Способ получения сухой молочной сыворотки
Изобретение относится к молочной промышленности. Способ получения сухой молочной сыворотки осуществляют следующим образом. Последовательно проводят очистку молочной сыворотки от казеиновой пыли и/или жира. Осуществляют пастеризацию, затем нанофильтрацию или ультрафильтрацию молочной сыворотки. Деминерализуют молочную сыворотку или ультрафильтрат с изомеризацией лактозы в лактулозу при pH 10±2 и температуре 15-70°C в течение 30-120 мин. Корректировку рН сыворотки осуществляют вводом щелочного агента. Деминерализацию осуществляют до достижения рН 6,49-6,54 сыворотки и степени деминерализации (СД) 90%. Сгущают концентрат до содержания сухих веществ 40-60% и кристаллизуют. Сушат концентрат в несколько этапов, на которых концентрат сыворотки дозируют в сушильную камеру на распылительный диск и подают одну часть подогретого до 160-230°С горячего воздуха в верхнюю систему газораспределения сушильной камеры. Вторую часть горячего воздуха подают в систему распределения воздуха, создающую эффект турбулизации потока воздуха. Третью часть горячего воздуха подают в систему распределения воздуха, создающую взвешенный слой сыворотки в конусе сушилки. Направляют подсушенную сыворотку в виброфлюидизатор, в который по одной линии подают подогретый воздух, а по второй подают охлаждающий воздух для сушки порошка сыворотки во взвешенном слое до остаточной влажности 4-2 %. Из виброфлюидизатора порошок подают в бункер-охладитель готовой продукции. Изобретение обеспечивает снижение трудоемкости способа получения сухой молочной сыворотки и повышение качества готового продукта. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 10 пр., 2 ил.
Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано для получения молочной сыворотки с бифидогенными свойствами и с содержанием сухих веществ (СВ) от 5,0 до 98%, которая может применяться, в том числе, в продуктах детского питания.
Из уровня техники известен способ получения сухой молочной сыворотки с бифидогенными свойствами [патент РФ №2098977, 20.12.97]. Способ предусматривает сбор, резервирование, нагревание, сепарирование, пастеризацию, охлаждение, сгущение и сушку сгущенной сыворотки. Перед сгущением в молочной сыворотке проводят изомеризацию лактозы путем введения в нее щелочи до достижения pH 10,5-11,5 при температуре 65-75°C и термостатировании в течение 15-25 мин с последующей нейтрализацией кислой сывороткой.
Недостатком данного способа является ухудшение органолептических показателей вследствие повышенного содержания минеральных веществ и значительного образования побочных продуктов реакции изомеризации (меланоидинов, продуктов щелочного гидролиза сахаридов, сахариновых кислот), что существенно снижает качество конечного продукта.
Известен также способ производства сухой молочной сыворотки, включающий сбор, резервирование молочной сыворотки, пастеризацию, сепарирование, охлаждение, изомеризацию лактозы в лактулозу, нейтрализацию кислой сывороткой, сгущение и сушку изомеризованной сыворотки [патент РФ №2314701, 20.01.2008]. При этом изомеризация осуществляется с помощью анионообменной смолы марки АВ-17-8 чс при температуре 20-50°C с соотношением смола : сыворотка как 1:3-1:5 до pH 11,0±0,7 с последующим нагреванием до 50-80°C и выдержкой 30-60 мин при данной температуре.
Недостатком данного способа является использование анионообменной смолы, что приводит к существенному повышению трудоемкости способа за счет необходимости регенерации смолы, усложнения конструкции оборудования в связи с необходимостью использования смолы в процессе. При этом применение анионообменной смолы делает процесс дорогостоящим. Кроме того, произведенная по указанному способу сухая молочная сыворотка имеет низкие органолептические и физико-химические показатели вследствие повышенного содержания минеральных веществ (происходит недостаточное удаление минеральных солей, в основном катионов), что снижает качество готового продукта.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ получения молочной сыворотки, в соответствии с которым очищенную от казеиновой пыли и жира пастеризованную молочную сыворотку или полученный из нее ультрафильтрат подвергают изомеризации, нейтрализации и деминерализации [патент РФ №2500172, 10.12.2013]. Деминерализацию осуществляют путем электродиализа до и/или после изомеризации до уровня деминерализации 50-90%. Деминерализованный ультрафильтрат смешивают с концентратом сывороточного белка, конечный продукт сгущают на вакуум-выпарных установках до содержания сухих веществ (СВ) 40-60%, а после сгущения конечный продукт сушат на распылительных сушилках до содержания СВ 98%.
