способ производства молочного продукта с пониженным содержанием спор и бактерий и установка для его осуществления, способ получения молочной сыворотки с пониженным содержанием спор и бактерий и установка для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ производства молочного продукта с пониженным содержанием спор и бактерий, в частности, для обработки молока (М) с получением стандартизированного молока для потребления людьми или для изготовления сыра, или творога, или порошкового обезжиренного молока, или порошкового цельного молока, в котором молоко (М) подают в виде фракции сливок (CR) и фракции обезжиренного молока (SM), фракцию сливок (CR), содержащую споры, бактерии (микроорганизмы), стерилизуют, фракцию обезжиренного молока (SM), содержащую споры, бактерии (микроорганизмы) и жир, подвергают микрофильтрации (MF), приводящей к ее разделению на ретентат, имеющий повышенное содержание микроорганизмов и жира, и на пермеат, состоящий из обезжиренного молока с пониженным содержанием микроорганизмов и жира, и стерилизованную фракцию сливок (SCR) и пермеат объединяют в определенной пропорции и смешивают для получения молочного продукта (стандартизированного молока для потребления людьми (STM) или для изготовления сыра или творога (STKM)), отличающийся тем, что микрофильтрацию (MF) фракции обезжиренного молока (SM), содержащей микроорганизмы и жир, осуществляют в две стадии (I, II), при этом первый пермеат (I), образованный на первой стадии (I) и состоящий из обезжиренного молока с пониженным содержанием микроорганизмов и жира смешивают со стерилизованной фракцией сливок (SCR), ретентат (RI) с первой стадии (I) подают на вторую стадию (II) и рециркулируют второй пермеат (PII), полученный на второй стадии (II), по меньшей мере, частично во фракцию обезжиренного молока (SM) на вход первой стадии (I).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что весь указанный второй пермеат (II) подают на вход первой стадии (I).

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что часть указанного второго пермеата (II) отводят непосредственно в первый пермеат (I).

4. Способ по пп.1, 2 или 3, отличающийся тем, что фракцию сливок (CR) и фракцию обезжиренного молока (SM) получают от осуществляемого раньше по ходу процесса сепарирования молока (М) центрифугированием (CF).

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что фракцию сливок (CR) и фракцию обезжиренного молока (SM) хранят между их получением сепарированием центрифугированием (CF) и их дальнейшей обработкой.

6. Способ по пп.1, 2 или 3, отличающийся тем, что фракцию сливок (CR) и фракцию обезжиренного молока (SM) получают из источника, находящегося раньше по ходу процесса.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что микрофильтрацию, по меньшей мере, на одной из стадий (I, II), осуществляют со скоростью поперечного потока (v) фильтруемой жидкости по поверхности фильтра в интервале 4<v<10 м/с, предпочтительно v6 м/с.

8. Установка для осуществления способа по любому из пп.1-7, содержащая стерилизационное устройство (12) для нагревания фракции сливок (CR) до подходящей температуры стерилизации, микрофильтрационное устройство (I, II) для разделения фракции снятого молока (SM) на ретентат, имеющий повышенное содержание микроорганизмов и жира, и на пермеат, состоящий из обезжиренного молока с пониженным содержанием микроорганизмов и жира, и зону смешивания (14) стерилизованной фракции сливок (SCR) и пермеата, отличающаяся тем, что микрофильтрационное устройство (I, II) состоит из первой секции (I) и второй секции (II), первый подающий трубопровод (3) для подачи фракции обезжиренного молока (SM) выходит в первую секцию (I) микрофильтрационного устройства, первая секция (I) микрофильтрационного устройства соединена со второй секцией (II) микрофильтрационного устройства первым соединительным трубопроводом (4), а с зоной смешивания (14) - трубопроводом (7) для пермеата, и вторая секция (II) микрофильтрационного устройства соединена с входом первой секции (I) микрофильтрационного устройства трубопроводом для рециркулирования первого пермеата (5).

9. Установка по п.8, отличающаяся тем, что имеет трубопровод (8) для ретентата, соединяющий вторую секцию (II) микрофильтрационного устройства со стерилизационным устройством, выбранным из указанного стерилизационного устройства (12) и сепарирующего устройства (9).

10. Установка по п.8 или 9, отличающаяся тем, что второй рециркулирующий трубопровод (5а) отходит от указанного первого рециркулирующего трубопровода (5) и подключен к трубопроводу пермеата (7).

11. Установка по п.9 или 10, отличающаяся тем, что содержит центробежный сепаратор (2), с которым соединены указанный первый подающий трубопровод (3) и второй подающий трубопровод (11) для фракции сливок (CR).

12. Установка по п.11, отличающаяся тем, что первая емкость для хранения фракции обезжиренного молока (SM) подключена к первому подающему трубопроводу (3), а вторая емкость для хранения фракции сливок (CR) подключена ко второму подающему трубопроводу (11).

13. Установка по любому из пп.8-10, отличающаяся тем, что первый подающий трубопровод (3) начинается в третьей емкости для хранения фракции обезжиренного молока (SM), а второй подающий трубопровод (11) начинается в четвертой емкости для хранения фракции сливок (CR).

