УДК 637.074

Кручинин А.Г., Агаркова Е.Ю., Рязанцева К.А.

Основными преимуществами баромембранных методов при производстве творожных продуктов перед традиционными и сепараторными методами являются: возможность фракционирования и концентрирования всех составных частей сырья при максимальном сохранении их пищевой и биологической ценности (как следствие повышается выход конечного продукта). Помимо вышесказанного, высокая автоматизация процесса позволяет снизить степень влияния человеческого фактора на выпуск продукции, а закрытость технологического процесса позволяет снизить до минимума риск повторного микробиологического обсеменения [1,3].

Учитывая все перечисленные преимущества баромембранных методов, авторским коллективом было решено изучить возможность использования процесса ультрафильтрации для концентрирования молочно-растительного калье, полученного с использованием нативных и гидролизованных молочных белков, а также изолированных соевых белков.

Известен тот факт, что на эффективность процесса ультрафильтрации калье влияет множество факторов: кислотность, физико-химические, структурно-механические свойства концентрируемой смеси, температура процесса, характеристические особенности мембраны, задаваемый фактор концентрирования и другие. Перечисленные факторы оказывают большое влияние на скорость фильтрации ультрафильтрационной установки, выход конечного продукта, потери компонентов, переходящих в пермеат, и эффективность процесса в целом [2,4,5].

Был проведен ряд экспериментов по выявлению зависимости производительности ультрафильтрационной установки от температуры и видового состава используемой заквасочной культуры (активная кислотность 4,7 ед. рН, массовая доля закваски 5%). Для проведения эксперимента была использована подобранная ранее закваска ЛТт-1 (Lactococcuslactissubsp. lactis, Lactococcuslactissubsp. cremoris, Lactococcuslactissubsp. lactisbiovardiacetylactis штаммы 79₁₀;79₁₃;79₅), а также в сравнительном аспекте рассмотрены заквасочные культуры ЛТт-к (Lactococcuslactissubsp. lactis, Lactococcuslactissubsp. cremoris, Streptococcusthermophilusштаммы 439 и 11КС) и ЛТт-4 (Streptococcusthermophilus, Lactococcuslactisssp. сremoris, Lactococcuslactisssp. lactis, Lactococcuslactisssp. lactisbiovardiacetylactis штаммы 43₉ и 11N). Экспериментальные данные представлены на рисунке 1.

Рис. 1. Влияние температуры на скорость фильтрации

Анализ результатов проведенных исследований показал, что температура обрабатываемого сгустка в процессе ультрафильтрации является наиболее существенным фактором, вне зависимости от видового состава используемой закваски. Установлено, что рациональной температурой ультрафильтрации является t = (50±5) ºС. Данный факт, вероятнее всего, связан с понижением эффективной вязкости молочно-растительного белкового сгустка, совокупно с увеличением его скорости движения по каналам мембранного аппарата.

В серии проведенных экспериментальных исследований было также установлено, что наиболее эффективным (по обеспечению удельной скорости фильтрации) является использование закваски ЛТт-1. В случае использования данной закваски максимальная производительность ультрафильтрационной мембраны наблюдается при температуре ультрафильтрации (50±5) ºС и находится на уровне 111,2 дм³/м²ч. Следует отметить, что как понижение, так и повышение температуры процесса на 10 ºС приводит к снижению производительности УФ-установки на 14,8% и 22,3% соответственно.

При заквашивании смеси контрольным образцом закваски ЛТт-к наивысшая производительность УФ-установки наблюдется при температуре процесса (55±5) ºС. Данный температурный сдвиг вероятнее всего связан со структурными особенностями сгустков, образующихся в случае использования данной закваски.

В частности, при оптической оценке сгустка наблюдаются лептоклазические разломы, а само калье обладает повышенной прочностью.Так, при температуре ультрафильтрации 55 ºС, данные особенности сквашенной смеси практически исчезают, а сгустки становятся схожи по своим характеристикам с образцами, полученными в случае использования трехвидовой заквасочной культуры ЛТт-1.В случае использования заквасочных культур ЛТт-4 получается сквашенная смесь, скорость фильтрации которой (при оптимальной температуре (50±5) ºС) на 26,8 % ниже, чем в первом образце. При отклонении температуры процесса на 10 ºС от оптимальной, происходит падение производительности установки в среднем на 9%.

Для установления взаимосвязи скорости фильтрации и активной кислотности обрабатываемой смеси, был проведен ряд экспериментов, результаты которых приведены на рисунке 2 (температура ультрафильтрации (50±5) ºС).

