EnglishGermanItalianRussian

молоко ультрафильтрацияУльтрафильтрация представляет собой процесс сепарирования на молекулярном уровне. Мембрана Ультрафильтрации пропускает воду, растворенные соли, лактозу и кислоты, так что содержание этих веществ, в процессе концентрации будет оставаться приблизительно на одном и том же уровне по обе стороны мембраны. Мембрана ультрафильтрации задерживает белки, жиры и бактерии, и поэтому только они концентрируются в ретентате. Диафильтрация применяется, когда требуется получить высокое относительное содержание белка в КСБ или КМБ. При диафильтрации в процесс дополнительно вводится вода, при этом понижается относительная концентрация растворённых солей и лактозы и повышается относительная концентрация белка в конечном концентрате.

Процессы ультра и микрофильтрации можно рассматривать как одни из самых нужных и интересных процессов, с точки зрения производства новых натуральных ингредиентов, для молочных и иных пищевых отраслей. Применение этих процессов в производстве молочных продуктов, приносит большой экономический и качественный эффект, сохраняя при этом нативность пищевых ингредиентов. Микрофильтрацию можно рассматривать как один из видов ультрафильтрации, т.к. не существует четких границ по размеру частиц, сепарируемых этими методами.

Наша компания, производит широкий ряд установок микро и ультрафильтрации, для переработки молока, молочных продуктов и сыворотки, а так же для селективного концентрирования и извлечения высокомолекулярных компонентов из различных биологических жидкостей (соки, вина, пиво, рассолы, гидролизаты, сиропы).

Установка MES UF Milk работает по принципу фильтрации в перекрёстном потоке с применением спиральных мембран ультрафильтрации. Мембрана разделяет входящий поток на два: ретентат (концентрат) и пермиат (фильтрат). Установки ультрафильтрации, предназначены для непрерывной концентрации сыворотки или молока перед последующей переработкой. Как правило, применяются для производства концентрата сывороточного белка (КСБ) или концентрата молочного белка (КМБ). Нормализация молока по белку для производства сыра и творога также является одной из основных функций установки MES UF Milk.

Ознакомимся вкратце, с возможностями микро и ультрафильтрации, применительно к производству молочных продуктов.

Снижение количества микроорганизмов

  • Питьевое молоко длительного хранения

Микрофильтрация широко применяется для производства пастеризованного молока высокого качества и молока длительного хранения. По сравнению с традиционной тепловой обработкой, где микроорганизмы инактивируются, а химический состав молока меняется, микрофильтрация физически удаляет из молока бактерии, споры, мертвые клетки и разнообразные примеси, не оставляя практически никаких микроорганизмов и не вызывая нежелательных изменений в химическом составе молока.

При микрофильтрации цельного молока, задерживается 90-98% жира, при этом жировые частицы забивают поры и сильно снижают производительность мембран. Поэтому перед микрофильтрацией необходимо удалить жир из молока на сепараторе сливкоотделителе. После обезжиривания молоко направляется на микрофильтрацию и разделяется при факторе концентрирования 20 раз на концентрат и пермеат. В пермеате, который непрерывно отводится из установки, концентрация бактерий снижается на 99,8 % при использовании керамической мембраны с номинальным размером пор 0,8 мкм. В концентрате, содержание бактерий также может снижаться в десятки раз за счет того, что концентрат в отличие от пермеата находится длительное время (3-4 часа) в циркуляционном контуре при температуре около 500С. Сливки и концентрат от микрофильтрации смешиваются и затем подвергаются «жесткой» пастеризации при возможно более высокой температуре. После этого пермеат смешивается в требуемых пропорциях со сливками и концентратом, для получения стандартизованного по белку и жиру молока, и подвергается обычной пастеризации.

  • Молоко для сыроделия

Микрофильтрация может улучшить качество молока для сыроделия. Природное содержание анаэробных спор в молоке, таких как клостридии, которые могут выжить при обычной пастеризации и вызвать нежелательное образование газа в сыре, снижается при помощи микрофильтрации. Более того, микрофильтрация позволяет избежать или значительно снизить использование обычных ингибиторов (например, нитратов), тем самым обеспечив производство молока и сыворотки без консервантов.

  • Сухое молоко и сыворотка

Микрофильтрация может значительно улучшить качество сухого молока и сыворотки посредством уменьшения количества бактерий и спор. Как следствие, тепловая обработка может быть сведена к минимуму, что, помимо всего прочего, способствует сохранению функциональных свойств сывороточных белков в сухом продукте.

  • Санация сырного рассола

Очистка сырного рассолаХимическое и микробиологическое качество сырного рассола, используемого для посолки сыра, значительно влияет на качество сыров. Рассол может содержать нежелательные микроорганизмы, и поэтому он традиционно подвергается разным типам обработки, таким как тепловая обработка, кизельгуровая фильтрация, обработка ультрафиолетом или даже добавление консервантов. Микрофильтрация может легко заменить любой из этих процессов, предотвращая нежелательные последствия.