При этом способ не раскрывает особенностей процесса сушки.
Обычно используются одноступенчатые и двухступенчатые сушильные установки. Кроме того, наилучшие европейские системы сушки имеют 3 ступени.
При одноступенчатой сушке продукт высушивается до конечной остаточной влажности в камере распылительной сушилки. Основное снижение температуры сушильного воздуха, вызванное испарением воды из концентрата, происходит в этот период. Значительный тепло- и массообмен происходит между частицами и окружающим воздухом за очень короткое время, поэтому качество продукта существенно снижается, если оставить без внимания те факторы, которые способствуют ухудшению продукта. В условиях одноступенчатой сушилки температурные режимы достаточно жесткие, что зачастую приводит к перегреву продукта и к поверхностному твердению. В случае поверхностного твердения остаточная влажность частицы составляет 10-30%, на этой стадии белки, особенно казеин, очень чувствительны к нагреву и легко денатурируют, в результате образуется трудно растворимый порошок. Кроме того, аморфная лактоза становится твердой и почти непроницаемой для водяных паров, так что температура частицы возрастает еще больше, когда скорость испарения, т.е. коэффициент диффузии, приближается к нулю. Поскольку внутри частицы остаются водяной пар и пузырьки воздуха, они перегреваются, и, если температура окружающего воздуха достаточно высока, пар и воздух расширяются. Давление в частице возрастает, и она раздувается в шар с гладкой поверхностью. Такая частица содержит множество вакуолей. Если температура окружающего воздуха достаточно высока, частица может даже взорваться, но, если этого и не произойдет, частица все равно имеет очень тонкую корку, около 1 мкм, и не выдержит механической обработки в циклоне или в системе транспортировки, так что она покинет сушилку с выбросным воздухом.
Техническая проблема, на решение которой направлено заявленное изобретение заключается в разработке нового нетрудоемкого способа получения сухой молочной сыворотки с бифидогенными свойствами, улучшенными органолептическими характеристиками (хорошие вкусовые качества, цвет порошка сыворотки от белого до светло-молочного, низкое содержание минеральных солей (зольность около 1% по сухому продукту), и физико-химическими показателями (повышение растворимости продукта).
Технический результат изобретения заключается в снижении трудоемкости способа получения сухой молочной сыворотки и повышении качества готового продукта.
Технический результат достигается в способе получения сухой молочной сыворотки, включающем последовательное проведение очистки молочной сыворотки от казеиновой пыли и/или жира, пастеризации, нанофильтрации или ультрафильтрации молочной сыворотки, деминерализации молочной сыворотки или ультрафильтрата, сгущение концентрата до содержания сухих веществ 40-60%, кристаллизацию и сушку, отличающийся тем, что в процессе деминерализации осуществляют изомеризацию лактозы в лактулозу при pH 10±2 и температуре 15-70°C в течение 30-120 мин, причем корректировку рН сыворотки осуществляют вводом щелочного агента, деминерализацию осуществляют до достижения рН 6,49-6,54 сыворотки и степени деминерализации (СД) 90%,
а сушку концентрата проводят в несколько этапов, на которых сыворотку дозируют в сушильную камеру на распылительный диск и подают одну часть горячего воздуха в верхнюю систему газораспределения сушильной камеры;
вторую часть горячего воздуха подают в систему распределения воздуха, создающую эффект турбулизации потока воздуха;
а третью часть горячего воздуха подают в систему распределения воздуха, создающую взвешенный слой сыворотки в конусе сушилки;
направляют подсушенную сыворотку в виброфлюидизатор, в который по одной линии подают подогретый воздух, а по второй подают охлаждающий воздух для сушки порошка сыворотки во взвешенном слое до остаточной влажности 4-2%;
из виброфлюидизатора порошок подают в бункер-охладитель готовой продукции.
Деминерализацию молочной сыворотки или ультрафильтрата возможно осуществлять с использованием электродиализа. Осуществление деминерализации с использованием электродиализа (по сравнению с использованием ионного обмена) позволяет исключить расход химических реагентов на регенерацию смол, что дополнительно снижает трудоемкость способа, себестоимость продукции и количество промышленных стоков.
