Дата публикации:
На сегодняшний день молочная промышленность активно внедряет передовые технологические решения, направленные на повышение качества и эффективности выпускаемой продукции. Одним из ключевых инструментов в этом процессе стала мембранная фильтрация. Этот метод позволяет не только очищать молоко от нежелательных примесей, но и осуществлять его разделение на отдельные компоненты, такие как белки, жиры и лактоза, для последующего использования в различных производственных целях.
Мембранные установки оснащены полупроницаемыми мембранами, параметры которых подбираются в зависимости от задач конкретного этапа переработки. Технологический процесс осуществляется под давлением: насос подает молочной сырье в мембранный контур, где и происходит разделение веществ. Такой подход обеспечивает высокую точность фильтрации и сохранение биологической ценности молочных компонентов.
Технологии мембранной фильтрации
Существует несколько основных технологий мембранной фильтрации молока. О них расскажем подробнее.
Микрофильтрация
Установки позволяют отделять частицы размером от 0,05 до 10 мкм, включая молочные жиры, бактерии и казеиновые белки. Эта технология обеспечивает высокую степень очистки и широко применяется при работе с молочными продуктами, содержащими тонкодисперсные эмульсии.
Особенно востребована микрофильтрация при обработке молочной сыворотки. В процессе фильтрации большая часть сыворотки проходит через мембрану и переходит в фильтрат, тогда как в концентрате сохраняются остатки скоагулированного казеина, микроорганизмы и частицы молочного жира. Такой метод позволяет не только очистить сыворотку от нежелательных включений, но и проводить так называемую «холодную стерилизацию» — щадящую обработку без термического воздействия, что сохраняет свойства продукта.
Ультрафильтрация
Установки ультрафильтрации предназначены для отделения веществ с высокой молекулярной массой — от 5 000 до 500 000 дальтон, а также частиц размером от 0,001 до 0,1 микрометра. С их помощью эффективно разделяются белковые компоненты молока, включая казеин и сывороточные белки, от низкомолекулярных соединений.
Процесс ультрафильтрации обеспечивает концентрирование и выделение ценных макромолекул, в первую очередь глобулярных белков, при этом небольшие молекулы, такие как соли, лактоза и вода, свободно проходят через мембрану и образуют пермеат. Объем пермеата может достигать 90% от общего объема обработанной сыворотки, что делает технологию эффективной.
Одним из перспективных направлений использования ультрафильтрата является извлечение лактозы. Уровень содержания молочного сахара в сухом веществе ультрафильтрата составляет около 85%, что превышает показатели традиционной подсырной сыворотки (70–75%).
В производстве творога ультрафильтрация также занимает важное место: она обеспечивает увеличение концентрации продукта в 2,5–2,9 раза и позволяет извлекать до 91% белков, содержащихся в исходном молоке. Это позволяет повысить выход готовой продукции и улучшить ее питательную ценность.
Нанофильтрация
В системах нанофильтрации применяются мембраны с размером пор 1–2 нанометров. Они позволяет эффективно концентрировать и частично деминерализовать молочную сыворотку. Эта технология используется для подготовки сыворотки к последующему применению в различных направлениях пищевой промышленности.
Минимальный уровень деминерализации, достигаемый с помощью нанофильтрации, составляет около 30%, чего достаточно для использования сыворотки в производстве кисломолочной продукции. При степени деминерализации до 70% сыворотка уже может применяться в более широком спектре продуктов. А при глубокой деминерализации на уровне 90% она становится пригодной для производства детского питания, где предъявляются особые требования к минеральному составу сырья.
Обратный осмос
В данном случае мембраны эффективно удерживают практически все твердые частицы, пропуская только молекулы воды. Частичное прохождение допускается лишь для веществ с низкой молекулярной массой. Для функционирования таких систем требуется самое высокое давление среди всех видов мембранных технологий.
Диаметр пор в этих мембранах колеблется в пределах от 1 до 0,1 нанометра. Это оборудование используется в процессе очистки пермеата сыворотки после нанофильтрации, при сгущении цельного и обезжиренного молока для последующей транспортировки на большие расстояния, а также в технологических линиях по производству лактозы.
Микропартикуляция
Микропартикуляция применяется для последующей переработки концентрата сывороточных белков. Процесс основан на термическом воздействии на основные фракции — α-лактальбумин и β-лактоглобулин. Под влиянием высокой температуры происходит денатурация этих белков с последующей агрегацией. Далее они подвергаются механической обработке, в ходе которой белковые спайки приобретают форму и размер, схожие с жировыми шариками.
Данное оборудование используется при производстве продуктов с невысокой жирностью. Например, йогуртов, сыров, кисломолочных напитков, творожных изделий и мороженого.
Области применения и возможности
Мембранные технологии отличаются высокой точностью разделения компонентов, низкой рабочей температурой и отсутствием фазовых переходов, что делает их особенно востребованными в переработке молочной продукции. Эти методы находят широкое применение для стерилизации, обезжиривания, сортировки белков, удаления сахаров и солей, а также для концентрирования различных фракций.
Ниже представлены основные области применения:
- Обезжиривание молока. На первом этапе жир удаляется центрифугированием, после чего остаточный жир устраняется с помощью микрофильтрационных мембран.
- Стерилизация и фильтрация обезжиренного молока. Используются микрофильтрационные мембраны с крупными порами, включая керамические и рулонные варианты.
- Концентрация цельного молока (например, для сыров). Применяются ультрафильтрационные мембраны для сгущения молочной массы.
- Опреснение обезжиренного молока. Эффективно проводится с помощью нанофильтрационных мембран.
- Удаление лактозы. Ультрафильтрационные мембраны позволяют избирательно удалять лактозу из обезжиренного молока.
- Концентрация казеина. Для получения мицеллярного казеинового концентрата применяют прямую ультрафильтрацию с использованием керамических и рулонных мембран.
- Разделение казеина и сывороточного белка. Используются крупнопористые мембраны — микрофильтрационные и рулонные ультрафильтрационные.
- Удаление остатков жира из сыворотки. Осуществляется с помощью микрофильтрационных либо крупнопористых ультрафильтрационных мембран.
- Получение сывороточного белка. В этом процессе применяются мелкопористые ультрафильтрационные мембраны, способные концентрировать белок и одновременно удалять минеральные вещества и лактозу.
- Производство лактозного концентрата. Выполняется методом нанофильтрационного сгущения пермеата, полученного при ультрафильтрации сывороточного белка.
- Извлечение минеральных веществ. Обратный осмос позволяет выделить соли из нанофильтрационного пермеата, формируя концентрат, используемый повторно в сыроварении.
- Изготовление концентрированного йогурта: Для этого применяют ультрафильтрационные керамические и роторные мембраны.
Фильтрация для производства безлактозного молока
Одним из наиболее эффективных и современных методов получения полностью безлактозных молочных продуктов является мембранная фильтрация. В данной технологии используется особая система обработки: начинается процесс с ультрафильтрации, дополненной диафильтрацией, продолжается через нанофильтрацию и завершается обратным осмосом. Такой комплексный подход позволяет практически полностью удалить лактозу, сохраняя при этом пищевую ценность и натуральный вкус продукта.
Существует и промежуточный метод получения продуктов с пониженным содержанием лактозы. Он включает предварительный гидролиз лактозы с расщеплением ее на глюкозу и галактозу, после чего молоко дополнительно обрабатывается мембранной фильтрацией для снижения остаточной сладости.
Мембранные технологии фильтрации позволяют не только улучшить свойства традиционных продуктов, но и разрабатывать новые решения — от безлактозного молока до белковых изолятов для специализированного питания.