Рис. 2. Влияние активной кислотности на скорость фильтрации

Анализ приведенных выше зависимостей показал, что во всех исследованных образцах наивысшая производительность процесса наблюдается при ультрафильтрации смеси, сквашенной до активной кислотности (4,8±0,2) ед. рН. Данный факт, вероятно, связан с соответствием кислотности обрабатываемого калье и изоэлектрической точкой основной массы белков смеси, в частности казеинов. Наивысшая скорость ультрафильтрации наблюдается при сквашивании молочно-растительной смеси комплексной закваской ЛТт-1.

Для установления закономерностей удельной производительности ультрафильтрационной установки в зависимости от скорости движения молочно-растительного калье в каналах мембранного модуля была проведена серия экспериментов, результаты которых представлены на рисунке 3.

Рис. 3. Зависимость удельной производительности мембранной установки от скорости движения молочно-растительного калье

Данные, представленные на рисунке 3, свидетельствуют о том, что максимальная скорость фильтрации,независимо от видового состава закваски, наблюдается при движении молочно-растительного калье по каналам мембранного аппарата со скоростью 2,0×10^-2 м/с. Данный факт связан со смыванием приграничного слоя концентрируемой смеси с поверхности мембраны совокупно с обеспечением требуемого для ультрафильтрации трансмембранного давления. При движении молочно-растительного калье по каналам мембраны со скоростью 2,5×10^-2 м/с наблюдается падение скорости фильтрации в среднем на 18,3 %, что напрямую связано с частичной дестабилизацией казеиновых мицелл, вследствие чего их способность к ультрафильтрации уменьшается.

С практической точки зрения наиболее важными являются кинетические зависимости, полученные в ходе процесса, а именно скорость фильтрации и фактор концентрирования от продолжительности процесса мембранной обработки сквашенной молочно-растительной смеси. Важность этих данных обусловлена установлением продолжительности циклов работы установки и необходимости регенерации мембранных элементов. Данные кинетических зависимостей процесса ультрафильтрации молочно-растительного калье, сквашенного закваской ЛТт-1, приведены на рисунке 4.

Рис. 4. Влияние продолжительности мембранного процесса на фактор концентрирования и скорость фильтрации

На основании выполненных исследований установлено, что с повышением фактора концентрирования снижается удельная производительность мембранных аппаратов. Таким образом, расчетный фактор концентрирования 4,38 достигается за 210 минут непрерывной работы ультрафильтрационной установки, при этом производительность установки снижается на 65 % от первоначальной.

Анализируя экспериментальные данные в целом, можно рекомендовать следующие рациональные режимы процесса фильтрации молочно-растительного сгустка:

• кислотность фильтруемого калье, сквашенного заквасочными культурами ЛТт-1, должна находится в интервале активной кислотности (4,8±0,2) ед. pH, при этом температуру фильтрации необходимо варьировать в пределах (50±5) °С;
• скорость движения сгустка в каналах мембранного аппарата должна составлять 2,0×10^-2 м/с при рабочем давление на входе 0,60 МПа и факторе концентрирования 4,38.

Соблюдение указанных выше режимов фильтрации обеспечивает наивысшую производительность фильтрационной установки.

Список литературы

1. Зябрев, А.Ф. Мембранные системы «Биокон». Применение мембранных процессов при переработке молочного сырья./ А.Ф. Зябрев // Переработка молока .– 2002 .– №27.– С. 10-12.
2. Зябрев, А.Ф. Производство творога с применением ультрафильтрации / А.Ф. Зябрев, Т.А. Кравцова // Переработка молока.– 2008. – №10. –С. 46-48.
3. Кравцова, Т.А. Инновационные технологии: экономим средства и сохраняем окружающую среду / Т.А. Кравцова, Н.В. Горячий, А.Ю. Титов, Т.В. Кондратьева // Переработка молока . – 2012 . – №7 . –С. 36-37.
4. Харитонов, В.Д. Принципы рациональности применения мембранных процессов / В.Д. Харитонов, С.Е. Димитриева, Г.В. Фриденберг, Г.А. Донская и др. // Молочная промышленность. – 2009. –№12. –С.51-52.
5. Фетисов, Е.А. Мембранные молекулярно-ситовые методы переработки молока / Е.А. Фетисов, А.П. Чагаровский.- М.: ВО «Агропромиздат», 1991. - 272 с.