Система распределения воздуха (сушильная камера), создающая взвешенный слой сыворотки в конусе сушилки состоит из внутренней трубы, распределительной решетки, воздуховодов, фланца. Сушильная камера в нижней части выполнена в виде конуса.
Проведение процесса сушки концентрата в несколько этапов обеспечивает получение готового продукта с необходимым уровнем органолептических и физико-химических характеристик.
Изомеризацию лактозы в лактулозу можно осуществлять на любой стадии электродиализа путем дозирования щелочных агентов при температуре 15-70 °С. В качестве щелочных агентов могут использоваться растворы гидроксида натрия, гидроксида калия и гидроксида аммония.
Время изомеризации, как правило, составляет 30-120 мин (зависит от концентрации лактозы в сыворотке и рН (концентрации щелочных агентов) и температуры).
Изомеризацию лактозы в лактулозу при pH 10±2 осуществляют в процессе деминерализации при температуре 15-70°C и в течение 30-120 мин, что позволяет существенно повысить выход лактулозы и увеличить скорость процесса в целом.
Для обеспечения необходимой рабочей температуры процесса до 60-70°С процесс можно проводить на электродиализных установках с использованием термостойких мембран и прокладок (в качестве полимерной матрицы мембран и прокладок могут применяться полисульфоны, полифениленсульфоны, полиэфирсульфоны и т.п.).
Корректировка рН производится непрерывно в процессе деминерализации молочной сыворотки путем непрерывного дозирования щелочного агента в ёмкость сыворотки (дилюата). Регулирование подачи щелочного агента осуществляется путем поддержания заданного уровня рН в емкости (рН=10±2). Корректировку рН можно осуществлять на любой стадии деминерализации (СД) от 10 до 90%, предпочтительнее при достижении СД=50%, поскольку при этом значении достигается наивысшая скорость протекания процесса изомеризации лактозы в лактулозу.
Необходимый уровень рН готовой сыворотки (дилюата) до 20°Т (рН 6,49-6,54) достигается в процессе деминерализации.
При необходимости увеличения уровня деминерализации до 95% сыворотку с уровнем деминерализации 90% подвергают обработке на ионообменных смолах при стандартных режимах.
Деминерализованный ультрафильтрат можно смешивать с концентратом сывороточного белка.
Для получения сухой сыворотки для детского питания процесс деминерализации ведут до степени деминерализации (СД) 90% в пересчете на сухое вещество, и в качестве щелочного агента предпочтительно используется гидроксид аммония.
Проведение изомеризации лактозы в лактулозу непосредственно в процессе деминерализации сырья при температуре 15-70°C с учетом того, что изомеризацию осуществляют при pH 10±2 в течение 30-120 мин, позволяет получить концентрат сыворотки оптимального состава, в результате чего сушка полученного концентрата с таким составом в четыре стадии, осуществляемые в определенной последовательности и с определенными условиями на каждой из стадий обеспечивает получение конечного продукта с повышенной растворимостью (индекс растворимости сырого осадка, не более 0,3 см3) и улучшенным вкусом, запахом, цветом и равномерной консистенции.
Таким образом, растворимость конечного продукта соответствует требованиям ГОСТ 33958-2016, в то время как при использовании обычной системы сушки (конвекционной сушки в 2 или 3 этапа) индекс растворимости может составлять 0,6 см3 и выше.
Таким образом, реализация в способе одновременного проведения изомеризации и деминерализации при указанных условиях в сочетании с проведением многостадийной сушки концентрата в сушильной камере на распылительном диске с подачей одной части горячего воздуха в верхнюю систему газораспределения сушильной камеры, второй части горячего воздуха - в систему распределения воздуха, создающую эффект турбулизации потока воздуха, а третьей части горячего воздуха - в систему распределения воздуха, создающую взвешенный слой сыворотки в конусе сушилки с последующим высушиванием сыворотки в виброфлюидизаторе, в который по одной линии подают подогретый воздух, а по второй - подают охлаждающий воздух для сушки порошка сыворотки во взвешенном слое до остаточной влажности 4-2% позволяет получить продукт с высокими потребительским качествами.
Сущность заявленного изобретения поясняется фиг. 1, 2.
На фиг. 1 показана система распределения воздуха в конусе сушильной камеры.
На фиг. 2 представлена принципиальная схема процесса сушки молочной сыворотки в 4 этапа.
