Проведенные эксперименты показали, что мембранные элементы компании ЗАО «РМ Нанотех» серии NanoUF и NanoNF могут быть успешно использованы в молочной промышленности для концентрирования белков и лактозы из молочной сыворотки. Использование нанофильтрации позволяет более чем в три раза сконцентрировать сыворотку. Двухступенчатая схема позволяет выделить белок на первой стадии и лактозу на второй. Кроме того эта схема позволяет использовать мембранные (электродиализ) или ионообменные методы удаления молочной кислоты перед стадией нанофильтрации.
Опыт применения ультра- и нанофильтрационных мембранных элементов для концентрирования молочной сыворотки
1. ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ УЛЬТРА- И
НАНОФИЛЬТРАЦИОННЫХ
МЕМБРАННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ
КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ МОЛОЧНОЙ
СЫВОРОТКИ.
А.Р.Сидоров , С.Ю. Ларионов,
В.Г.Дзюбенко
ЗАО «РМ Нанотех», г. Владимир
ЗАО «НПК Медиана-Фильтр»
2. Состояние проблемы
• Сыворотка является большой экологической
проблемой молочного производства из-за большой
биологической потребности в кислороде для ее
утилизации. В исходной форме из-за малой
концентрации она почти не имеет ценности, но
компоненты сыворотки применимы в качестве добавок
в продукты питания, корма для животных и как
промышленное сырье для других отраслей.
Компоненты сыворотки могут быть сгущены и
фракционированы с помощью мембранных
технологий. За счет этого отходы производства
превращаются в ценный продукт для рынка.
3. Состояние проблемы
• На 1 т сыра или творога приходится 9 т сыворотки.
• В среднем на одном молокозаводе образуется около 100
тон сыворотки в сутки.
• При производстве сыра и творога в России в год
образуется более 5 млн тон сыворотки. Используется
только 20%.
• Около 200 тысяч тон в пересчете на сухую сыворотку
сбрасывается ежегодно в качестве отхода.
• Более 70 тысяч тон в год сухой сыворотки
импортируется.
4. Процессы мембранного
разделения
• Для концентрирования сывороточного белка
(частицы массой 10 кДа и выше) обычно применяют
ультрафильтрацию
• Нанофильтрация (граница разделения 200 Да)
используется для концентрирования белков и
лактозы.
• С помощью обратного осмоса можно
сконцентрировать все компоненты сыворотки. В
результате получается прозрачная обессоленная
вода.
7. Состав молочной сыворотки
Показатель Нормы для сыворотки
подсырной творожной казеиновой
Плотность, кг/м3, не менее 1023 1023 1023
Кислотность, 0Т, не более 20 75 70
Массовая доля сухих веществ, %, не менее 4 4 4
В том числе:
лактозы, %, не менее
жира, %, не более
4,0
0,1
3,5
0,2
3,5
0,1
8. Особенности молочной сыворотки
• График зависимости плотности и динамической вязкости молочной
сыворотки от температуры*
• *Исследование плотности и вязкости натуральной молочной сыворотки. Шаманаева Е.А., Огурцов Н.А.
9. Схема установки
Для проверки свойств элементов была использована пилотная установка
в составе которой входил:
1. Входной насос
2. Корпус для размещения мембранного элемента
3. Два манометра (на входе и выходе)
4. Два ротаметра для определения расхода фильтрата и концентрата
5. Датчик электропроводности
6. Датчик температуры.
7. Теплообменник
8. рН-метр
10. Исходные данные
Для экспериментов использовались 300 л свежей творожной
сыворотки Дмитровского молочного завода. Содержание сухих
веществ в сыворотке составляло около 4%, из них – 3,5%-
лактоза, и 0,3%- белок, 0,2 % - минеральные соли.
Для проведения экспериментов были выбраны:
• мембранный элемент NanoUF4040-20 с отсечкой белков с
молекулярным весом около 20 кДальтон
• нанофильтрационный мембранный элемент типа NanoNF4040 с
отсечкой белков с молекулярным весом около 200 Дальтон
11. Режим работы
Qпермеата (л/ч) Pвх. (бар) Т (град) СИП (%)
УФ 150 5 23-38 7
НФ 140 18-27 26-31 10
НФ (после УФ) 150 14-17 26-38 13
СИП- степень извлечения пермеата
12. Удельная проницаемость ультрафильтрационной мембраны
при 40С
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
1,00 1,25 1,75 2,25
Anorm40
К
А
А- удельная проницаемость мембраны , л/(час*м2*бар)
К- степень концентрирования
15. Выводы
• Проведенные эксперименты показали, что мембранные
элементы компании ЗАО «РМ Нанотех» серии NanoUF и
NanoNF могут быть успешно использованы в молочной
промышленности для концентрирования белков и лактозы из
молочной сыворотки.
• Использование нанофильтрации позволяет более чем в три раза
сконцентрировать сыворотку
• Двухступенчатая схема позволяет выделить белок на первой
стадии и лактозу на второй. Кроме того эта схема позволяет
использовать мембранные (электродиализ) или ионообменные
методы удаления молочной кислоты перед стадией
нанофильтрации.
16. Применение 1
Для маленьких объемов сыворотки (10-50 т/сутки) рентабельно
только производство концентрата для корма животных. Для этого
сыворотку обезвоживают обратным осмосом или
нанофильтрацией.
Применять концентрат можно прямо на месте производства:
• с содержанием сухих веществ
12 % для выпойки свиней и
15 % -для выпойки телят.
• Концентрат с 18 % сухих веществ можно транспортировать для
дальнейшей переработки (сушки).
17. Применение 2
Использование белка, полученного из сыворотки с помощью
ультра –или нанофильтрации, позволяет увеличить выход:
• Творога на 30-35%
• Мягких сыров –на 15-25 %
• Твердых сыров на 10-15%
18. Применение 3
• Чистую лактозу после высушивания применяют в хлебопечении,
для производства продуктов детского питания, напитков, как
компонент лекарств в таблетках.
• Гидролиз лактозы приводит к образованию лактулозы, позволяет
удвоить сладость лактозы.
• При низком уровне гигиены переработки и без деминерализации
сыворотку можно использовать на корм животным или,
подвергнув ферментации, получить кормовые дрожжи,
биоэтанол, биогаз, молочную кислоту, пенициллин, стартовые
культуры и пр.