электрофлотатор для выделения белков из молочной сыворотки

Формула изобретения

Электрофлотатор для выделения белков из молочной сыворотки, содержащий камеру флотации с вертикальными стенками, дополнительную камеру флотации, систему для диспергирования газа и сборник пены, отличающийся тем, что он снабжен наклонными перекрытиями, в качестве системы для диспергирования газа используются электродные блоки, состоящие из графитового анода, покрывающего днище каждой камеры флотации, и катода из нержавеющей сетки диаметром проволоки 0,4 мм, расположенного на расстоянии 8-10 мм от анода, и обеспечивающие возможность подвода к каждому из них постоянного электрического тока плотностью 50-150 А/м².

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области выделения белковых компонентов из водных гетерогенных систем и может быть использовано в молочной промышленности для извлечения остаточного белка из молочной сыворотки с целенаправленным регулированием аминокислотного состава пенного продукта.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является электрофлотатор для выделения белков из молочной сыворотки, содержащий камеру флотации с вертикальными стенками, дополнительную камеру флотации, систему для диспергирования газа и сборник пены [А.с. №710976, МКИ С 02 F 1/24. Способ извлечения белковых и жировых веществ из водных систем / М.Н.Рабилизиров, Н.Ю.Алексеева, Л.А.Борисова (СССР). Опубл. 25.01.80. Бюл.№3].

Недостатком известного устройства является малая эффективность флотационного процесса в связи с отсутствием возможности генерации пузырьков диаметром менее 0,1 мм, что необходимо для извлечения белков молочной сыворотки, а также невозможность регулирования аминокислотного состава пенного продукта.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности выделения белков из молочной сыворотки и обеспечение возможности регулирования аминокислотного состава пенного продукта.

Техническая задача достигается тем, что в электрофлотаторе для выделения белков из молочной сыворотки, содержащем камеру флотации с вертикальными стенками, дополнительную камеру флотации, систему для диспергирования газа и сборник пены, новым является то, что он снабжен наклонными перекрытиями, в качестве системы для диспергирования газа используются электродные блоки, состоящие из графитового анода, покрывающего днище каждой камеры флотации, и катода из нержавеющей сетки диаметром проволоки 0,4 мм, расположенного на расстоянии 8-10 мм от анода, и обеспечивающие возможность подвода к каждому из них постоянного электрического тока плотностью 50-150 А/м².

Технический результат заключается в том, что использование катода из нержавеющей сетки диаметром проволоки 0,4 мм обеспечивает возможность генерации пузырьков диаметром менее 0,1 мм, необходимых для выделения белков из молочной сыворотки. Высокая дисперсность полученных методом электролиза пузырьков позволяет обеспечить наибольшую площадь поверхности раздела газ-жидкость. Использование двух камер электрофлотатора по типу сообщающихся сосудов способствует повышению эффективности процесса и позволяет целенаправленно регулировать аминокислотный состав получаемого пенного продукта путем подвода на каждый из электродных блоков тока различной плотности в диапазоне 50-150 А/м².

На фиг.1 представлен электрофлотатор для выделения белков из молочной сыворотки.

Электрофлотатор для выделения белков из молочной сыворотки содержит корпус 1, разделенный на камеры флотации 2 и 3 с размещенными в них электродными блоками, включающими графитовый анод 4 и сетчатый катод 5, выполненный из нержавеющей сетки с диаметром проволоки 0,4 мм, что позволяет генерировать газовые пузырьки диаметром менее 0,1 мм. Камеры 6 и 7 с патрубками 8 и 9 предназначены для сбора и отвода пены. Корпус 1 снабжен патрубком 10 подвода сыворотки и патрубком 11 для ее отвода после электрофлотации. Наклонные перекрытия 12 предназначены для интенсификации процесса пеновыделения за счет уменьшения границы раздела фаз жидкость-пена, на которой происходит вынос белка.