На фиг. позициями 1-36 обозначено:
1 - Емкость для исходного раствора молочной сыворотки,
2 - клапан подачи сырья,
3 - винтовой насос подачи молочной сыворотки в сушильную камеру,
4 - фильтры раствора молочной сыворотки,
5 - регулятор подачи горячего воздуха в верхнюю часть сушильной камеры,
6 - регулятор подачи горячего воздуха в среднюю часть сушильной камеры,
7 - регулятор подачи горячего воздуха в нижнюю часть сушильной камеры,
8 - сушильная камера с высокоскоростным дисковым центробежным распылителем,
9 - фильтр линии подачи воздуха,
10 - вентилятор подачи воздуха,
11 - пластинчатый теплообменник предварительного подогрева воздуха,
12 - газовая печь подогрева воздуха,
13 - циклон 1 ступени очистки отходящих газов из сушильной камеры,
14 - циклон 2 ступени очистки отходящих газов из сушильной камеры,
15 - фильтр очистки отходящих газов из сушильной камеры,
16 - вытяжной вентилятор отходящих газов из сушильной камеры,
17 - фильтр системы пневмотранспорта порошка молочной сыворотки, задержанной циклонами,
18 - вентилятор системы пневмотранспорта порошка молочной сыворотки, задержанной циклонами,
19 - дроссельный клапан,
20 - виброфлюидизатор,
21 - фильтр системы подачи горячего воздуха в виброфлюидизатор,
22 - вентилятор системы подачи горячего воздуха в виброфлюидизатор,
23 - пластинчатый теплообменник системы подачи горячего воздуха в виброфлюидизатор,
24 - регулирующий клапан системы подачи горячего воздуха в виброфлюидизатор,
25 - фильтр системы подачи охлаждающего воздуха в виброфлюидизатор,
26 - вентилятор системы подачи охлаждающего воздуха в виброфлюидизатор,
27 - пластинчатый теплообменник системы подачи охлаждающего воздуха в виброфлюидизатор,
28 - регулирующий клапан подачи охлаждающей воды в теплообменник системы подачи охлаждающего воздуха в виброфлюидизатор,
29 - бункер-охладитель готовой продукции,
30 - дроссельный клапан,
31 - внутренняя труба,
32 - распределительная решетка,
33 - воздуховоды,
34 - фланец,
35 - нижняя часть конуса сушильной камеры,
36 - сушильная камера.
Сущность настоящего изобретения поясняется Примерами 1-10.
Примеры 1-4 являются Примерами по настоящему изобретению, Примеры 5-10 приведены для сравнения.
Пример 1
Для получения сухой молочной сыворотки осуществляют очистку 20-25 м3 молочной сыворотки от казеиновой пыли и/или жира при температуре поступающей сыворотки в диапазоне 5-15°С, после чего очищенную сыворотку пастеризуют, проводят нанофильтрацию или ультрафильтрацию (нанофильтрацию или ультрафильтрацию проводят общеизвестными способами при общеизвестных условиях (при 5-15°С) с регулированием температуры пермеата и ретентата с помощью теплообменников с целью непревышения 15°С) пастеризованной молочной сыворотки. Далее осуществляют деминерализацию молочной сыворотки или ультрафильтрата с использованием электродиализной установки, в которой установлена термостойкая мембрана с полимерной матрицей на основе полисульфонов. Деминерализацию сырья (сыворотки) проводят при температуре сырья 15°C, при этом, через приблизительно 60 мин после достижения степени деминерализации значения СД= 50% (когда степень деминерализации достигнет 50%. Степень деминерализации определяют кондуктометрическим способом по электропроводности раствора. По формуле СД=(Хн-Хк)/Хн*100, где Хн - начальная электропроводность раствора, Хк - конечная электропроводность раствора) в емкость для сыворотки подают раствор гидроксида натрия с концентрацией от 1 до 3% в объеме, обеспечивающем повышение рН сыворотки до 11. При температуре 15°С после повышения рН в сырье начинает проходить процесс изомеризации лактозы в лактулозу. Для обеспечения протекания процесса изомеризации (и сохранения высокой скорости изомеризации) через каждые 2-5 минут осуществляют корректировку рН сырья с целью поддержания значения рН на уровне значения 11 (или 8-12). Изменение значения рН регулируется автоматически с помощью рН метра и клапана подачи раствора гидроксида натрия. Изомеризацию проводили в течение 30 мин, после чего корректировку рН сыворотки прекращали. Через 20 мин по достижении значения рН сыворотки 6,5, а степени деминерализации - 90% завершали процесс деминерализации. Таким образом, деминерализацию проводили в течение 3 ч. При реализации заявленного способа степень изомеризации лактозы в лактулозу составила 40-50%.