Очистка сырного рассола таблица

Фракционирование молочных белков

  • Нормализация казеина в сырном молоке

Что касается контроля и качества технологического процесса, то постоянное и стабильное производство является одной из самых важных составляющих для любого сыродела. Применение микрофильтрации позволяет фракционировать казеин и сывороточные белки, и тем самым нормализовать концентрацию казеина в молоке для достижения правильного соотношения между казеином и жирами в молоке.

  • Производство казеина

С помощью микрофильтрации можно разделять молочный белок на казеин и сывороточный белок. Фракционированный казеин может использоваться в производстве высококачественного казеина и казеината, или в производстве специальных молочных продуктов, обогащенных казеином. Побочный продукт фракционирования – пермеат -содержит сывороточные белки в их природной форме, не подвергшиеся тепловой обработке, воздействию ферментов (сычужный фермент) или бактерий (стартовая культура). Этот побочный продукт идеален для производства высококачественного жидкого стабилизатора, концентрата сывороточных белков (КСБ), а также изолятов сывороточных белков (ИСБ).

Применение керамических мембран с размером пор 0.2 мкм позволяет выделить 95% казеинового белка, из обезжиренного молока в нативном состоянии. После концентрирования в 5-6 раз по объему концентрированный раствор, содержащий 15,4% казеина, подается на сушку. Например, из 5 тонн обезжиренного молока получается 0,8 — 1 тонна сгущенного продукта, из которого после сушки получится около 190 — 230 кг сухого белка-казеина 70%-ной чистоты. Можно повысить содержание белка в сухом продукте, применяя диафильтрацию.

Удаление молочного жира

  • Изоляты белка

В производстве изолятов белка, таких как изоляты молочного или сывороточного белка, где содержание белка составляет более 90% в сухом остатке, содержание жиров является лимитирующим фактором. Молочный жир концентрируется до высокого уровня, и для достижения заданной концентрации белка требуется удаление молочных жиров. Микрофильтрация – идеальное решение для выполнения этой задачи.

Концентрация белка

  • Молоко для производства сыра

В традиционном производстве сыра ультрафильтрация может быть использована для предварительной концентрации сырного молока. В этом случае, содержание белка в молоке растет, что способствует оптимизации использования оборудования для производства сыра и повышает выход продукта. Побочный продукт процесса ультрафильтрации – пермеат – идеально подходит для нормализации содержания белка в других продуктах, например, сухом обезжиренном молоке.

Предварительное концентрирование молока путем ультрафильтрации, увеличивает массовую долю сухих веществ, в среднем с 12,5% до 16% и позволяет удвоить производительность последующих стадий. При концентрировании цельного молока в 2 раза в технологическую цепочку включается только установка ультрафильтрации, а основные операции производства сыра осуществляются по общепринятой технологии.

При дальнейшем концентрировании молока до фактора концентрирования 3-5 (до 40% СВ) для получения и обработки белкового сгустка, уже требуется специальное оборудование.

Один из известных способов получения сгустка из молочного концентрата, заключается в следующем. Цельное молоко, после пастеризации, подкисляют соляной кислотой до рН 5,8, для того, чтобы не происходило отложение солей кальция на мембранах. Проводят ультрафильтрацию подкисленного молока, до фактора концентрирования 2,5. Затем проводят процесс диафильтрации, для уменьшения содержания лактозы и доводят фактор концентрирования до 5. В концентрат добавляют бактериальную закваску и выдерживают при 250С, до достижения рН 5,1 – 5,2. Концентрат разливают в формы, в которые подается раствор молоко-свертывающего фермента. Готовый сгусток разрезают и отваривают в фильтрате или воде, снижая содержание влаги до 43 %.

Использование ультрафильтрации молока повышает выход сыра, например, в производстве сыра Фета расход молока сокращается с 8,5 до 6,5 кг/кг сыра. Кроме того, ультрафильтрационное концентрирование позволяет сократить расход молоко-свертывающего фермента и бактериальной закваски на 30-60%, уменьшить время созревания сыра и продолжительность технологического процесса, а также автоматизировать процесс производства и контроля.

  • Молоко для производства творога

При классическом производстве творога, обязательным побочным продуктом является сыворотка. С применением мембранных технологий а именно ультрафильтрации, можно заметно увеличить выход и интенсифицировать процесс получения творожного сгустка. Цельное молоко концентрируют на установках ультрафильтрации в 5-6 раз по объему, после чего концентрированное, обогащенное белком молоко пастеризуют и охлаждают до 300С, и сквашивают до рН = 4,8.   Из концентратов с фактором концентрирования 5 выход творога составляет 100 %, т.е. отстоя сыворотки отсутствует. Полученный творог имеет очень плотную консистенцию приятную на вкус и внешний вид

  • Концентрат молочного белка

Ультрафильтрация обычно используется для производства концентрата молочного белка (КМБ), где может привести к повышению содержания белка в сухом остатке. Побочный продукт процесса ультрафильтрации – пермеат – идеально подходит для нормализации содержания белка в других продуктах, например, сухом обезжиренном молоке.

