2.1 ПРОИЗВОДСТВО МОЛОЧНОГО САХАРА – СЫРЦА ИЗ ОЧИЩЕННОЙ СЫВОРОТКИ.
Первоначальная технологическая схема получения молочного сахара – сырца включала огневую выпарку сыворотки с последующим выделением и отделением кристаллов путем прессования. Для осуществления процесса использовали котел и рычажный пресс. Затем Г. Кутырин [78] внедрил схему с выпариванием сыворотки в открытых котлах с кристаллизацией лактозы в ушатах, отделением кристаллов отслоением и сушкой их в сушилках с огневым подогревом. Процесс усовершенствовали Чебатарев (1934) и сотрудники Ленинградского химико-технологического института молочной промышленности, внедрив выпаривание в концентраторах А. Фиалкова.
А. Розанов [34] разработал промышленную схему производства сахара – сырца с включением специального оборудования: подогревателей, вакуум-аппаратов, центрифуг, фильтр – прессов и вакуум-сушилок. По результатам разработки поточно-механизированной линии производства молочного сахара-сырца (А. Фиалков и И. Нейштадт, 1959) были созданы ванны для отваривания альбумина, сушилки, кристаллизаторы.
Внесение реагентов осуществляют для коагуляции белков. Их вносят в нагретую сыворотку для подкисления подсырочной сыворотки до 30 - 35° Т и раскисления ее до творожной сыворотки до 10 – 15° Т.
Сыворотку подкисляют молочной кислотой, которая образуется в процессе брожения лактозы. Кислотность специально приготовленной кислой сыворотки достигает 150 – 200° Т, или 1500 г молочной кислоты на 100 л. Для подкисления можно так же использовать соляную и трихлоруксусную кислоту. Серная кислота образуется с солями кальция нерастворимые соединения, что снижает эффективность выпаривания.
Подкисление кислой сыворотки и соляной кислотой по эффективности удаления белка равноценны. Однако кислую сыворотку следует предварительно приготовить и на образование молочной кислоты расходуется лактоза, что ухудшает выход готового продукта. Для подкисления 1 т перерабатываемой сыворотки требуется 150 – 200 л кислой. Подкисление 1 т сыворотки кислой, исходя из потерь лактозы, обходится в 1 р. 70 к. (Л. Соколова, 1955). Кроме того, емкость ванн или танков для приготовления кислой сыворотки составляет обычно 5 – 10 т, т.е. они занимают значительную площадь.
При подкислении соляной кислотой на 1 т сыворотки требуется более двух литров (33%-ной концентрации). Ее стоимость (Угличский производственно – экспериментальный завод) составляет 8 коп. При использовании соляной кислоты не расходуется молочный сахар. Широкое распространение соляной кислоты в промышленности, несмотря на ее явное преимущество перед кислой сывороткой, сдерживается затруднениями при ее внесении в сыворотку, что связанно с токсичностью кислоты.
Под сырную сыворотку можно подкислять мелассой, полученной от предыдущих выработок (Кобринский завод Брестской области, И. Гнатюк). При этом не требуется специальных реагентов и используется часть лактозы, содержащейся в мелассе. Желаемая кислотность сыворотки после подкисленния мелассой равна 20 – 25° Т.
Сыворотку раскисляют растворами щелочей NaOH, Ca(OH)2, Na2CO3.
При раскислении углекислым натрием сыворотка в процессе переработки сильно вспенивается, что ограничивает его применения в промышленности. Гидроокись кальция также не нашла широкого распространения в промышленности, что объясняется трудоемкостью приготовления известкового молока. Кроме того, в этом случае кристаллизат имеет тенденцию к загустению, а на греющей поверхности вакуум – аппарата появляется значительный осадок в виде молочного камня.
