5.5 Изменение физико-химических и микробиологических показателей сывороточных концентратов в процессе электродиализа  

Анализ представленных в таблице данных показывает, что химический состав сывороточных концентратов в значительной мере зависит от массовой доли сухих веществ после ультрафильтрации. В тоже время процесс электродиализа влияет, главным образом, на минеральный состав готового продукта, и практически не оказывает воздействия на содержание в нем лактозы и азотистых веществ.

Уменьшение массовой доли сухих веществ, и как следствие плотности, в процессе деминерализации УФ-концентратов, обусловлено, в основном, удалением из продукта зольной части и органических кислот, а также некоторого незначительного количества низкомолекулярных азотистых веществ. В.целом массовая доля азотистых веществ в концентрате после деминерализации повышается за счет увеличения их доли в концентрате. Это позволяет снизить уровень концентрирования сухих веществ ультрафильт-

Таблица 5.5.1 - Физико-химические и микробиологические показатели деминерализованных сывороточных белковых концентратов

Продолжение таблицы 5.5.1

ПРИМЕЧАНИЯ.

2. Для сухого продукта приведен показатель «насыпной вес».
3. Наличие бактерий группы кишечной палочки, а также стафилококков, дрожжей, плесеней не обнаружено.

162

рацией для достижения регламентированного содержания азотистых веществ, что в свою очередь приведет к снижению расхода сырья и энергоресурсов, и, как следствие, к уменьшению себестоимости продукта.

Считаем, что в отдельных случаях влиянием уровня деминерализации на потери азотистых веществ пренебрегать не следует, так как в конечном итоге это отражается на эффективности процесса в целом. Особенно это становится важным при составлении норм расхода сырья и расчетах выхода готовой продукции. Одновременно с уменьшением зольности в процессе деминерализации происходит изменение значений рН и титруемой кислотности. На рисунке 5.5.1 представлен характер такой зависимости, присущий электродиализному процессу деминерализации УФ-концентратов.

О      10     20     30     40     50     60 Уровень деминерализации, %

Рисунок 5.5.1 - Изменение активной (1) и титруемой (2) кислотности при массово доле сухих веществ в УФ-концентрате 20,0%

Анализ зависимости титруемой кислотности от уровня деминерализации показывает на нелинейный характер удаления органических кислот, особенно при 50-60%, что связано со слабой их диссоциацией. Учитывая, что значения рН концентратов с массовой долей сухих веществ 10 и 20%, отличаются незначительно, на рисунке представлена одна характеристическая кривая. Как видно по результатам такой зависимости, значения рН практически на всем протяжении процесса деминерализации несколько снижаются, что показывает на незначительные концентрационные измене-

163

ния в примембранных слоях при выбранной плотности тока.

Учитывая, что основным изменяющимся показателем при деминерализации УФ-концентратов является массовая доля золы, а также взаимосвязь ее с электропроводностью, представляет интерес определить характер такой зависимости в процессе электродиализной обработки. В основном это имеет чисто практическое значение, так как позволяет по величине электропроводности быстро определить уровень деминерализации УФ-концентратов, непрерывно меняющийся в процессе электродиализа, а, следовательно, дает возможность управлять этим процессом. Электропроводность УФ-концентратов определяли при различной массовой доле сухих веществ.

Уровень деминерализации определяли по формуле:

D=(^-^100(5.5.1),

где    С0- начальное значение массовая доля сухих веществ, % С - текущее значение массовой доли сухих веществ, %.

На рисунке 5.5.2 представлены зависимости электропроводности от уровня деминерализации КСБ-УФ при наиболее часто применяющихся максимальном и минимальном уровнях концентрирования сухих веществ методом ультрафильтрации.

Анализ зависимостей позволяет сделать следующие выводы:

• величина электропроводности, определенная при различных значениях массовой доли сухих веществ и различных уровнях деминерализации отличается незначительно,
• зависимость электропроводности от уровня деминерализации до 50-60% носит практический линейный характер, а при дальнейшем увеличении

164

уровня деминерализации темп снижения электропроводности замедляется;

- с увеличением массовой доли сухих веществ более 18-20% вязкость УФ-концентратов резко и нелинейно увеличивается, а электропроводность снижается.

20              40              60              80

Уровень деминерализации, %

Рисунок 5.5.2 - Зависимость электропроводности УФ-концентратов от уровня деминерализации с массовой долей сухих веществ: 1 - 10,18%; 2 -19,89%; 3 - единая тарировочная кривая

Следовательно при относительно небольших концентрациях сухих веществ в КСБ-УФ (порядка 10-12%) можно использовать единую тариро-вочную кривую, связывающую электропроводность с уровнем деминерализации, достигаемой в процессе электродиализной обработки.