14. Установка по любому из пп.8-13, отличающаяся тем, что первая секция (I) микрофильтрационного устройства и/или вторая секция (II) микрофильтрационного устройства содержат каждая, по меньшей мере, один микрофильтрационный модуль, причем микрофильтрационный модуль содержит, по меньшей мере, один микрофильтрационный элемент, герметизированный в корпусе, имеющем соединения для фильтруемой жидкости и для пермеата и ретентата, микрофильтрационный элемент содержит пористый носитель, проницаемый для пермеата, и имеет, по меньшей мере, один канал, через который протекает фильтруемая жидкость, и стенки канала образуют несущую поверхность для микрофильтрационной мембраны.

15. Установка по п.14, отличающаяся тем, что один или более признаков конструкции микрофильтрационного элемента, таких, как градиент толщины слоя активной мембраны, порозность мембранного слоя и/или подложки, при рассмотрении по длине, воздействуемой потоком жидкости, компенсирует разность давлений между стороной для фильтруемой жидкости и стороной для пермеата.

16. Установка по любому из пп.8-15, отличающаяся тем, что каждая из секций микрофильтрации (I, II) содержит, по меньшей мере, одну микрофильтрационную мембрану, имеющую размер пор 0,05-5,0 мкм.

17. Установка по п.16, отличающаяся тем, что размер пор составляет 0,8-1,4 мкм.

18. Установка по любому из пп.8-17, отличающаяся тем, что указанная, по меньшей мере, одна микрофильтрационная мембрана (мембраны) состоит (состоят) из керамического материала.

19. Способ получения молочной сыворотки (W) или предварительно концентрированной молочной сыворотки (W*) с пониженным содержанием спор и бактерий, в котором молочную сыворотку (W), (W*), содержащую споры и бактерии (микроорганизмы), подвергают микрофильтрации (MF), приводящей к ее разделению на ретентат, имеющий повышенное содержание микроорганизмов, и пермеат с пониженным содержанием микроорганизмов, отличающийся тем, что микрофильтрацию (MF) содержащей микроорганизмы молочной сыворотки (W, W*) осуществляют в две стадии (I, II) с получением в результате на первой стадии (I) первого пермеата (PI), состоящего из сыворотки с пониженным содержанием микроорганизмов, при этом ретентат (RI) с первой стадии (I) подают на вторую стадию (II) и рециркулируют второй пермеат (PII), образованный на второй стадии (II), полностью или частично в молочную сыворотку (W, W*) на вход первой стадии (I).

20. Способ по п.19, отличающийся тем, что весь второй пермеат PII рециркулируют на вход первой стадии (I).

21. Способ по п.19, отличающийся тем, что часть второго пермеата (PII) рециркулируют непосредственно в первый пермеат (PI).

22. Установка для осуществления способа по любому из пп.19-21, имеющая микрофильтрационное устройство для разделения молочной сыворотки (W, W*) на ретентат, имеющий повышенное содержание микроорганизмов, и пермеат, состоящий из молочной сыворотки с пониженным содержанием микроорганизмов, и трубопровод для отвода пермеата из микрофильтрационного устройства и трубопровод для отвода ретентата из микрофильтрационного устройства, отличающаяся тем, что микрофильтрационное устройство содержит, по меньшей мере, первую секцию (I) и вторую секцию (II), первый подающий трубопровод (3) для молочной сыворотки (W, W*) выходит в первую секцию (I) микрофильтрационного устройства, первая секция (I) микрофильтрационного устройства соединена со второй секцией (II) микрофильтрационного устройства первым соединительным трубопроводом (4) и трубопроводом (7) для пермеата с выходом из микрофильтрационного устройства и вторая секция (II) микрофильтрационного устройства соединена с выходом из микрофильтрационного устройства трубопроводом (8) для ретентата и с первым подающим трубопроводом (3) через первый рециркулирующий трубопровод (5).

23. Установка по п.22, отличающаяся тем, что второй рециркулирующий трубопровод (5а) отходит от указанного первого рециркулирующего трубопровода (5) и подключен к трубопроводу пермеата (7).

24. Установка по п.22, отличающаяся тем, что первая секция (I) микрофильтрационного устройства и/или вторая секция (II) микрофильтрационного устройства содержат каждая, по меньшей мере, один микрофильтрационный модуль, причем микрофильтрационный модуль содержит, по меньшей мере, один микрофильтрационный элемент, герметизированный в корпусе, имеющем соединения для фильтруемой жидкости и для пермеата и ретентата, микрофильтрационный элемент содержит пористый носитель, проницаемый для пермеата и имеет, по меньшей мере, один канал, через который протекает фильтруемая жидкость, и стенки канала образуют несущую поверхность для микрофильтрационной мембраны.

25. Установка по п.24, отличающаяся тем, что один или более признаков конструкции микрофильтрационного элемента, таких, как градиент толщины слоя активной мембраны, порозность мембранного слоя и/или подложки, при рассмотрении по длине, воздействуемой потоком жидкости, компенсирует разность давлений между стороной для фильтруемой жидкости и стороной для пермеата.

26. Установка по любому из пп.22-25, отличающаяся тем, что каждая из указанных секций (I, II) содержит, по меньшей мере, одну микрофильтрационную мембрану, имеющую размер пор 0,05-5,0 мкм.