  • Концентрат сывороточного белка (WPC, КСБ)

Концентрат сывороточного белка – результат использования ультрафильтрации на разных типах сыворотки (сладкая, кислая, казеиновая) или разных типах пермеатов после микрофильтрации молока. В зависимости от требуемого уровня концентрации белка могут применяться разные технологии ультрафильтрации (например, разведение водой, т.н. диафильтрация). Конечный состав сывороточного белка зависит от нескольких факторов, таких как исходный состав сыворотки, уровень концентрации, тип мембран и параметры процесса. Побочный продукт – пермеат – как правило, содержит лактозу и может быть использован в дальнейших процессах.

Схема получения концентрата сывороточных белков

Получение концентратов с содержанием белка 30 % WPC (КСБ).

Для достижения концентрации белка в сухом продукте 30 % WPC необходимо сконцентрировать исходную сыворотку в 6 – 8 раз по объему. В жидком концентрате содержание белка составит около 3,6 % при общем содержании сухих веществ 11,4 %.

Получение концентратов с содержанием белка 80 % WPC (КСБ).

Для получения 80 % WPC (содержания белка 80-81 % в сухом продукте) потребуется центробежный сепаратор для отделения жира и казеиновой крошки. Содержания жира в сыворотке после сепарирования будет около 0,05 %. После концентрирования такой сыворотки в 40 раз по объему и применения диафильтрации для уменьшения концентрации лактозы и солей содержание белка в жидком концентрате составит 19,1 % при общем содержании сухих веществ 22,8 %. В этом случае после сушки содержание белка составит WPC 80-81 %.

Получение концентратов с содержанием белка 85-90 % WPC (КСБ).

Для достижения содержания белка 85 % и более в сухом продукте, необходимо удалить полностью жир из сыворотки, то есть его содержание должно быть менее 0,001 %. Удалить полностью жир из сыворотки возможно только путем микрофильтрации на керамических мембранах с размером пор 0,2 мкм.

Обезжиренная сыворотка должна быть сконцентрирована в 45 раз по объему, при этом в процессе концентрирования необходимо добавлять воду для вымывания лактозы. Содержание протеина в жидком концентрате составит 13,3 % при общем содержании сухих веществ 15,1 %. В этом случае после сушки содержание белка составит WPC 85-90 %.

Нормализация белка

  • Молоко

Ультрафильтрация может быть использована для нормализации и повышения уровня содержания белка в молоке без использования добавок, таких как сухое молоко. Молоко, обогащенное белком, имеет улучшенный вкус и более полезно для здоровья, а также идеально для производства кисломолочных продуктов (йогурт, кефир, сметана). Для оптимизации использования белка пермеат после ультрафильтрации может быть направлен на снижение содержания белка в молоке.

  • Молоко для сыроделия

Фактор сезонности и породы коров оказывают существенное влияние на поддержание постоянного уровня белка в молоке. Нормализация белка с помощью ультрафильтрации может исключить фактор сезонности уровня белка, обеспечив тем самым однородный процесс производства сыра и оптимизацию в использовании оборудования.

Декальцификация (удаление кальция)

Ультрафильтрация может быть использована в качестве основной установки для сепарации в установке декальцификации для удаления кальция из подсгущенного на установке обратного осмоса или предпочтительнее установке нанофильтрации пермеата для производства лактозы. Поскольку фосфат кальция нерастворим, он легко удаляется при помощи технологии УФ, следующей за процессом термального осаждения. Применение этой технологии будет гарантировать получение высококачественной лактозы, где уменьшение содержания кальция фосфата приведет к большему выходу лактозы и меньшему количеству минеральных солей в конечном продукте, а также уменьшит время работы выпарного аппарата. В зависимости от уровня концентрации на УФ, кальций может быть очищен до натурального фосфата кальция, если это требуется.

Свежие сыры

  • Белый сыр

Ультрафильтрация широко используется в производстве белых сыров, где цельное молоко концентрируется до 34,4% сухих веществ, при помощи ультрафильтрации. Ретентат (концентрат) после ультрафильтрации пастеризуется и смешивается со стартовой культурой, сычужным ферментом, и фасуется непосредственно в упаковку, где начинается процесс производства сыра. Процесс очень простой, выход сыра увеличивается на 20% по сравнении с традиционным процессом.

  • Кисломолочные продукты

Кисломолочные продукты – термин, который употребляется в качестве общего знаменателя для таких продуктов как творог, зерненый творог, мягкий сыр, сливочный сыр и другие. Включение ультрафильтрации в процесс производства сыра позволяет производить корректировку конечного продукта для достижения заданной комбинации по консистенции, структуре и вкусовым качествам сыра. Нормализация уровня белка для производства данных типов продуктов ведет к увеличению выхода продукта и уменьшению количества кислой сыворотки.

Удаление лактозы

  • Молоко без лактозы

В производстве молока без лактозы ультрафильтрация играет важную роль для получения вкуса, аналогичного свежему молоку. Перед тем как молоко подвергается гидролизу, большая часть лактозы удаляется при помощи ультрафильтрации.

Мембранные модули ультрафильтрации