Испытание кислотно-щелочного способа (HCl+NaOH) очистки сыворотки, проведенные на Угличском производственно -экспериментальном заводе, ранее использовавшем кислотной (HCl) и соляно-известковый способы, показатели, что в качестве молочного сахара не снижается, а по сравнению с применением кислотного способа даже несколько улучшается. Кристаллизат сохраняет текучую консистенцию, уменьшаются отложения нагара на греющих поверхностях выпарных аппаратов.
Появление нагара зависит главным образом от наличия кальция, поэтому интересно проследить за его изменениями в процессе коагуляции белковой сыворотки.
При раскислении сыворотки известковым молоком количество кальция в очищенной сыворотке увеличивается. Следовательно, часть кальция, введенного в сыворотку, остается в растворе способствуя в дальнейшем выпаривания осадков на греющую поверхность вакуум-аппарата и загустеванию кристаллизата при хранении. Часть кальция остается в сыворотке после хлоркальциевого способа коагуляции.
Проведенные исследования подтверждают целесообразность кислотно-щелочного способа коагуляции с использованием для раскисления раствора едкого натра.
Для внесения щелочи рекомендуется использовать установку.
Количество реагентов, необходимых для изменения кислотной сыворотки, можно рассчитать по формуле:
Кп * Кн
Кр= Кф
где Кр – количество реагентов для изменения кислотности сыворотки;
Кп – количество реагентов, на которую необходимо изменить кислотность сыворотки;
Кн – величина градусов, на которую необходимо изменить кислотность сыворотки;
Кф – величина градусов, на которую изменилась кислотность сыворотки а предварительной пробе.
Очистка сыворотки осуществляется после после обработки реагентами. Ее оставляют для отстоя хлопьев белка на 1 – 1,5 ч. Часть хлопьев белка всплывает (особенно при обработке свежей сыворотки), а часть оседает в конусную часть ванны. Об окончании отстоя судят по прозрачности сыворотки с учетом предыдущих выработок. Для контроля можно рекомендовать предварительно спускать сыворотку, наблюдая за цветом жидкости. Сливают сыворотку, постепенно опуская подвижную трубу или через патрубок, установленный на уровне отстоя альбуминного молока.
После отстоя сыворотку фильтруют через ткань или центрифугируют на очистителях [167]. Цикл работы очистителя зависит от степени предварительного отстоя (его определяют практически). Обычно через один очиститель производительность 5000 л/ч можно пропускать до 8 т отстоявшейся сыворотки (две ванны). Следует тщательно следить за смазкой очистителя, так как он работает при повышенных температурах (85 – 90° С).
Чистка сыворотки собирается в промежуточную емкость (танк) из нержавеющей стали или эмалированную, откуда направляется на сгущение.
Сгущение сыворотки осуществляют на вакуум-аппаратах. Аппарат для сгущения сыворотки под вакуумом должен быть герметичным с подводом тепла и удалением из него воздуха (разряжение) до требуемой температуры кипения. Степень разрежения выражают величиной абсолютного давления, или вакуума. Вторичный или соковый, пар, образующейся при кипении сыворотки, конденсируется при соприкосновении с холодной водой или стенкой, охлаждаемой водой. Воздух, поступающий в аппарат с сывороткой и через не плотности, удаляют паром паровыми и и механическими вакуум-насосами. Применяют выпарные аппараты только из нержавеющей стали.
Кристаллизация лактозы осуществляется с учетом качества сиропа по длительному (до 35 ч) или ускоренному (до 15 ч) режимам. Для контроля за уходом процесса можно воспользоваться температурами. О правильности проведения процесса можно судить по форме (пирамида) и размеру (в среднем 0,5 мм) кристаллов, содержанием лактозы в мелассе и консистенции кристаллизата.
Конструкция кристаллизатора обеспечивает выполнение всех технологических операций процесса выделения лактозы из сиропа.
Кристализзат, освобожденный от хлопьевидного белкового осадка и промытый водой, на центрифугирование на центрифуги фильтрующего типа, фактор разделения превышает 500. В производстве молочного сахара используют центрифугу ОЦС фильтрующего типа, периодического действия с ручной верхней выгрузкой осадка.