27. Установка по п.26, отличающаяся тем, что размер пор составляет 0,8-1,4 мкм.

28. Установка по п.26 или 27, отличающаяся тем, что указанная, по меньшей мере, одна микрофильтрационная мембрана (мембраны) состоит (состоят) из керамического материала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству молочного продукта с пониженным содержанием спор и бактерий и, в частности, к способу обработки молока для получения стандартизированного (нормализованного) молока для потребления или для изготовления творога или сыра, или для получения порошкового обезжиренного молока или порошкового цельного молока, а также к устройству для осуществления способа и также к способу получения молочной сыворотки или предварительно концентрированной молочной сыворотки с пониженным содержанием спор и бактерий, а также к устройству для его осуществления.

При получении стандартизированного молока для потребления или для изготовления сыра или творога, или молочного порошка исходный материал, а именно молоко традиционно разделяют на фракцию сливок и фракцию обезжиренного молока перед последующей переработкой. Фракцию сливок, которая имеет высокое содержание спор и бактерий (микроорганизмов), подвергают термообработке, обеспечивающей максимальное уничтожение указанных микроорганизмов (стерилизации). Параллельно с термообработкой фракции сливок, фракцию обезжиренного молока, которая также содержит споры и бактерии (микроорганизмы) и некоторый жир, подвергают микрофильтрации, приводящей к разделению этой фракции на ретентат, несущий увеличенное содержание микроорганизмов и жира, и пермеат, состоящий из снятого молока с пониженным содержанием микроорганизмов и жира. Стерилизованную фракцию сливок и пермеат, состоящий из обезжиренного молока с пониженным содержанием микроорганизмов и жира, объединяют и смешивают в определенной пропорции для получения желаемых молочных продуктов.

Преимуществом известного способа переработки является то, что только минимальная часть молочного продукта, а именно фракция сливок должна быть стерилизована для получения стандартизированного молока для потребления людьми или для изготовления сыра или творога, имеющего пониженное содержание микроорганизмов. Таким образом пермеат, состоящий из обезжиренного молока с пониженным содержанием микроорганизмов и жира, не должен нагреваться, когда содержание таких микробиологических загрязнений является достаточно низким. При устранении стадии указанного нагревания удается избежать более или менее выраженного превращения белков в пермеате из-за денатурации, а также предотвратить полную или частичную деструкцию ферментов в пермеате.

Хорошо известно, что такие изменения молока помимо прочего влияют на способность молока к свертыванию при использовании для изготовления творога или сыра. Это может, например, привести к высвобождению влаги в процессе последующего созревания сыра, или, если молоко было подвергнуто интенсивному нагреванию, оно может стать полностью непригодным для изготовления сыра.

Возможность опустить термообработку или, по меньшей мере, использовать только мягкую термообработку пермеата благодаря низкому содержания в нем микроорганизмов, влияющих на срок хранения молочного продукта (бактерии, дрожжи, грибки, вирусы и бактериофаги), является преимуществом в отношении получения стандартизированного молока для потребления людьми. Поэтому желательные органолептические и пищевые характеристики молока сохраняются, по меньшей мере, в указанном компоненте смеси.

Кроме того, сокращение микрофильтрации до обработки только фракции снятого молока позволяет значительно увеличить пропускную способность микрофильтрационного устройства.

Задачей изобретения является создание способа, определенного в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. Способ такого типа известен из ЕР 0194286 В1 или US 4876100. Однако данный способ ограничен в отношении извлечения фракции сливок и фракции обезжиренного молока использованием предварительного разделения молока центрифугированием в пространственной близости к последующей обработке. При указанном способе микрофильтрация обезжиренного молока является особенно важной. Снятое молоко в процессе микрофильтрации рециркулируется в контур, включающий микрофильтрационное устройство, расположенное так, чтобы обезжиренное молоко протекало параллельно поверхности мембраны фильтра (проточная фильтрация). Микрофильтрационное устройство снабжено трубами и подсоединено традиционным образом, т.е. в микрофильтрационной установке, состоящей из микрофильтрационного устройства и принадлежащих ей трубопроводов, в которую через питающий трубопровод подают снятое молоко, подлежащее фильтрации, а пермеат, проходящий через микрофильтрационную мембрану, а также концентрат (ретентат), который образуется в проточном контуре, извлекают из микрофильтрационной установки через подсоединенные к ней трубопроводы. Затем ретентат стерилизуют. В варианте выполнения установки рециркуляционный контур соединен с выходом пермеата из микрофильтрационного устройства, и насос используется для рециркулирования пермеата из микрофильтрационного устройства на вход циркуляционного контура. Не описано, в какой пропорции любой пермеат рециркулируется в циркуляционном контуре одностадийной микрофильтрационной установки, с какой целью осуществляется такое рециркулирование и какой поэтому получается результат.

Другой способ рассматриваемого типа известен из ЕР 0697816 B1. Также и в этом способе получают фракцию сливок и фракцию обезжиренного молока путем центрифугирования молока в пространственной близости к последующей обработке. При указанном способе концентрат, содержащий споры и бактерии (микроорганизмы), который выходит из микрофильтрационной установки в качестве ретентата, рециркулируют на центрифугирование и смешивают с молоком, подаваемым на центробежный сепаратор.