После деминерализации осуществляют сгущение продукта по общеизвестному методу на вакуум-выпарных установках до содержания в продукте сухих веществ (СВ) 40-60%, проводят кристаллизацию общеизвестными методами и сушку.
Сушку концентрата осуществляли в 4 этапа. На первом этапе сыворотку из емкости для исходного раствора молочной сыворотки 1, поступившую со стадии кристаллизации с температурой 50°С, дозируют С расходом 600-800 кг/ч с содержанием сухих веществ 50-60% винтовым насосом 3 через фильтры 4 на распылительный диск сушильной камеры 8. Скорость вращения распылительного диска составляет 5000-15000 об/мин, предпочтительно 11000 -14000.
Далее в верхнюю систему газораспределения сушильной камеры подают одну часть горячего воздуха. Для этого предварительно отфильтрованный на тканевом фильтре 9 и подогретый до температуры 160-230°С воздух нагнетательным вентилятором 10 подают в верхнюю систему газораспределения сушильной камеры 8 через регулирующий клапан 5. Воздух подогрет отходящими газами сушилки с использованием теплообменника 11 и нагревается в газовой печи 12.
Вторую часть горячего воздуха (2 этап сушки) через регулирующий клапан 6 подают на 2-ю систему распределения воздуха сушильной камеры 8, которая также выполняет роль так называемой воздушной метлы. 2-я система распределения воздуха создает эффект турбулизации потока воздуха, что увеличивает интенсивность процесса сушки.
Третью часть горячего воздуха (3 этап сушки) через регулирующий клапан 7 подают на 3-ю систему распределения воздуха специальной конструкции (фиг.1), которая за счет создания взвешенного слоя в конусе сушилки обеспечивает дополнительную сушку и регулирует (за счет газораспределительной решетки) гранулометрический состав получаемой сухой сыворотки.
Система распределения воздуха выполнена в виде сушильной камеры (сушилки) 36, которая содержит внутреннюю трубу 31, по которой готовый полупродукт (подсушенная сыворотка) поступает из сушильной камеры в виброфлюидизатор; распределительную решетку 32, на которой формируется псевдоожиженный слой подсушенной сыворотки; воздуховоды 33 для подачи воздуха для подсушивания сыворотки в нижней части конуса 35 сушильной камеры 36 и для создания псевдоожиженного слоя полупродукта на распределительной решётке 32; фланец 34 нижней части конуса 35 сушильной камеры 36, обеспечивающий соединение с виброфлюидизатором и поступление полупродукта в виброфлюидизатор.
Далее подсушенный порошок сыворотки с влажностью до 8% из сушильной камеры 8 через дроссельный клапан 19 подают в виброфлюидизатор 20. На четвертом этапе сушки в виброфлюидизатор 20 по первой линии подают подогретый воздух, а на стадии охлаждения порошка сыворотки в виброфлюидизаторе по второй линии в виброфлюидизатор 20 подают охлаждающий воздух для дополнительной сушки порошка сыворотки во взвешенном слое до остаточной влажности 4-2%. Вибросито виброфлюидизатора обеспечивает необходимый гранулометрический состав продукта.
Подачу подогретого воздуха в первую секцию виброфлюидизатора 20 по первой линии для досушивания продукта осуществляют вентилятором 22 через фильтр 21 и пластинчатый теплообменник 23.
Подачу охлаждающего воздуха во вторую секцию виброфлюидизатора 20 по второй линии для охлаждения продукта осуществляют вентилятором 26 через фильтр 25 и пластинчатый теплообменник охлаждения воздуха 27.
Отходящий из сушильной камеры 8 воздух через систему циклонов 13,14 через фильтр 15 вытяжным вентилятором 16 подается на выброс. При этом часть отходящего воздуха отбирается для предварительного подогрева воздуха в пластинчатом теплообменнике 11. Порошок, осевший в циклонах 13, 14, вентилятором пневмотранспорта 18 снова подается в виброфлюидизатор 20.
