Мембранные методы разделения и концентрирования молока
К мембранным методам разделения и концентрирования молока относятся ультрафильтрация, обратный осмос и электродиализ.
Ультрафильтрация – это процесс фильтрации под давлением с помощью полупроницаемых мембран, изготовляемых на основе синтетических полимерных (ацетат целлюлозы, полиамид, полисульфон) и керамических материалов.
Для ультрафильтрации применяют мембраны с порами размером 50–100 нм. Такие мембраны задерживают молекулы с размерами большими, чем размеры пор, и пропускают мелкие молекулы. Схема распределения молекул при ультрафильтрации показана на рис. . При ультрафильтрации приходится преодолевать осмотическое давление разделяемого раствора, так как растворитель переносится в направлении, противоположном возрастанию концентрации растворенного вещества, задерживаемого фильтром, поэтому ультрафильтрация проводится под давлением 0,1–0,5 МПа.
В молочной промышленности ультрафильтрацию используют для выделения белков из молока или молочной сыворотки. В процессе ультрафильтрации сыворотка под давлением движется между полупроницаемыми мембранами. Часть сыворотки (фильтрат) проходит через мембраны, оставляя при этом на фильтре сывороточные белки. Полученный фильтрат состоит в основном из воды, лактозы, минеральных солей. Другая часть сыворотки (концентрат) проходит между мембранами, унося при этом и выделившиеся белки. Таким образом, концентрат включает все сывороточные белки и ту часть воды, лактозы и минеральных солей, которая не прошла через мембраны. Отношение объемов концентрата и сыворотки, поступившей на ультрафильтрацию, составляет обычно 1 : 5.
Обратный осмос – это разделение растворов через полупроницаемые мембраны с порами размером менее 50 нм при давлении 1–10 МПа. При обратном осмосе через мембраны проходит только вода, а все остальные части молочного сырья задерживаются мембраной. Происходит концентрирование молочного сырья.
Электродиализ – это перенос ионов из одного раствора в другой, который осуществляется через мембрану, под действием электрического поля, создаваемого электродами, расположенными по обе стороны мембраны. Электродиализу подвержены только те вещества, которые при растворении диссоциируют на ионы или образуют заряженные комплексы. Электронейтральные вещества, например лактоза, сахароза, молекулы которых при растворении не несут какого-либо заряда, в электродиализном процессе не участвуют.
В молочной промышленности электродиализной обработке подвергают молочную сыворотку с целью ее деминерализации. В молочной сыворотке, кроме белков и лактозы, содержится повышенное количество минеральных солей, что затрудняет ее переработку на продукты питания, особенно для детей. Освобождение сыворотки от минеральных солей при помощи электродиализа в 8–10 раз дешевле, чем при использовании для этой цели ионообменных смол.
Достижения в технологии фракционирования и модификации компонентов молока путем ультрафильтрации, электродиализа, обратного осмоса обусловили более широкое применение молочных ингредиентов в различных отраслях промышленности (хлебопекарной, кондитерской, мясной). Применение мембранных процессов в молочной промышленности привело к созданию малоотходного производства, позволяющего повысить эффективность использования сырья на пищевые цели. В результате применения мембранных процессов все сухие вещества молока оказываются полностью переработанными в полноценные продукты питания. Это позволяет увеличить выработку товарной продукции из единицы сырья и снизить ее себестоимость. Продукты ультрафильтрации нашли применение в производстве молочных напитков, сыров и творога. Внедрение ультрафильтрации на сыродельных заводах позволяет увеличить выход сыров на 15–20 % за счет использования сывороточных белков концентрата сыворотки, сократить расход сычужного фермента на 75–80%, а также частично решить проблему очистки сточных вод.
Успешно применяется ультрафильтрация для концентрации сывороточных белков творожной сыворотки. Сывороточно-белковые концентраты и фильтраты используют при выработке традиционных и новых видов продуктов питания, отличающихся повышенной биологической ценностью, в частности при производстве продуктов диетического, лечебного и детского питания.