Способ по ЕР 0697816 B1 может быть использован только когда фракции сливок и обезжиренного молока получают из центробежного сепаратора, соединенного до установки для их дальнейшей обработки и пространственно вблизи от указанной установки. Таким образом, этот способ не может быть использован, когда, например, две фракции обеспечивают из питающих резервуаров, подсоединенных перед оборудованием для дальнейшей обработки пространственно вблизи него.

Публикация WO 91/09667 описывает способ осуществления тангенциальной микрофильтрации, обратного осмоса или ультрафильтрации с использованием двухстадийной установки. Не дается никакой информации по рассматриваемой области применения. В этом способе ретентат, полученный на первой стадии, подают на вторую стадия. Не указано, как пермеаты от двух стадий используются и обрабатываются. Способ данного типа, в котором два пермеата объединяются, показан на фиг.3 на прилагаемых чертежах.

Количество микробов в конечных продуктах известных способов, использующих микрофильтрацию, в молочной промышленности является неудовлетворительным из-за обезжиренного молока, используемого для смешивания с фракцией сливок. По вышеуказанным причинам (полное исключение термообработки или только мягкая термообработка) желательно обеспечить снижение содержания микроорганизмов в доступном обезжиренном молоке насколько возможно, т.к. указанные микроорганизмы оказывают решающее влияние на срок хранения молочного продукта.

Из WO 00/74495 и патента США 5685990 известно осуществление фильтрации, включая микрофильтрацию, с использованием двух или более стадий. Пермеат с одной стадии подают на следующую одну или более стадий, что означает, что он проходит через, по меньшей мере, две мембраны. Поэтому достигается эффективная и надежная очистка, но ценой пропускной способности на требуемую поверхность фильтра. Другим недостатком является повторное рециркулирование фракции, имеющей самое высокое содержание бактерий.

Недостатки вышеописанных известных способов получения стандартизированного молока для потребления или для изготовления сыра также существуют, когда порошковое обезжиренное молоко или порошковое цельное молоко является конечным молочным продуктом. Задачей настоящего изобретения является создание способа рассматриваемого типа, согласно которому можно получить желаемый молочный продукт посредством обезжиренного молока с пониженным содержанием микроорганизмов (микробов и бактерий) по сравнению с содержанием микроорганизмов в известных способах. Кроме того, изобретение позволяет получать молочную сыворотку или предварительно концентрированную молочную сыворотку с пониженным содержанием спор и бактерий, с использованием признаков данного способа.

Задача изобретения решается способом, имеющим признаки, определенные в пункте 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты предложенного способа изложены в зависимых пунктах. Устройство для осуществления предложенного способа характеризуется признаками пункта 6 формулы изобретения. Предпочтительные варианты предложенного устройства изложены в пунктах, зависимых от пункта 6. Независимый пункт 18 формулы изобретения характеризует способ получения молочной сыворотки или предварительно концентрированной молочной сыворотки с пониженным содержанием спор и бактерий, и пункт 19 формулы изобретения касается предпочтительного варианта данного способа. Устройство для осуществления данного способа характеризуется признаками пункта 20 формулы изобретения, и пункт 21 характеризует предпочтительный вариант устройства.

Согласно изобретению, в способе используют двухстадийную микрофильтрацию. Первый пермеат, образованный на первой стадии микрофильтрации и состоящий из обезжиренного молока с пониженным содержанием микроорганизмов и жира, смешивают со стерилизованной фракцией сливок. На вторую стадию микрофильтрации подают ретентат с первой стадии, а второй пермеат, полученный на второй стадии, полностью или частично рециркулируют во фракцию обезжиренного молока на входе в первую стадию.

Способом по изобретению можно значительно снизить содержание микроорганизмов и жира в полученном пермеате по сравнению с соответствующим содержанием микроорганизмов и жира в пермеате известных способов. Соответствующие сравнительные данные могут быть найдены ниже а примерах (таблицы 1 и 2).

Дополнительным преимуществом способа по изобретению является то, что пониженное содержание микроорганизмов в пермеате, что значительно влияет на срок хранения молочного продукта, может быть получено без лишних затрат на дополнительное оборудование. В варианте предложенного способа содержание микроорганизмов в пермеате может удерживаться в некоторых пределах, когда часть второго пермеата добавляют непосредственно к первому пермеату.

Предложенный способ обычно применим в рабочих условиях, в которых фракции сливок и обезжиренного молока получают после сепарирования молока центрифугированием, проводимого пространственно вблизи от дальнейшей обработки. В данном случае указанные две фракции могут подаваться на дальнейшую обработку с расположенного раньше по ходу центрифугирования, или две фракции могут храниться после центрифугирования и направляться на дальнейшую обработку только позднее и/или в другом месте.

Другим преимуществом предложенного способа является то, что он может быть также использован в таких рабочих условиях, когда две фракции обеспечивают из источника, расположенного пространственно вблизи и раньше по ходу от их дальнейшей обработки, т.е. без прямой или косвенной пространственной зависимости от центрифугирования молока.

