УДК: 664.97; 66.081.63 БАРОМЕМБРАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ МОЛОЧНОЙ СЫВОРОТКИ ПО СХЕМЕ «УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИЯ – ОБРАТНЫЙ ОСМОС» Лазарев В. А. научный руководитель канд. техн. наук Тимин В. А. Уральский государственный экономический университет Одним из основных видов вторичного сырья в молочной промышленности является молочная сыворотка, образующаяся в значительных количествах при производстве творога и сыра и содержащая широкую гамму белков, лактозу и другие пищевые вещества. Известно, что проблема утилизации сыворотки является актуальной задачей для многих молочных предприятий – производителей сыра и творога. Отношение к сыворотке как к отходу производства, сброс ее в канализацию, или того хуже – непосредственно в водные или другие природные объекты, говорит о низкой культуре производства на данном предприятии, нехозяйственном подходе как к окружающей среде, так и к собственным материальным ресурсам [1, 2, 3]. Низкая концентрация ценных веществ в исходной молочной сыворотке приводит к необходимости ее концентрирования или фракционирования перед использованием в качестве промышленного сырья для получения новых продуктов. Комплексная переработка сыворотки позволяет получать уникальные и дорогие продукты – чистую лактозу, сухую деминерализованную молочную сыворотку, концентраты сывороточных белков и т.д. Организация такого производства не под силу многим предприятиям, так как требует больших финансовых вложений. Однако практика показывает, что даже такая не сложная переработка как концентрирование молочной сыворотки может привести к быстрой окупаемости вложений и получению прибыли предприятием. Сывороточный концентрат, с содержанием сухих растворенных веществ 15-20%, может использоваться как самостоятельный продукт во многих отраслях пищевой промышленности [2, 3, 4], а также непосредственно на молокоперерабатывающем предприятии. Из него можно получить сухую сыворотку, отправляя концентрат на централизованную сушку. В настоящее время для концентрирования молочной сыворотки предпочтительными являются баромембранные технологии [2, 3, 4]. Обратный осмос, нанофильтрация и ультрафильтрация позволяют получать качественный продукт. При этом, в концентрате остаются в нативном состоянии все белковые вещества, так как процесс протекает без нагрева сыворотки. Минимальны и затраты энергии по сравнению с концентрированием методом выпаривания. На рынке мембранного оборудования, на сегодняшний день, лидируют зарубежные фирмы GEA, APV, Tetra Pak, Alfa Laval. Их оборудование отличается качеством исполнения, эргономичным дизайном, высоким уровнем автоматизации и, как следствие, высокой стоимостью. В связи с этим, разработка конкурентоспособного импортозамещающего оборудования на основе комплектующих отечественного производства является актуальной задачей. Как показывает практика, существенной проблемой при переработке молочной сыворотки баромембранными методами является необходимость ее тщательной подготовки перед подачей в мембранный блок. Подготовка заключается в осветлении сыворотки (отделение остатков жира и казеина) на центробежном сепараторе – сливкоотделителе или сепараторе – очистителе, пастеризации осветленной сыворотки (подавление заквасочных культур), выдержке пастеризованной сыворотки с целью осаждения фосфата кальция и других технологических операциях. Это обусловлено конструкцией мембранных элементов рулонного или спирального типа, применяемых зарубежными и отечественными разработчиками мембранного оборудования. Такие мембранные элементы очень чувствительны к механическим включениям в перерабатываемом продукте, а также содержанию в нем жира, особенно растительного происхождения. Недостаточно полная подготовка молочной сыворотки, связанная с нарушением технологии ее проведения или изменением состава исходной сыворотки, приводит к существенному снижению технических характеристик мембранных установок, а также к необходимости частой замены мембранных элементов [3, 4]. Занимаясь решением задачи, связанной с необходимостью подготовки молочной сыворотки, нами установлено, что процесс концентрирования должен состоять как минимум из двух последовательных стадий – ультрафильтрации на первом этапе и обратном осмосе (нанофильтрации) на заключительном этапе. Причем, процесс ультрафильтрации необходимо осуществлять с применением керамических мембран, не требующих какой-либо предварительной подготовки сыворотки перед подачей в установку [5]. При этом срок эксплуатации керамических мембран в 3 – 5 раз больше по сравнению с полимерными мембранами, керамические мембраны значительно проще регенерируются. Ниже приведены результаты исследований концентрирования творожной и подсырной сыворотки по схеме «ультрафильтрация – обратный осмос». Сыворотка по своим характеристикам соответствовала ГОСТ Р 53438–2009. Исследования проводились в лабораторных условиях (УрГЭУ) и в условиях производства (ООО «Юговской комбинат молочных продуктов, пос. Юг, Пермский Край и Крестьянское хозяйство Аникьева А.