2 Центробежные методы обработки

Неосветленная молочная 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.

Суспензию можно разделить путем самопроизвольного или управляемого отстоя, фильтрацией через перегородку, проницаемую для дисперсионной среды, а также в центрифугах, сепараторах или циклонах.

Метод отстоя. 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.

Недостатки способа отстоя. Удаляется только 80 – 85 % скоагулировавшегося сывороточного белка (недостаточная очистка сыворотки); с осадком теряется 10 – 15 % сыворотки; процесс длителен, емкости для отстоя занимают до 50 % площади производственных цехов. Метод отстоя можно рекомендовать только для предварительного выделения белковых хлопьев.

Фильтрация. При фильтровании предварительно отстоявшейся сыворотки через фильтровальную ткань типа бельтинг с намывом слоя тонкоразмолотого диатомита (наполнитель) получают прозрачный фильтрат с содержанием не более 100 мг взвешенного осадка в 100 мл. Отделение белков из сыворотки без предварительного отстоя и наполнителей (жесткий каркас) малоэффективно. Для фильтрации используют рамные фильтр-прессы. 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).

Центробежные методы (сепарирование, центрифугирование) используются для выделения из молочной сыворотки жира, казеиновой пыли, скоагулированных сывороточных белков, отделения кристаллов молочного сахара, и некоторых других технологических процессов.

Сепарирование. Сепарирование молочной сыворотки используют на двух этапах её промышленной переработки:

1 - для выделения молочного жира и казеиновой пыли (обезжиривание)

2 - для отделения скоагулированных сывороточных белков (осветление).

Молочный жир и сывороточные белки являются одними из важных в энергетическом и биологическом отношениях компонентов молочной сыворотки. Их извлекают и используют, прежде всего, для пищевых целей. Кроме того, в некоторых технологических процессах промышленной переработки молочной сыворотки удаление жира и белков необходимо для обеспечения качества получаемого продукта (производство напитков, молочного сахара).

На практике молочная сыворотка, получаемая при производстве натуральных сыров и жирного творога, подвергается обязательному сепарированию, а при получении молочного сахара – очистке от сывороточных белков.

В процессе сепарирования выделяют жировые шарики диаметром выше 1 мкм и частицы казеина эквивалентным диаметром 12 мкм. Казеиновую пыль можно извлекать из сыворотки отстоем, фильтрацией и центрифугированием. Для извлечения казеиновой пыли отстоем сыворотку выдерживают в резервуарах в течение 2 – 3 ч, затем верхний слой сливают.

Недостатки способа: требуются специальные резервуары, он длителен по времени, изменяются состав и свойства сыворотки в результате брожения, снижается качество казеиновой пыли.

Удаление казеиновой пыли фильтрацией затруднительно, так как частицы забивают поры фильтров и трудно отделяются от фильтровальной ткани.

Наиболее эффективный способ удаления казеиновой пыли – центробежный с использованием саморазгружающихся сепараторов.

Для выделения жира из сыворотки применяют только центробежный способ – сепарирование. Качество его улучшается с повышением температуры.

Из сыворотки жир извлекается труднее, чем из молока, что обусловлено высокой дисперсностью жировых шариков и наличием казеиновой пыли. Только при хорошо организованном процессе сепарирования можно достичь в обезжиренной сыворотке остатка жира 0,05 %. Обычно в большинстве случаев содержание остатка жира составляет 0,1 %. Молочный жир выделяется из сыворотки в виде сливок, называемых подсырными.

Молочную сыворотку, как правило, сепарируют при 35 – 40°С непосредственно после удаления ее из сыроизготовителя, то есть без предварительного подогревания. Допускается хранение подсырной сыворотки перед сепарированием не более 24 ч при температуре 8 – 10°С. В этом случае перед сепарированием сыворотку вновь рекомендуется подогреть до 35 – 40°С. Творожную сыворотку хранить не рекомендуется. Сливки, полученные в результате сепарирования, немедленно охлаждают до температуры 3 – 5°С.

Для выделения из молочной сыворотки жира и казеиновой пыли используют специальные сепараторы комбинированного типа. Барабан такого сепаратора имеет два пакета тарелок: осветлительный и разделительный, между которыми устанавливается межсекционная разделительная тарелка. Такие сепараторы выполняются с центробежной периодической выгрузкой осадка, чтобы обеспечить возможность дальнейшей переработки получаемого казеинового осадка.

Саморазгружающиеся сепараторы-сливкоотделители для молока также могут применяться для обезжиривания сыворотки, но их производительность в этом случае должна быть снижена на 15 – 20 %.

Применение сепараторов-сливкоотделителей с ручной периодической выгрузкой осадка для выделения из молочной сыворотки жира и казеиновой пыли нецелесообразно, т.к. продолжительность непрерывной работы сепаратора не превышает 0,5 часа из-за быстрого заполнения шламового пространства барабана осадком и дальнейшее употребление казеинового осадка в этом случае проблематично.

Центрифугирование. Средняя величина разделяемости суспензии "сыворотка -хлопья белка" при кислотно-щелочном способе коагуляции белка и температуре центрифугирования 85 – 90 °С составляет 0,10*10^-6 усл. ед.; при безреагентном (сгущенная в 5 раз сыворотка) - 0,47*10^-6  –  0,18*10^-7 усл. ед.

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. Разделение рекомендуется проводить при температуре сыворотки 40 – 60°С. Полученную белковую массу необходимо немедленно охладить или направить на переработку. В настоящее время для очистки сыворотки от хлопьев скоагулировавшего белка выпускают специальный саморазгружающийся сепаратор марки Ж5-ОТС.