Существенным признаком предложенного устройства для осуществления способа по изобретению является двухстадийное микрофильтрационное устройство. Две стадии осуществляют способом, известным как таковой из соответствующих аналогов, поскольку конструкция микрофильтрационного устройства относится и достаточно описана в существующей технике (смотри, например, Societe de Ceramique Techniques (SCT), MEMBRALOX USERS' MANUAL). В первом варианте двухстадийное микрофильтрационное устройство соединено непосредственно с центробежным сепаратором. Кроме того, емкость для хранения рассматриваемых фракций может быть введена в подающий трубопровод для фракции сливок и в подающий трубопровод для фракции обезжиренного молока от центробежного сепаратора. Кроме того, две фракции согласно другому варианту могут быть каждая взята из емкости для хранения независимо от наличия центробежного сепаратора.

Первая секция микрофильтрационного устройства и вторая секция микрофильтрационного устройства имеют, по меньшей мере, один микрофильтрационный модуль. Каждый микрофильтрационный модуль имеет, по меньшей мере, один микрофильтрационный элемент, герметизированный в корпусе, имеющем соединения для фильтруемой жидкости, а также для пермеата и ретентата. Микрофильтрационный элемент предпочтительно выполнен из пористого носителя, проницаемого для пермеата, и содержит по меньшей мере один трубопровод, через который течет фильтруемая жидкость, причем стенки трубопровода образуют поверхность носителя для микрофильтрационной мембраны.

Срок работы для таких микрофильтрационных элементов и так называемый пропускной поток через микрофильтрационную мембрану таких элементов улучшается или увеличивается, когда одна или более характеристик конструкции микрофильтрационного элемента, таких как градиенты толщины активного мембранного слоя, порозность мембранного слоя и/или подложки, при рассмотрении по длине, подвергаемой воздействию потока жидкости, компенсирует разность давления между стороной для фильтруемой жидкости и стороной для пермеата, как в случае предпочтительного варианта изобретения.

Секции микрофильтрационного устройства по изобретению оборудованы одинаковыми или различными микрофильтрационными мембранами, имеющими размер пор 0,05-5,0 мкм. Для получения стандартизированного молока для потребления людьми или изготовления творога (сыра) предпочтительно использовать размер пор 0,8-1,4 мкм. Для других применений могут быть использованы меньшие размеры пор, до 0,05 мкм.

Срок работы и так называемый пропускной поток микрофильтрационной мембраны улучшаются и становятся оптимальными, когда скорость тангенциального (поперечного) потока через микрофильтрационную мембрану в циркуляционный контур первого и/или второго микрофильтрационного модуля находится в интервале 4<v<10 м/с, предпочтительно v6 м/с.

По существу могут быть использованы все доступные мембранные материалы, подходящие для желаемого молочного или сывороточного продукта. Особенно удовлетворительные результаты получают в вариантах, использующих керамические мембранные материалы, имеющие высокую химическую стойкость. Это особенно важно в процессе операций очистки (CIP-очистка), обязательно выполняемых через постоянные интервалы.

Предложенный способ включает также другое важное применение, а именно снижение содержания спор и бактерий в молочной сыворотке или в предварительно концентрированной молочной сыворотке без проведения термообработки этих сывороток. Это является важным, поскольку такие компоненты молочной сыворотки, как белки и лактоза, имеют пищевую ценность и должны подвергаться превращениям как можно меньше. Кроме того, структурное развитие сыроваренной промышленности привело к производству количеств сыворотки, превышающих количество, которое может быть использовано непосредственно в корм скоту. Из-за наличия в ней органических компонентов, таких как белки и лактоза, ее сброс в сточные воды не допускается.

При указанном применении настоящего способа сыворотку, содержащую споры и бактерии, подвергают микрофильтрации подобно вышеописанной обработке фракции обезжиренного молока, полученной из молока. Сыворотку разделяют известным по себе способом на ретентат, имеющий повышенное содержание спор и бактерий, и на пермеат с пониженным содержанием микроорганизмов.

Микрофильтрацию сыворотки, содержащей микроорганизмы, осуществляют в две стадии, поэтому первая стадия дает первый пермеат, состоящий из сыворотки с пониженным содержанием микроорганизмов. На последующую вторую стадию подают ретентат с первой стадии, а второй пермеат, полученный на второй стадии, рециркулируют полностью или частично на вход первой стадии.

Согласно варианту предложенного способа, содержание микроорганизмов в пермеате в данном применении может также изменяться в некоторых пределах, если часть второго пермеата рециркулируют непосредственно в первый пермеат.

Установка для осуществления способа получения молочной сыворотки с пониженным содержанием спор и бактерий, поскольку она также касается рассматриваемого устройства для микрофильтрации, соответствует установке, используемой для обработки фракции обезжиренного молока, полученной из цельного молока. Варианты этой установки соответствуют вариантам рассматриваемой установки, используемой для обработки молочной сыворотки.

Можно сделать вывод, что варианты изобретения в различных его применениях (молочные или сывороточные продукты), кроме вышеуказанных преимуществ, таких как снижение содержания спор и бактерий в молочных и сывороточных продуктах, всегда обеспечивают снижение затрат и энергопотребления по сравнению с известными способами и устройствами.