Электрофлотатор работает следующим образом. Через патрубок 10 сыворотка при температуре 30-40°С поступает в камеры флотации 2 и 3, заполняя их до уровня нижней кромки перекрытий 12. После заполнения флотационных камер на электродные блоки, состоящие из графитового анода 4, покрывающего все днище аппарата, и расположенного на расстоянии 8-10 мм от него катода 5, выполненного из нержавеющей сетки диаметром проволоки 0,4 мм, подается постоянный электрический ток плотностью 50-150 А/м². Причем на каждый электродный блок подается ток различной плотности, что позволяет получить разную степень газонасыщения в камерах флотации. Этим обеспечивается возможность целенаправленного регулирования аминокислотного состава получаемого пенного продукта. Всплывающие пузырьки газа собирают на своей поверхности белки, находящиеся в молочной сыворотке, и выносят их на поверхность, образуя пену, самопроизвольно стекающую в сборники пены 6 и 7. После 5-7 минут работы электрофлотатора открывается клапан, расположенный на патрубке 11 для отвода жидкости после электрофлотации. Расход жидкости регулируется таким образом, чтобы ее пребывание в аппарате составляло 5-7 минут, необходимых для максимально возможного извлечения белков из молочной сыворотки. Патрубки 8 и 9 предназначены для отвода пенного продукта из флотатора.

Оптимальные соотношения плотностей тока, необходимые для регулирования аминокислотного состава, не поддаются определению расчетным путем и найдены экспериментально. В таблице и на фиг.2 представлены результаты по определению аминокислотного состава пенного концентрата, полученного в результате электрофлотационного разделения при различных плотностях тока и температуре 30-40°С.

Таблица
Аминокислота	Содержание в исходном растворе,%	Плотность тока на электродах, А/м2
		50	100	150	200
Аспарагиновая кислота	0,823	1,673	1,935	1,725	1,200
Треонин	0,495	1,26	1,231	1,163	0,840
Серин	0,404	1,001	1,210	1,067	0,702
Глютаминовая кислота	1,398	2,886	3,523	3,705	2,198
Пролин	0,486	1,296	1,320	1,248	1,104
Цистин	0,094	0,207	0,180	0,456	0,135
Глицин	0,172	0,78	1,248	1,566	0,510
Аланин	0,368	1,216	1,776	2,13	0,808
Валин	0,468	1,224	1,854	1,404	0,774
Метионин	0,136	0,253	0,396	0,627	0,180
Изолейцин	0,492	0,913	1,265	0,935	0,649
Лейцин	0,824	2,1	2,310	2,08	1,300
Тирозин	0,188	0,589	0,893	0,575	0,483
Фенилаланин	0,249	0,777	1,113	1,407	0,600
Гистидин	0,136	0,258	0,378	0,408	0,240
Лизин	0,714	2,343	2,563	1,617	1,683
Аммиак	0,188	0,396	0,392	0,399	0,398
Аргинин	0,186	0,672	0,636	0,624	0,570
Общее содержание	7,821	19,844	24,222	23,136	14,374

На фиг.2 - зависимость процентного содержания аминокислот в пенном концентрате подсырной сыворотки Е,% от плотности тока i, А/м²: а) 1 - лизин, 2 - лейцин, 3 - аспарагиновая кислота, 4 - валин, 5 - серин, 6 - изолейцин, 7 - тирозин; б) 1 - гистидин, 2 - метионин, 3 - цистин, 4 - глицин, 5 - фенилаланин, 6 - аланин, 7 - глютаминовая кислота; в) 1 - пролин, 2 - треонин, 3 - аргинин.

На рисунках можно выделить четкие экстремумы количества аминокислот в растворе при различных плотностях тока. Так, например, концентрат, максимально обогащенный аспарагиновой кислотой, серином, валином, тирозином, получен при плотности тока 100 А/м². При плотности тока 50 А/м² пенный продукт обогащается треонином и пролином, а при 150 А/м ² - в продукте максимальное содержание глицина, цистина, аланина, гистидина.

Таким образом, анализ полученных зависимостей подтверждает возможность регулирования аминокислотного состава пенного концентрата посредством изменения плотности тока.

Предложенный электрофлотатор позволяет повысить эффективность процесса выделения сывороточных белков за счет достижения высокой степени дисперсности газовых пузырьков, обеспечивающей наилучшие условия прилипания к ним белковых компонентов, и целенаправленно регулировать аминокислотный состав пенного продукта.