начать его исследование для обработки цельного и обезжиренного молока, пахты и молочной сыворотки. Особый интерес представляет возможность использования криоконцентрации при переработке молочной сыворотки. Данный метод может оказаться также целесообразным при сгущении таких продуктов, как обогащенная молочная сыворотка, в которой важно сохранить культуру ацидофильной палочки в живом виде.
Криоконцентрация включает в себя две основные технологические операции: образование смеси кристаллов льда с концентратом и разделение полученной суспензии. Для первой операции используют кристаллизаторы различных типов, для второй — сепарационные установки (центрифуги, фильтр-прессы, разделительные колонки и др.). Эти операции могут выполняться в одном устройстве, возможна и многоступенчатая обработка.
В настоящее время известен ряд конструкций установок для криокон-центрации, предназначенных для обработки молока и некоторых молочных продуктов, в том числе и сыворотки: Установками для криоконцентрирования занимается ряд зарубежных фирм (США, ФРГ, Великобритания и др.).
Технологическая схема получения концентратов из молочной сыворотки методом вымораживания влаги показана на рисунке 2.31.
Молочную сыворотку из емкости для ее сбора направляют насосом в сепаратор, где очищают от части казеина и молочного жира, после чего она поступает в пастеризационно-охладительную установку. Продукт охлаждают водопроводной водой, а также ледяной, полученной после таяния льда от концентрата. Охлажденную сыворотку подают в кристаллизатор, в котором происходит процесс образования и роста кристаллов. С целью получения кристаллов более крупного размера смесь льда и концентрата подают в обогатитель, в котором температура переохлаждения поддерживается минимальной, что обеспечивает оптимальные условия для роста кристаллов. Далее суспензию лед — концентрат подают на фильтрующую центрифугу. После разделения концентрат направляют на расфасовку, а расплав поступает в секцию предварительного охлаждения сыворотки. Основной процесс образования и роста кристаллов льда протекает в кристаллизаторе. В настоящее время применяют кристаллизаторы самых различных конструкций. В кристаллизаторах косвенного контакта, которые в настоящее время составляют большинство, теплопередача происходит через разделительную стенку. Лед, образующийся на стенках, обычно удаляют скребками или другим механическим способом.
Приведенные ниже расчеты экономической эффективности концентрации молочной сыворотки способами вымораживания и выпаривания показали, что концентрация методом вымораживания экономически более целесообразна.
Расчеты проводились из условия, что сгущение осуществляется в двухкорпусной вакуум-выпарной установке «Виганд-2000» с расходом 0,480 т пара на 1 т удаляемой влаги, а криоконцентрация — на установке, состоящей из двух цилиндрических льдогенераторов Л-200 производительностью 600 кг/ч льда, шнекового транспортера производительностью 3000 кг/ч и центрифуги ФГП-401Н4 производительностью 2000 кг/ч отделенного осадка.
С экономической точки зрения наиболее приемлемым методом переработки молочной сыворотки в условиях сезонных отгонных пастбищ является вымораживание, так как сгущение выпариванием практически невозможно из-за большой сложности транспортировки топлива. Возможен вариант дальнейшей сушки сгущенной молочной сыворотки на сушилках, работающих полностью на электроэнергии. Применение обратного осмоса целесообразно на предприятиях большой мощности. Однако это обычно связано с проблемой утилизации моющих растворов и промывной воды после мойки мембран из-за отсутствия на этих заводах очистных устройств.
В перспективе метод криоконцентрирования может найти более широкое применение в молочной промышленности для концентрирования молочной сыворотки, особенно соленой.
Способы криоконцентрирования постоянно совершенствуются. Например, криоконцентрация путем монолитной кристаллизации растворителя на изотермической поверхности трубчатого кристаллизатора (блочное намораживание льда) способствует уменьшению удельной поверхности раздела компонентов и, как следствие, снижению потерь сухих веществ в продукте. Для осуществления монолитной кристаллизации необходимо организовать процесс теплопередачи так, чтобы поверхность кристаллизатора была практически изотермической, а термическое сопротивление от стенки кристаллизатора к хладоносителю – минимальным (рис. 2.32.) При сгущении творожной сыворотки до концентрации сухих веществ 37 % их потери не превышали 0,2 %.
Рисунок 2.32.
Рисунок 2.32. – Зависимость интенсивности вымораживания от термического сопротивления системы теплопередачи
Монолитная кристаллизация позволяет упростить технологический процесс сгущения и исключить трудоемкую операцию сепарирования, на 10 % снизить потребление энергии по сравнению с существующими технологиями.
За рубежом выпускаются специализированные установки для криоконцентрирования молочного сырья: фирмы «Yrenco» (США), фирмы «Краузе-Линде» (ФРГ) и др.