Далее изобретение дополнительно поясняется на примере его выполнения со ссылкой на чертежи, на которых

фиг.1 - технологическая схема, показывающая принципы варианта выполнения способа и установки по изобретению;

фиг.2 - технологическая схема двухстадийной микрофильтрации по фиг.1, показывающая объемный баланс расхода и концентрации, который теоретически может быть получен способом по изобретению с использованием данных для микрофильтрации, выбранных для примера; и

фиг.3 - технологическая схема, которая для сравнения показывает объемный баланс расхода и концентрации в известной двухстадийной микрофильтрации.

Перечень позиций и сокращений, использованных на чертежах

Фиг.1

Установка:

1 - трубопровод

2 - центробежный сепаратор

3 - первый подающий трубопровод

4 - первый соединительный трубопровод

5 - первый рециркулирующий трубопровод

5а - второй рециркулирующий трубопровод

6 - рециркулирующий насос

7 - трубопровод для пермеата

8 - трубопровод для ретентата

9 - второе стерилизационное устройство

10 - первый выпускной трубопровод

11 - второй подающий трубопровод

12 - первое стерилизационное устройство

13 - второй соединительный трубопровод

14 - зона смешивания

15 - второй выпускной трубопровод

I - первая секция (стадия I) микрофильтрационного устройства

I.1 - первый микрофильтрационный модуль

I.2 - первый циркуляционный контур

I.3 - первый циркуляционный насос

VCFII - показатель объемной концентрации (стадия II)

Стадии способа

MF - микрофильтрация

MFI - первая микрофильтрация (стадия I)

MFII - вторая микрофильтрация (стадия II)

CF - центрифугирование

ST - стерилизация

Потоки веществ

М - молоко

CR - фракция сливок

SCR - стерилизованные сливки

SM - фракция обезжиренного молока

F - питание на микрофильтрацию (фильтруемая жидкость)

PI - первый пермеат

RI - первый ретентат

PII - второй пермеат

RII - второй ретентат

SRII - стерилизованный второй ретентат

Q_I.2 - объемный расход в первом циркуляционном контуре

Q_II.2 - объемный расход во втором циркуляционном контуре

STM - стандартизированное молоко для потребления людьми

STKM - стандартизированное молоко для изготовления творога/сыра

Фиг.2 и 3

Объемный баланс расхода и концентрации:

Q_F - объемный расход питания стадии микрофильтрации MF (л/ч)

Q_FII - объемный расход второго пермеата (л/ч)

Q_F+PII - объемный расход питания и второго пермеата (л/ч)

Q_PI - объемный расход первого пермеата (л/ч)

Q_RI - объемный расход первого ретентата (л/ч)

Q_RII - объемный расход второго ретентата (л/ч)

C_F - концентрация микроорганизмов в питании (бак/мл)

С_PII - концентрация микроорганизмов во втором пермеате (бак/мл)

C_F+PII - концентрация микроорганизмов в питании плюс второй пермеат (бак/мл)

C_PI - концентрация микроорганизмов в первом пермеате (бак/мл)

C_RI - концентрация микроорганизмов в первом ретентате (бак/мл)

C_RII - концентрация микроорганизмов во втором ретентате (бак/мл)

Фиг.3

Р - полный пермеат от микрофильтрации MF

Q_P - объемный расход полного пермеата (л/ч)

С_P - концентрация микроорганизмов в полном пермеате (бак/мл)

Подробное описание изобретения

На фиг.1 буквой М обозначено обрабатываемое молоко, которое подают на центробежный сепаратор 2 по трубопроводу 1. В центробежном сепараторе 2 молоко М на стадии CF способа центрифугирования сепарируют на фракцию сливок CR и фракцию обезжиренного молока SM. Последнюю фракцию подают (поток F) по первому подающему трубопроводу 3 к микрофильтрационному устройству I, II, содержащей две стадии I и II. На первой стадии, в первой секции (I) микрофильтрационного устройства происходит разделение фракции обезжиренного молока SM, содержащей микроорганизмы (споры и бактерии) и жир, на первый ретентат RI, имеющий повышенное содержание микроорганизмов и жира, и на первый пермеат PI, состоящий из обезжиренного молока с пониженным содержанием микроорганизмов и жира. Первая секция микрофильтрации I имеет (в показанном варианте только один) первый микрофильтрационный модуль I.1, из которого выходит первый подающий трубопровод 3. Первый ретентат RI выходит из первого микрофильтра I.1 по первому соединительному трубопроводу 4 и потом поступает (в показанном варианте только один) во второй микрофильтрационный модуль II.1 во второй секции (II) микрофильтрации. В первой секции (I) микрофильтрации циркуляционный контур I.2, содержащий первый циркуляционный насос I.3, соединяет первый соединительный контур 4 с первым питающим трубопроводом 3. Первый пермеат PI, полученный в первой секции (I) микрофильтрации, выводят по трубопроводу 7 для пермеата, соединенному с зоной смешивания 14. Через первый циркуляционный контур I.2 первый ретентат RI подают с объемным расходом, который зависит от конструкции микрофильтрационного элемента и в настоящем примере составляет Q_I.24700 л/ч, что дает скорость поперечного потока v6 м/с, благоприятно влияющую на срок работы и пропускную способность микрофильтрационной мембраны.