После завершения процесса сушки из виброфлюидизатора 20 охлажденный и классифицированный по гранулометрическому составу порошок поступает в бункер-охладитель готовой продукции 29.
За счет низкой температуры выходящего воздуха достигается КПД сушилки до 0,8.
Проведение сушки в четыре этапа позволяет гибко варьировать температуру на входе в сушилку в зависимости от исходного сырья.
Пример 2
Получение сухой молочной сыворотки осуществляли способом, описанным в Примере 1 с той лишь разницей, что в процессе деминерализации сырья (сыворотки) осуществляют изомеризацию лактозы в лактулозу в течение 70 мин. Деминерализацию и изомеризацию проводят при температуре сырья 45°C.
Пример 3
Получение сухой молочной сыворотки осуществляли способом, описанным в Примере 1 с той лишь разницей, что в процессе деминерализации сырья (сыворотки) осуществляют изомеризацию лактозы в лактулозу в течение 120 мин. Деминерализацию и изомеризацию проводят при температуре сырья 70°C.
Пример 4
Получение сухой молочной сыворотки осуществляли способом, описанным в Примере 1 с той лишь разницей, что в процессе деминерализации сырья (сыворотки) осуществляют изомеризацию лактозы в лактулозу в течение 120 мин. Деминерализацию и изомеризацию проводят при температуре сырья 15°C.
Пример 5
Получение сухой молочной сыворотки осуществляли способом, описанным в Примере 1 с той лишь разницей, что в процессе деминерализации сырья (сыворотки) осуществляют изомеризацию лактозы в лактулозу в течение 240 мин. Деминерализацию и изомеризацию проводят при температуре сырья 15°C.
Пример 6
Получение сухой молочной сыворотки осуществляли способом, описанным в Примере 1 с той лишь разницей, что в процессе деминерализации сырья (сыворотки) осуществляют изомеризацию лактозы в лактулозу в течение 120 мин. Деминерализацию и изомеризацию проводят при температуре сырья 50°C.
Пример 7
Получение сухой молочной сыворотки осуществляли способом, описанным в Примере 1 с той лишь разницей, что в процессе деминерализации сырья (сыворотки) осуществляют изомеризацию лактозы в лактулозу в течение 50 мин. Деминерализацию и изомеризацию проводят при температуре сырья 70°C.
Пример 8
Получение сухой молочной сыворотки осуществляли способом, описанным в Примере 1 с той лишь разницей, что в процессе деминерализации сырья (сыворотки) осуществляют изомеризацию лактозы в лактулозу в течение 40 мин. Деминерализацию и изомеризацию проводят при температуре сырья 75°C.
Пример 9
Получение сухой молочной сыворотки осуществляли способом, описанным в Примере 1 с той лишь разницей, что сушку концентрата сыворотки осуществляли в три этапа.
На первом этапе сыворотку из емкости для исходного раствора молочной сыворотки 1, поступившую со стадии кристаллизации с температурой 50°С, дозируют С расходом 600-800 кг/ч с содержанием сухих веществ 50-60% винтовым насосом 3 через фильтры 4 на распылительный диск сушильной камеры 8. Скорость вращения распылительного диска составляет 5000-15000 об/мин, предпочтительно 11000 -14000. Далее в верхнюю систему газораспределения сушильной камеры подают одну часть горячего воздуха. Для этого предварительно отфильтрованный на тканевом фильтре 9 и подогретый до температуры 160-230°С воздух нагнетательным вентилятором 10 подают в верхнюю систему газораспределения сушильной камеры 8 через регулирующий клапан 5. Воздух подогрет отходящими газами сушилки с использованием теплообменника 11 и нагревается в газовой печи 12.
Вторую часть горячего воздуха (2 этап сушки) через регулирующий клапан 6 подают на 2-ю систему распределения воздуха сушильной камеры 8, которая также выполняет роль так называемой воздушной метлы. 2-я система распределения воздуха создает эффект турбулизации потока воздуха.
Далее подсушенный порошок сыворотки из сушильной камеры 8 через дроссельный клапан 19 подают в виброфлюидизатор 20. В виброфлюидизатор 20 по первой линии подают подогретый воздух, а на стадии охлаждения порошка сыворотки в виброфлюидизаторе по второй линии в виброфлюидизатор 20 подают охлаждающий воздух для дополнительной сушки порошка сыворотки во взвешенном слое до остаточной влажности 4-2%. Вибросито виброфлюидизатора обеспечивает необходимый гранулометрический состав продукта.
