Научно-технические предпосылки сепарирования молочной сыворотки

13-05-2014, 22:23

Основу технологии центробежного выделения дисперсных фаз из молочной сыворотки составляют процессы:
— обезжиривания (разделения);
— выделения скоагулированных частиц казеина и денатурированных сывороточных белков (осветления).
Действующими нормативными документами молочная сыворотка рассматривается как продукт с минимально возможным содержанием жира, т.е. после ее сепарирования (обезжиривания). Это указывает на обязательность сепарирования жирной молочной сыворотки. Однако многолетняя практика использования сливок из сыворотки, главным образом на производство предназначенного для промышленной переработки подсырного масла, в значительной мере снижает интерес к обезжириванию молочной сыворотки.
Специальные обследования по заданию машиностроительного завода «Молния» (г. Москва) показали, что на Северном Кавказе из 857 эксплуатируемых сепараторов (специальных с двухсекционными барабанами и сливкоотделителей) для обезжиривания сыворотки используется только 42 или 4,9% от общего числа сепараторов. Подробная информация о сепараторах, использовавшихся на момент обследования для сепарирования (обезжиривания) молочной сыворотки на предприятиях Северного Кавказа приведена в табл. 6.3.

Полученные в результате обследования предприятий данные показывают, что только треть сепараторов, используемых для обезжиривания (выделения жира и казеиновой пыли) имеют специальное назначение. Другие же являются сепараторами-сливкоотделителями для молока, причем чаще всего это сепараторы с ручной периодической выгрузкой осадка, использование которых для сепарирования сыворотки достаточно проблематично.
Коагуляция и последующее центробежное выделение сывороточных белков — наиболее простой и достаточно эффективный способ очистки молочной сыворотки от балластных веществ. Именно такой подход на многие годы предопределил отношение к белковым сывороточным концентратам (белковая масса, альбуминное молоко), как к продуктам низкого качества, чаще всего используемым на кормовые цели.
Созданные по аналогии с зарубежными образцами сепараторы OXC и ОХ2-С не обеспечивают эффективное обезжиривание молочной сыворотки. К тому же, выпуская сепаратор только одной производительности, невозможно удовлетворить потребности молочной отрасли в таком оборудовании.
Недостаточная эффективность процессов сепарирования молочной сыворотки предопределила, в свою очередь, проблему широкого (многовариантного) использования сепараторов в технологиях переработки этого белково-углеводного сырья. Так невостребованными, в первую очередь в силу недостаточной научно-технической проработки, остаются процессы сепарирования сгущенных сывороточных концентратов. Однако отечественный и зарубежный опыт подтверждают эффективность центробежного выделения из сыворотки и ее концентратов как молочного жира, так и белковых веществ.
Для обезжиривания молочной сыворотки и выделения из нее казеиновой пыли (казеиновых частиц) используют различные варианты: от сепарирования в молочном сепараторе-сливкоотделителе с ручной периодической выгрузкой осадка до применения технологических схем с саморазгружающимися сепараторами. Варианты технологических схем с использованием специальных двухсекционных сепараторов отсутствуют.
Эффективность центробежного выделения сывороточных белков зависит от способа их коагуляции. Однако, большинство разработанных способов являются реагентными и направлены, главным образом, на максимальное удаление сывороточных белков как балластных веществ. С точки зрения получения пригодного для дальнейшего использования концентрата сывороточных белков предпочтение следует отдавать безреагентным способам коагуляции, а особенно, коагуляции после сгущения.
Существующие предложения по сепарированию концентратов молочной сыворотки ориентированы, в первую очередь, на более полное выделение молочного жира. Кроме этого, сепарирование концентратов молочной сыворотки создает возможность получения новых продуктов, отличных от продуктов сепарирования натуральной сыворотки.
Наиболее благоприятные условия для центробежного выделения дисперсных частиц создаются в сепараторах с двухсекционными барабанами. Ограниченность использования двухсекционных сепараторов связана с тем, что конструкция сепараторов далеко не совершенна, сепараторы энергоемки, а, главное, не обеспечивают стабильного обезжиривания продукта до содержания в нем жира менее 0,05 %. Это, в свою очередь, предполагает дальнейшее совершенствование существующих и разработку новых конструкций двухсекционных сепараторов для молочной сыворотки.
В качестве теоретического обоснования центробежного разделения дисперсных систем молочной сыворотки рассмотрено взаимодействие легких (жировых шариков) и тяжелых (белковых) частиц в различных зонах барабана и определено влияние коагуляции частиц на процесс сепарирования. Постановка задачи о характере взаимодействия дисперсных фаз в двухсекционном барабане сепаратора сведена к оценке вероятности шести событий, происходящих последовательно, но чаще всего независимо друг от друга в соответствии со схемой, показанной на рис. 6.2. Причем, как показали расчеты, практически каждое взаимодействие дисперсных частиц разной плотности применительно к молочной сыворотке и ее концентратам приводит к уносу легкой частицы в осадок.
Вероятностная оценка взаимодействия позволила определить, что на результат сепарирования, прогнозируемый как унос легких дисперсных частиц (жировых шариков) с тяжелыми (белковыми частицами) при их столкновении и коагуляции оказывают влияние, главным образом, два события: попадание белковых частиц в межтарелочные пространства осветли-тельного пакета и столкновение белковых частиц и жировых шариков в межтарелочных пространствах осветлительного пакета при встречном движении.
Проведенный анализ влияния взаимодействия дисперсных фаз на процесс сепарирования в двухсекционном барабане позволил не только качественно и количественно оценить характер взаимодействия дисперсных фаз разной плотности, но и наметить пути (конструктивные и технологические) создания условий минимизации этого взаимодействия. В частности можно снижать предельный размер белковых частиц, достигающих межтарелочные пространства осветлительного пакета за счет увеличения высоты последнего.

Поскольку полностью избежать столкновения частиц невозможно, необходимо создавать в осветлительном пакете условия, при которых оседание белковых частиц размером 30 мкм и более на поверхность тарелок, а, следовательно, их переход в зону свободную от столкновения с легкими частицами происходил бы уже на начальной стадии движения потока в меж-тарелочных пространствах. Это, в свою очередь, связано с обеспечением необходимых конструктивных и технологических условий оседания на поверхность тарелок осветлительного пакета тяжелых дисперсных частиц.
Кроме того, немаловажное значение для снижения взаимодействия имеет такой фактор как обеспечение свободного прохода сепарируемой жидкости в межтарелочном зазоре осветлительного пакета. Результаты оценки взаимодействия дисперсных частиц использованы для определения путей совершенствования существующих и при разработке конструкций новых сепараторов с двухсекционными барабанами.