Линейный характер зависимости электропроводности от уровня деминерализации (до 50-60%) можно объяснить фактом преимущественного удаления из УФ-концентратов одновалентных ионов. Тарировочные кривые, приведенные на рисунке, позволяют быстро определить содержание золы в УФ-концентрате в процессе его электродиализной обработки, используя следующую формулу:

Результаты проведенных экспериментов подтверждают возможность деминерализации высокобелковых концентратов (порядка массовой доли

165

сухих веществ 20%) в принятых режимах циркуляции растворов и задаваемой плотности тока. Инспекция ионоселективных мембран после выработок показала незначительное отложения белка и минеральных солей в застойных зонах турбулизирующих элементов. После проведения химической мойки мембран и аппарата в целом указанных отложений не наблюдалось, что подтверждалось определением электрических характеристик. Это указывает как на правильность выбранных электрических параметров при заданных гидродинамических режимах, так на эффективность химической мойки.

Для сравнения технико-экономических показателей лабораторной и пилотной электродиализной установки, провели расчет производительности и удельных затрат. Результаты представлены на рисунке 5.5.3.

50              60              70              80

Уровень деминерализациии, %

Рисунок 5.5.3 - Зависимость произцодительности (—) и удельных затрат электроэнергии (—) от уровня деминерализации: 1,3- пилотные установки; 2, 4 - лабораторные установки

Эксперименты проводили при массовой доле сухих веществ 14±0,3% в УФ-концентрате и регламентируемой электропроводности в камерах концентрирования порядка 0,4 См/м. Анализ графиков показывает, что все показатели процесса ухудшаются с ростом уровня деминерализации. Это связано с увеличением омического сопротивления пакета и, как следствие, снижением токовой нагрузки при прочих равных условиях.

166

60% уровня деминерализации, что показывает на слабую эффективность дальнейшего процесса деминерализации УФ-концентрата. Увеличение затрат электроэнергии при деминерализации на лабораторной установке значительно компенсируется ростом ее производительности (примерно в 1,4 раза по сравнению с пилотной установкой).

Одним из основных показателей наряду с физико-химическими, орга-нолептическими и технико-экономическими при создании различных пищевых продуктов, являются микробиологические. Так, в процессе электродиализной обработки сывороточных УФ-концентратов отмечено снижение их микробиологической обсемененности. С целью выявления характера изменения микробиологических показателей проведен следующий эксперимент. Сывороточный белковый концентрат с массовой долей сухих веществ 19,8% подвергался электродиализной обработке в течение двух часов на пилотной и лабораторной установке при температуре 49-51°С. Начальные значения плотности тока на пилотной установке составляли 100-120 А/м 2, а на лабораторной 300-320 А/м2. Контролем служил образец исходного сырья объемом 10 м3, который выдерживался при заданной температуре 49-51 °С. Для оценки изменения общего содержания микроорганизмов в УФ-концентрате при его обработке электродиализом введены безразмерные параметры:

(5.5.3),

(5.5.4), и»

где пкп0-содержание микрофлоры в текущий и начальный момент времени, соответственно, КОЕ/г.

На рисунке 5.5.4 приведена зависимость изменения общего содержания микроорганизмов от продолжительности обработки УФ-концентратов (уровню деминерализации 20, 40, 60 и 80% соответствует период обработки 30, 60, 90 и 120 мин, соответственно).

167

отображают кратность изменения микрофлоры, график имеет две ости.

20              40              60              80

Уровень деминерализациии, %

Рисунок 5.5.4 - Динамика микробиологических показателей в процессе деминерализации: 1 - контроль (хранение без деминерализации при 49-51°С); 2 - деминерализация при плотности тока 120 А/м ; 3 - деминерализация при плотности тока 320 А/м

Анализ зависимостей показывает, что выдержка при температуре 49-51°С сдерживает рост микроорганизмов. Воздействие электродиализного процесса в обоих случаях приводит к снижению численности микроорганизмов. В тоже время плотности тока ведет к более значительному уменьшению количества микроорганизмов. Таким образом, можно утверждать о влиянии электродиализного процесса на уменьшении микрофлоры в обрабатываемом продукте.

В работе Н.Я. Дыкало по деминерализации электродиализом молочной сыворотки [72] показан аналогичный характер изменения микрофлоры в процессе обработки сырья. Вероятно, такая особенность будет присуща обработке различных видов молочного сырья. Подтверждением сказанного служит факт уменьшения микрофлоры при деминерализации сгущенной творожной сыворотки (ведомственные испытания электродиализной установки ЭДУ 1-400х2ЦМ на Алма-Атинском ГМЗ от 2 ноябре 1985 г.)

Вероятно, механизм губительного действия электрического тока на микроорганизмы объясняется тем, что электрическое поле разделяет ионы противоположных знаков в живой клетке бактерий. Вследствие этого они

168

создают там местные высокие поля напряженности, собираясь у полупроницаемых стенок, под действием которых белки клетки подвергаются коагуляции и клетки погибают. При прохождении электрического тока через водные растворы часть молекул воды гидролизуется, образуя некоторое количество атомарного кислорода, обладающего сильным бактерицидным действием.