Подачу подогретого воздуха в первую секцию виброфлюидизатора 20 по первой линии для досушивания продукта осуществляют вентилятором 22 через фильтр 21 и пластинчатый теплообменник 23.
Подачу охлаждающего воздуха во вторую секцию виброфлюидизатора 20 по второй линии для охлаждения продукта осуществляют вентилятором 26 через фильтр 25 и пластинчатый теплообменник охлаждения воздуха 27.
Отходящий из сушильной камеры 8 воздух через систему циклонов 13, 14 через фильтр 15 вытяжным вентилятором 16 подается на выброс. При этом часть отходящего воздуха отбирается для предварительного подогрева воздуха в пластинчатом теплообменнике 11. Порошок, осевший в циклонах 13, 14, вентилятором пневмотранспорта 18 снова подается в виброфлюидизатор 20.
После завершения процесса сушки из виброфлюидизатора 20 охлажденный и классифицированный по гранулометрическому составу порошок поступает в бункер-охладитель готовой продукции 29.
Пример 10
Для получения сухой молочной сыворотки осуществляют очистку 20-25 м3 молочной сыворотки от казеиновой пыли и/или жира при температуре поступающей сыворотки в диапазоне 5-15°С, после чего очищенную сыворотку пастеризуют, проводят нанофильтрацию или ультрафильтрацию (нанофильтрацию или ультрафильтрацию проводят общеизвестными способами при общеизвестных условиях (при 5-15°С) с регулированием температуры пермеата и ретентата с помощью теплообменников с целью непревышения 15°С) пастеризованной молочной сыворотки и подвергают сыворотку или ультрафильтрат деминерализации с использованием электродиализной установки, в которой установлена термостойкая мембрана с полимерной матрицей на основе полисульфонов. Деминерализацию сырья (сыворотки) проводят при температуре сырья 15-70°C, при этом, после достижения степени деминерализации значения СД=90% (когда степень деминерализации достигнет 90%; степень деминерализации определяют кондуктометрическим способом по электропроводности раствора по формуле СД=(Хн-Хк)/Хн*100, где Хн - начальная электропроводность раствора, Хк - конечная электропроводность раствора), завершали процесс деминерализации.
После этого, при температуре сырья 15-70°C проводят изомеризацию лактозы в лактулозу, для этого в емкость для сыворотки подают раствор гидроксида натрия с концентрацией от 1 до 3% в объеме, обеспечивающем повышение рН сыворотки до 11. После повышения рН в сырье начинает проходить процесс изомеризации лактозы в лактулозу. Для обеспечения протекания процесса изомеризации (и сохранения высокой скорости изомеризации) через каждые 2-5 мин осуществляют корректировку рН сырья с целью поддержания значения рН на уровне значения 11 (или 8-12). Изменение значения рН регулируется автоматически с помощью рН метра и клапана подачи раствора гидроксида натрия. Изомеризацию проводили в течение 100 мин, после чего корректировку рН сыворотки прекращали. Через 20 мин по достижении значения рН сыворотки 6,5,завершали процесс получения сыворотки.
Далее осуществляют сгущение продукта по общеизвестному методу на вакуум-выпарных установках до содержания в продукте сухих веществ (СВ) 40-60%, проводят кристаллизацию общеизвестными методами и сушку.
Сушку концентрата осуществляли в 4 этапа согласно Примеру 1.
Анализ результатов, полученных в примерах 1-10, показал, что для получения высоких потребительских свойств готового продукта (высокая растворимость продукта, улучшенные органолептические свойства) важно одновременное проведение процессов деминерализации и изомеризации при заявленных в изобретении температурно-временных условиях с проведением сушки продукта в четыре этапа в заявленных последовательности и условиях. При этом одновременное проведение процессов деминерализации и изомеризации при заявленных в изобретении температурно-временных условиях, вероятно, позволяет добиться получения продукта с оптимальным соотношением компонентов в нем, и сушка которого заявленным способом (в 4 этапа) приводит к получению продукта с высокими физико-химическими и органолептическими свойствами.
