ВЛИЯНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ВЫДЕЛЕНИЯ ФОСФАТ-ИОНОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОДИАЛИЗА МЕЛАССЫ
Поскольку в электродиализном процессе из продукта удаляются только те вещества, которые диссоциируют на ионы или образуют заряженные комплексы, то их предварительное извлечение в нерастворенной форме позволит существенно повысить эффективность процесса деминерализации в целом. Известно [1, 3], что полное или частичное использование мелассы как одного из традиционных видов лактозосодержащего сырья в цикле основного производства молочного сахара предполагает ее предварительную подготовку (очистку от фосфатов кальция): нагревание до 60–80 °С и дальнейшую корректировку активной кислотности рН до значений 7,5–7,8. Далее хлопьевидный осадок может быть удален несколькими путями в зависимости от оснащения технологическим оборудованием:
– отстаивание и декантация – самый простой и дешевый способ, но медленный и не очень эффективный;
– сепарирование/центрифугирование/фильтрование, которые требуют применения дополнительных единиц оборудования.
В лабораторных условиях были исследованы два способа: отстаивание при 8±2 °С в течение 12 ч и центрифугирование при 5000 об/мин. Результаты исследований исходной мелассы и осадков после применения различных способов выделения фосфатов кальция показали, что эффективность процесса центрифугирования гораздо выше (табл. 1). Содержание фосфатов и кальция выше примерно в 2,5 раза, моновалентных элементов калия и натрия – примерно одинаково. Осадок более плотный и содержит в 1,5 раза больше сухих веществ. Центрифугирование позволяет значительно интенсифицировать отделение осадка и может быть рекомендовано для применения в промышленных условиях.
Сравнение процесса деминерализации мелассы с предварительным выделением фосфатов кальция и без него в процессе электродиализной обработки представлено на рис. 1.
Работы по деминерализации мелассы вели на электродиализной установке типа Р1 ЕDR-Y (MEGA a.s.), оснащенной двумя пакетами мембран (50 пар в пакете + 1 катионообменная, площадь пакета мембран 4,04 м2) и оборудованной кондуктометрами, датчиками активной кислотности рН, силы тока, напряжения. Это оснащение позволяет устанавливать и контролировать основные параметры работы установки в потоке. Оборудование периодического действия, работает по циркуляционной схеме.
Предварительное выделение фосфатов кальция из мелассы благоприятно сказывается на эффективности процесса деминерализации. Скорость процесса возросла на 30 % при прочих равных условиях работы установки (10–15 °С, напряжение на пакете мембран 64 В–1,2 В на пару мембран и 4 В на две электродные группы, контактная пластина – электродный раствор; электродиализ образцов мелассы вели до достижения удельной электропроводности мелассы менее 1 мСм/см).
ПОДБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУРНЫХ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРОДИАЛИЗА МЕЛАССЫ
Блок-схема проведения исследований по подбору оптимальных режимов электродиализа мелассы, полученной при производстве молочного сахара на ОАО «Березовский сыродельный комбинат», приведена на рис. 2.
Физико-химические показатели исходной, очищенной мелассы и деминерализованной мелассы при различных температурных режимах отражены в табл. 2. При осаждении фосфатов кальция из мелассы вместе с осадком удаляется часть сухих веществ (белковой фракции и преимущественно лактозы), показатели массовой доли золы и удельной электропроводности остаются практически на уровне с исходной мелассой.
По данным табл. 2 и 3, в процессе электродиализной обработки как при холодном, так и теплом режиме происходит снижение массовой доли золы за счет удаления минеральных веществ, а также содержания азотсодержащих компонентов в обрабатываемом сырье. Наиболее интенсивно в процессе деминерализации уменьшается содержание одновалентных ионов калия и натрия. Относительная массовая доля кальция, магния, фосфора в золе увеличивается, что связано с уменьшением количества других минеральных веществ.
По динамике процесса деминерализации при различных температурных режимах (рис. 3) видно, что повышение температуры на 20 °С позволяет сократить время примерно в 1,75 раза.
Поскольку при повышенных режимах температуры деминерализации велика вероятность ухудшения микробиологических показателей мелассы, были проведены опыты, в результате которых установлено, что после проведения процесса несколько возрастает общее микробное число, причем в теплом процессе рост более значительный (табл. 4).
КРИТЕРИИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕОБХОДИМОЙ СТЕПЕНИ ДЕМИНЕРАЛИЗАЦИИ ДЛЯ ДАЛЬНЕЙШЕЙ ОБРАБОТКИ МЕЛАССЫ
Блок-схема проведения исследований по определению необходимой степени деминерализации мелассы, полученной при производстве молочного сахара, отражена на рис. 4.
Мелассу предварительно очищали от фосфатов кальция: проводили нагревание до 60–80 °С и корректировали рН до 7,5–7,8. После отстаивания при 8±2 °С в течение 12 ч удаляли хлопьевидный осадок (в значительной мере фосфаты кальция). Очищенную мелассу направляли на электродиализную установку.
Поскольку значение удельной электропроводности мелассы позволяет условно судить о степени деминерализации в целом, в исследованиях учитывался данный показатель. Изменение доброкачественности мелассы в зависимости от степени деминерализации отражено на рис. 5.
Подтверждено, что повышение степени деминерализации мелассы обусловлено снижением массовой доли золы, в результате чего повышается доброкачественность мелассы на 40 % (табл. 5).
Достижение удельной электропроводности 1,51 мСм/см соответствует степени деминерализации мелассы 90 %, массовая доля золы снижается в 10 раз от исходного значения.
Таким образом, полученные показатели деминерализованной мелассы в дальнейшем позволят проводить ее промышленную переработку и минимизировать потери лактозы при производстве молочного сахара.
ГИДРОЛИЗ ДЕМИНЕРАЛИЗОВАННОГО УФ-ФИЛЬТРАТА МЕЛАССЫ
Одним из перспективных путей переработки полученного деминерализованного УФ-фильтрата мелассы является сгущение, что позволит улучшить его хранимоспособность и использовать как компонент в пищевой, кормовой и других отраслях промышленности. Однако при сгущении данного сырья происходит пересыщение раствора, лактоза выпадает в осадок в виде кристаллов, что приводит к значительному ухудшению товарного вида и качественных показателей продукта. Гидролиз лактозы на глюкозу и галактозу позволяет предотвратить указанные пороки и создает возможность получения ряда новых продуктов с заданными функциональными свойствами (сладость, растворимость, стойкость при хранении) [1, 2].
Был проведен гидролиз деминерализованного УФ-фильтрата мелассы ферментным препаратом «Ha-Lactase 5000» (доза внесения 1,4 % объема, рН 6,6, температура 10 °С, продолжительностью 12 ч). О степени гидролиза лактозы судили по накоплению глюкозы (табл. 6). Гидролиз в исследуемых образцах прошел полностью.
Установлено, что сочетание процессов электродиализа и гидролиза лактозы при переработке мелассы молочной является перспективным технологическим направлением, позволяющим существенно расширить сферу использования лактозосодержащего сырья на пищевые цели, интенсифицировать процессы сгущения и дать возможность потреблять молочные продукты людям, страдающим непереносимостью лактозы.