В., г. Полевской Свердловской области). На лабораторной установке были определены основные параметры процесса ультрафильтрации молочной сыворотки. В экспериментах использовались следующие типы мембран: листовые полисульфонамидные – УПМ-20; 50М, ацетатцеллюлюзные – УАМ-50П; 100П производства ЗАО НТЦ «Владипор» г. Владимир, а так же керамическая мембрана серии КУФЭ на основе диоксида титана (анатазной модификации), с нанесенным селективным слоем α-оксида алюминия модификаций (0,01) и (0,02) производства ООО НПО «Керамикфильтр» (г. Москва). Мембраны характеризуются «отсечками» по молекулярной массе 10; 30; 50; 100; 150 кДа. В производственных условиях работа осуществлялась на пилотной установке, в ультрафильтрационном аппарате которой установлено 14 элементов КУФЭ-19 (с размерами пор 0,01 мкм), общей площадью мембран 3,34 м2. Исследования процесса обратноосмотического концентрирования проводили с пермеатом (лактозно-солевым раствором), полученным в процессе ультрафильтрации молочной сыворотки (Табл. 1). Таблица 1 Показатели молочной сыворотки после ультрафильтрации (средние значения) Сыворотка творожная Сыворотка подсырная Параметры концентрат пермеат концентрат пермеат Белок общий, % 8,45 0,01 6,82 0,01 Лактоза, % 4,27 4,25 4,92 4,95 Жир, % 3,30 0,00 1,04 0,00 Минеральные вещества, % 0,70 0,65 0,67 0,61 СВ, % 16,72 4,91 13,45 5,57 Основным элементом лабораторной установки является обратноосмотический аппарат с рулонным элементом ЭРО-Б-45-300 производства ЗАО НТЦ «Владипор» (г. Владимир). В экспериментах использовались два типа обратноосмотических мембран: МГА-80П и МГА-100П. В производственных условиях работа осуществлялась на пилотной установке. В обратноосмотическом аппарате установлен 1 элемент ЭРО-80475 (с мембраной МГА-80П) производства ЗАО «НТЦ Владипор». Показатели конечного продукта после модуля обратного осмоса приведены в таблице 2. Таблица 2 Показатели конечного продукта после обратноосмотического концентрирования молочной сыворотки Сыворотка творожная Сыворотка подсырная Параметры Концентрат Пермеат Концентрат Пермеат Белок общий, % Лактоза, % Жир, % Минеральные вещества, % СВ, % 0,04 16,85 0,00 0,70 19,44 0,00 0,15 0,00 0,50 0,65 0,04 19,75 0,00 0,67 20,46 0,00 0,10 0,00 0,55 0,66 Концентрат творожной и подсырной сыворотки из обоих модулей смешивался в смесителе, в результате получился продукт, имеющий сливочную структуру, содержание сухих веществ более 17%, в том числе около 2% белка (Табл. 3). Пермеат, образующийся после модуля обратного осмоса и представляющий собой практически чистую воду, с небольшим количеством минеральных веществ, может использоваться в качестве технической воды на производстве. Таблица 3 Показатели конечного продукта, полученного из творожной и подсырной сыворотки Продукт из творожной Продукт из подсырной Параметры сыворотки сыворотки Белок общий, % 2,64 2,15 Лактоза, % 12,95 14,95 Жир, % 1,02 0,20 Минеральные вещества, % 0,70 0,67 СВ, % 18,60 17,97 Кислотность, оТ 67,0 19,5 Таким образом, проведенные исследования дали возможность разработать технологию и оборудование для получения концентрата молочной сыворотки баромембранными методами. Полученные результаты позволяют, на наш взгляд, внедрять высокотехнологичное, конкурентоспособное импортозамещающее оборудование на основе мембран отечественного производства для переработки вторичных сырьевых ресурсов, как на крупных молочных предприятиях, так и на предприятиях небольшой мощности. Список литературы 1. Евдокимов И.А. Современное состояние и перспективы переработки молочной сыворотки // Переработка молока. – 2011, № 9.Храмцов А.Г., Нестеренко П.Г. Безотходная переработка молочного сырья. – М. КолосС, 2008. 2. Ожгихина Н.Н., Волкова Т.А. Рациональная переработка молочной сыворотки// Переработка молока. – 2012, № 9. 3. Тимкин В.А., Лазарев В.А. Производство концентрата молочной сыворотки баромембранными методами // Переработка молока, 2014, №5 (176), с. 32-34. 4. Тимкин В.А., Минухин Л.А., Гальчак И.П., Лазарев В.А. Разработка баромембранной технологии переработки молочной сыворотки // Аграрный вестник Урала. 2013, №7 (113), с.35-38. 5. Мембранная установка разделения молочной сыворотки методом ультрафильтрации / В.А. Лазарев, В.А. Тимкин // Патент на полезную модель. - 2014. №146354.