Молочную сыворотку сушат на сушилках различной конструкции (распылительные, вальцовые, сублимационные, с виброкипящим слоем, с инертными носителями и др.) и разной производительности. В отечественной и зарубежной практике довольно широкое распространение получили сушилки распылительные (рис. 2.33.), несколько меньшее — вальцовые (рис. 2.34.). Сушилки других конструкций находят пока ограниченное применение.
Распылительные и вальцовые сушилки имеют положительные стороны и недостатки. Распылительный способ обеспечивает получение продукта высокого качества. Его применяют на крупных специализированных заводах и цехах переработки молочной сыворотки.
Рисунок 2.33.
Рисунок 2.33. – Прямоточная распылительная сушилка А1-ОРЧ: 1 – гомогенизатор; 2 – резервуары; 3 – винтовой насос; 4 – калорифер; 5 – нагнетательный вентилятор; 6 – фильтр; 7 – скребковый механизм; 8 – воздухоохладитель; 9 – шнек; 10 – циклон; 11 – пневмотранспортная линия; 12 – вытяжной вентилятор; 13 – разгрузочный циклон; 14 – бункер; 15 – дополнительный вентилятор; 16 – сушильная камера; 17 – распылитель; 18 – воздухораспределитель
Рисунок 2.34.
Рисунок 2.34. – Сушильно-дробильный агрегат типа СДА-250: 1 — устройство для отвода паров; 2 — вытяжной зонт; 3 — вальцы; 4 — патрубок для схода пара; 5 —элеватор; 6 — электродвигатель дробилки; 7—дробилка; 8 — шнек; 9 — конденсатоотводчик; 10 — патрубок для отвода конденсата; 11 — станина; 12 — воздуховоды; 13 — электродвигатель вентилятора; 14 — электродвигатель вальцов; 15 — приводной механизм
Однако распылительные сушилки отличаются громоздкостью, требуют значительных энергетических затрат, вальцовые — характеризуются простотой аппаратурного оформления, небольшими размерами, меньшими энергозатратами по сравнению с установками, применяемыми при распылительном способе сушки. Для сравнения в таблице 2.16. приведены затраты энергии на 1 т сырья при производстве сухого молока (при производстве сухой сыворотки соотношение затрат энергии примерно такое же). Недостатком сушки на вальцовых сушилках является то, что готовый продукт имеет более низкую растворимость и худший вид (наличие комочков). Однако на практике это не имеет принципиального значения (за исключением особых случаев), а иногда играет даже положительную роль.
Технологические режимы сушки сыворотки.
Накопленные к настоящему времени экспериментальные данные и производственный опыт позволяют считать оптимальным следующее содержание сухих веществ в сгущенной сыворотке перед сушкой (в %):
| Пленочная сушка | 20 |
| Распылительная сушка | 40 |
| Пенная сушка | 45 |
| Сублимационная сушка | 50 |
| Сушка на инертных носителях | 50 |
Рекомендуемые показатели качества сырья, полуфабриката и готовой продукции при производстве сухой молочной сыворотки пленочным способом приведены в табл. 2.17.
Таблица 2.17.
| Показатель | Сыворотка | ||
| исходная | сгущенная | сухая | |
| Кислотность, ˚Т | 14 – 17 (не выше 20) | 40 – 60 (не выше 75) | До 20 (восстановленной до содержания 6,5% сухих веществ) |
| Плотность, кг/м3 | 1023 – 1027 | 1060 – 1070 (не выше 1090) | – |
| Содержание сухих веществ, % В том числе: | |||
| Молочного сахара | 4,5 – 4,9 | – | 63 – 73,6 |
| Минеральных веществ | 0,52 – 0,6 | – | 5,3 – 7,9 |
| Жира | 0,02 – 0,4 | – | 0,7 – 1,5 |
| Растворимость, мл сырого осадка | – | – | 0,8 |
Таким образом, при пленочной сушке кислотность исходной подсырной сыворотки не должна превышать 20 °Т.
Сушка творожной сыворотки на барабанных сушилках без предварительной обработки сыворотки положительных результатов не дала.
При сушке подсырной сыворотки распылительным способом кислотность исходной не должна превышать 20 °Т, а сгущенной 100 ˚Т.
Технологические параметры процесса сушки распылительным способом приведены в табл. 2.18.
Таблица 2.18.
| Показатель | Тепловая обработка исходной сыворотки | Сгущение | Сушка |
| Температура пастеризации, °С | 65; 71 – 72 | – | – |
| Продолжительность выдержки, мин | 30; 0,25 | – | – |
| Температура охлаждения, °С | Не выше 10 | – | – |
| Температура сгущения, °С | – | 50 – 65 | – |
| Температура воздуха сушильной камеры, °С На входе | – | – | 150 – 170 |
| В зоне распыления | – | – | 62 – 75 |
| На выходе | – | – | 70 – 85 |
Соблюдение требований к качеству исходного сырья и технологических параметров процесса позволяет при минимуме энергетических затрат обеспечить получение качественного продукта.
Дата: 2019-05-29, просмотров: 546.