Вторая секция (II) микрофильтрации выполнена аналогично первой секции (I) микрофильтрации. Она имеет (в показанном варианте только один) второй микрофильтрационный модуль II.1, второй циркуляционный контур II.2, содержащий второй циркуляционный насос II.3, и с помощью трубопровода 8 для ретентата для выведения второго ретентата RII соединена со вторым стерилизационным устройством 9. В этом устройстве второй ретентат RII, имеющий повышенное содержание микроорганизмов и жира, подвергают стерилизации ST. Через первый выпускной трубопровод 10 стерилизованный второй ретентат SRII удаляют из устройства для дальнейшего использования. Для обеспечения достаточной скорости (v) поперечного потока осуществляют рециркулирование во втором микрофильтрационном модуле второго ретентата RII через второй циркуляционный контур II.2 с необходимым объемным расходом Q_II.2. В качестве альтернативы для стерилизации второго ретентата RII во втором стерилизационном устройстве 9 указанный ретентат может быть введен выше по потоку от первого стерилизационного устройства 12 (упомянутого ниже) и стерилизован в нем вместе с фракцией сливок.

Согласно первому альтернативному варианту способа, второй пермеат PII, образованный во второй секции (II) микрофильтрации, полностью рециркулируют из нее через первый рециркулирующий трубопровод 5, в который может быть вставлен рециркулирующий насос 6, во фракцию обезжиренного молока SM в первом подающем трубопроводе 3 на вход в первую секцию (I) микрофильтрации. Рециркулирующий насос 6 может быть исключен, если давление в пермеате PII выше давления в подаваемом потоке F. Такие предпочтительные относительные давления могут быть получены надлежащим регулированием. При указанном рециркулировании второго пермеата PII объемный поток достигает первой секции (I) микрофильтрации, и этот поток состоит из объемного потока F и объемного потока второго пермеата PII. Сокращение VCFI обозначает так называемый объемно-пропорциональный показатель первой секции I микрофильтрации и он показывает отношение объема потока Q_F+PII, состоящего из подаваемого потока F и второго пермеата PII, текущего в первую секцию (I) микрофильтрации, к объему потока Q_RI первого ретентата RI (VCFI=Q _F+PII/Q_RI).

Аналогично сокращение VCFII показывает отношение объема потока Q_RI первого ретентата RI, текущего во вторую секцию (II) микрофильтрации, к объему выходящего потока O_RII второго ретентата RII (VCFII=Q _RI/Q_RII). Помимо указанных объемных соотношений расходов, которые показывают пропускную способность секций микрофильтрации I и II, сепарационная характеристика микрофильтрационных модулей I.1 и II.2 определяется выбором материалов, используемых в качестве микрофильтрационных мембран, и в этом отношении, в частности, важным является размер пор материалов. При использовании микрофильтрационных мембран, имеющих размер пор в интервале от 0,8 до 1,4 мкм, предпочтительно керамических мембранных материалов, можно получить снижение содержания микроорганизмов (спор и бактерий) в рассматриваемом пермеате PI или PII в 1000 раз по сравнению с соответствующим подаваемым потоком (F+PII или RI), смотри также фиг.2.

Согласно второму альтернативному варианту способа, только часть второго пермеата PII, образованного во второй секции (II) микрофильтрации, рециркулирует во фракцию обезжиренного молока SM на вход в первую секцию (I) микрофильтрации. Остальную часть подводят к первому пермеату PI перед зоной смешивания 14 через второй рециркулирующий трубопровод 5а, который отходит от первого рециркулирующего трубопровода 5 после рециркулирующего насоса 6 и выходит в трубопровод пермеата 7. С помощью указанных средств содержание микроорганизмов в первом пермеате PI может изменяться и регулироваться в некоторых пределах.

Фракцию сливок CR, полученную от центробежного сепаратора 2, подводят через второй подающий трубопровод 11 к первому стерилизационному устройству 12 (стадия стерилизации способа ST), которое путем нагревания фракции сливок CR до подходящей температуры стерилизации обеспечивает стерилизованные сливки SCR. При помощи второго соединительного трубопровода 13 их подают из первого стерилизационного устройства 12 в зону смешивания 14, в которой фракцию стерилизованных сливок SCR и первый пермеат PI объединяют в определенной пропорции и смешивают с получением желаемого молочного продукта, а именно стандартизированного молока для потребления людьми (STM) или стандартизированного молока для изготовления творога/сыра (STKM). Молоко для потребления людьми (STM) или молоко для изготовления творога/сыра (STKM) с помощью выпускного трубопровода 15 из зоны смешивания 14 отводят на дополнительную обработку, например на пастеризацию (не показано).

Если требуется, эффект снижения содержания микроорганизмов в способе и установке по изобретению может быть усилен путем проведения сепарирующей обработки (не показано) второго пермеата PII, например дополнительной микрофильтрации или бактерофугирования, перед введением его в первый пермеат PI в трубопроводе 7 или в подаваемый поток перед первым микрофильтрационным модулем II.1.

Устройство, схематично показанное на фиг.1 и которое образует базу для расчетов на фиг.2, имеет две стадии микрофильтрации. Однако в объем изобретения входит использование одной или более дополнительных стадий и рециркулирование пермеата от каждой такой дополнительной стадии, по меньшей мере, частично на одну или более стадий выше по потоку относительно потока ретентата.