Исследования показали, что проведение процесса по примерам 1-4 (по настоящему способу) позволяет достичь более высокого качества продукта, чем по сравнительным примерам 5-10 за сопоставимое время проведения процесса (Таблица 1). Продукт, полученный по сравнительным примерам 5-10, отличается менее высоким качеством, что, вероятно, также вызвано ускоренным протеканием побочных реакций (в том числе, деструкции компонентов смеси, например, денатурации белка (в примере 8), обусловленным условиями проведения процесса, а также вызвано получением такого соотношения компонентов в продукте, при котором конечный продукт имеет низкие потребительские свойства.
Таблица 1
| № Примера | Индекс растворимости сырого осадка в воде (см3) | Вкус | Запах | Цвет |
| 1 | 0,10 | Остаточно-молочный, кисло-сладковатый | Чистый, слегка молочный | Белый |
| 2 | 0,30 | Остаточно-молочный, кисло-сладковатый | Чистый, слегка молочный | Молочный |
| 3 | 0,12 | Остаточно-молочный, кисло-сладковатый | Чистый, слегка молочный | Светло-молочный |
| 4 | 0,10 | Остаточно-молочный, кисло-сладковатый | Чистый, слегка молочный | Молочный |
| 5 | 0,65 | Горький кисломолочный | Кислый, слегка молочный | Желтый |
| 6 | 0,60 | Горьковатый, кисломолочный, с грубым привкусом | Кислый, слегка молочный | Светло- желтый |
| 7 | 0,63 | Горьковатый, кисломолочный, с грубым привкусом | Кислый, слегка молочный | Светло- желтый |
| 8 | 0,71 | Горький кисломолочный грубый привкус | Кислый, слегка молочный | Желтый |
| 9 | 0,75 | Горький кисломолочный грубый привкус | Кислый, слегка молочный | Желтый |
| 10 | 0,5 | Горький кисломолочный грубый привкус | Кислый, слегка молочный | Светло-желтый |
Таким образом, полученная в результате сушки в четыре этапа сухая молочная сыворотка отличается высокими органолептическими свойствами (хорошими вкусовыми качествами, цвет порошка сыворотки от белого до молочного, с низким содержанием минеральных солей (зольность около 1% по сухому продукту) и физико-химическими характеристиками (высокой растворимостью в воде), что обеспечивает ее широкое применение в готовой молочной продукции, в том числе, в продуктах детского питания.
Кроме того, система, обеспечивающая сушку в 4 этапа, является более экономичной в плане потребления энергоресурсов по сравнению с известными системами.
Кроме того, установка сушки может быть оснащена системой дозирования компонентов в бункер готовой продукции. Таким образом, при производстве адаптивных молочных смесей возможно внесение в готовый продукт L-аминокислот, таурина, нуклеотидов, пребиотиков, бифидобактерий и прочих пробиотиков, а также рыбьего жира и концентратов полиненасыщенных жирных кислот.
1. Способ получения сухой молочной сыворотки, включающий последовательное проведение очистки молочной сыворотки от казеиновой пыли и/или жира, пастеризации, нанофильтрации или ультрафильтрации молочной сыворотки, деминерализации молочной сыворотки или ультрафильтрата при температуре 15-70°C, сгущение концентрата до содержания сухих веществ 40-60%, кристаллизацию и сушку, отличающийся тем, что в процессе деминерализации осуществляют изомеризацию лактозы в лактулозу при pH 10±2 и температуре 15-70°C в течение 30-120 мин, причем корректировку рН сыворотки осуществляют вводом щелочного агента, деминерализацию осуществляют до достижения рН 6,49-6,54 сыворотки и степени деминерализации (СД) 90%,
а сушку концентрата проводят в несколько этапов, на которых
концентрат сыворотки дозируют в сушильную камеру на распылительный диск и подают одну часть подогретого до 160-230°С горячего воздуха в верхнюю систему газораспределения сушильной камеры;
вторую часть горячего воздуха подают в систему распределения воздуха, создающую эффект турбулизации потока воздуха;
а третью часть горячего воздуха подают в систему распределения воздуха, создающую взвешенный слой сыворотки в конусе сушилки;
направляют подсушенную сыворотку в виброфлюидизатор,
в который по одной линии подают подогретый воздух,
а по второй подают охлаждающий воздух для сушки порошка сыворотки во взвешенном слое до остаточной влажности 4-2%;
из виброфлюидизатора порошок подают в бункер-охладитель готовой продукции.
2. Способ получения сухой молочной сыворотки по п.1, характеризующийся тем, что деминерализацию осуществляют методом электродиализа.