Баланс объемного расхода и содержания микроорганизмов для установки по изобретению в связи с двухстадийной микрофильтрацией MF (фиг.2)

Исходной точкой для сравнения является фракция обезжиренного молока SM, которую обеспечивают в виде подаваемого потока F для двухстадийной микрофильтрации MF при объемном расходе Q_F=30000 л/ч. Содержание микроорганизмов (спор и бактерий) в подаваемом потоке F составляет С_F=100000 бак/мл.

На первой стадии микрофильтрации MFI первый пермеат PI получают при объемном расходе Q_FI=29700 л/ч. Второй ретентат RII выходит со второй стадии микрофильтрации MFII при объемном расходе Q_RII=300 л/ч, и на указанной второй стадии при объемном расходе Q_PII=1200 л/ч образуется второй пермеат PII, который рециркулируют в подаваемый поток F на вход в первую стадию микрофильтрации MFI. Указанное рециркулирование дает в результате объемный расход Q_F+PII=31200 л/ч, подаваемый на первую стадию микрофильтрации MFI. Первый ретентат RI поэтому выходит с первой стадии микрофильтрации MFI при объемном расходе Q_RI=1500 л/ч, чтобы быть затем поданным на вторую стадию микрофильтрации MFII. Указанные объемные расходы соответствуют показателю объемной пропорции микрофилъграции MFI:VCFI=Q _F+PII/Q_RI=20, 8 и показателю объемной пропорции для второй микрофильтрации MFII: VCFII=Q_RI/Q_RII =5. Указанные отдельные значения выбраны путем примера. Можно даже иметь показатель объемной пропорции VCFII=10.

На основе вышеуказанных объемных потоков и снижения содержания микроорганизмов (в зависимости от выбранного размера пор) в первом пермеате PI и во втором пермеате PII при получаемом отношении содержаний микроорганизмов C_F+PII/C_PI=C _RII/C_PII=1000, это содержание микроорганизмов получают, как показано на фиг.2, на участках рассматриваемого баланса. Очевидно, что первый пермеат PI, который согласно способу по изобретению, подводят в зону смешивания 14 (фиг.1), когда осуществляют рециркулирование всего второго пермеата PII на вход первой микрофильтрации MFI, имеет содержание микроорганизмов только C_PI=96 бак/мл. Это является теоретическим результатом. На практике указанное содержание еще ниже, т.к. часть микроорганизмов погибает от механических воздействий в процессе микрофильтрации и циркуляции. Все объемные расходы и содержания микроорганизмов для способа по изобретению с фиг.2 представлены в следующей таблице 1:

Таблица 1

Объемный расход Q (л/ч)	Содержание микроорганизмов (бак/мл)
QF=20000	C F=100000
QF+PII =31200	CF+PII=96077
QPI=29700	CPI=96
QRI=1500	C RI=1996500
Q PII=1200	CPII=1997
QRII=300	CRII=9990010

Баланс объемных расхода и содержания микроорганизмов для устройства-прототипа, использующего двухстадийную микрофильтрацию MF (фиг.3)

Для сравнения со способом по изобретению получают соответствующий баланс объемных расхода и содержания микроорганизмов для двухстадийной микрофильтрации MF согласно прототипу, как видно из фиг.3 и последующей таблицы (таблица 2). Общий пермеат Р, состоящий из первого пермеата PI и второго пермеата PII, полученных микрофильтрациями MFI и MFII соответственно, имеет вышеуказанный объемный расход Q_P=29700 л/ч, который имеет содержание микроорганизмов С_P=176 бак/мл. Как в способе по изобретению, подаваемый поток F имеет объемный расход Q_F=30000 л/ч и содержание микроорганизмов С_F=100000 бак/мл. Второй ретентат RII, выходящий после микрофильтрации MF, имеет объемный расход Q_RII=300 л/ч, как в способе по изобретению.

В таблице 2 представлены отдельные объемные расходы и соответствующие содержания микроорганизмов:

Таблица 2

Объемный расход Q (л/ч)	Содержание микроорганизмов (бак/мл)
QF=30000	С F=100000
QPI =23500	CPI=100
QRI=1500	CRI=1998100
QPII=1200	CPII=1998
Q RII=300	C RII=9982508
Q P=29700	CP=176

Из приведенного выше видно, что при использовании одинаковых условий содержания микроорганизмов C_PI рассматриваемая для получения стандартизированного молока для потребления или изготовления творога (сыра) из пермеата PI, который смешивают со стерилизованными сливками SCR в способе по изобретению, снижается приблизительно наполовину относительно содержания микроорганизмов в способе-прототипе (C_PI=96 бак/мл в сравнении с C _P=176 бак/мл).

Исходным материалом в варианте, изображенном на фиг.1, является молоко, требующее начального сепарирования на фракцию сливок и фракцию обезжиренного молока. Однако идея изобретения в общем случае применима и может быть использована для обработки исходных материалов, которые не подвергаются такому начальному сепарированию. Кроме того, если используется начальное сепарирование, нет необходимости в том, чтобы способ включал объединение разделенных фракций после их обработки.