Лекции для студентов

Характеристика и методы обработки молочного белково-углеводного сырья — Сорбция-десорбция и ионный обмен

Сорбция-десорбция и ионный обмен

Извлечение из молочной сыворотки белковых веществ, небелковых азотсодержащих и красящих соединений возможно осуществлять с использованием принципов сорбционных процессов. В качестве сорбентов используются активированные угли, синтетические смолы и природные сорбенты. Адсорбционные процессы используются в молочной промышленности для очистки воды, при производстве рафинированного молочного сахара, для получения чистых сывороточных белков.

Процесс сорбции включает адсорбцию, абсорбцию и хемосорбцию. При обработке молочной сыворотки, когда хотят извлечь определенные компоненты необходимо осуществлять процесс адсорбции и последующей десорбции с поверхности сорбента. Адсорбционные процессы используются в молочной промышленности для очистки воды, при производстве рафинированного молочного сахара. В последние годы появились сообщения о реализации сорбционных процессов для получения чистых сывороточных белков.

Известны четыре группы ионообменных сорбентов: сферосил DEA — слабый щелочной ионообменник; сферосил QMA — сильный щелочной анионообменник; сферосил С — слабый кислотный катионообменник; сферосил S — сильный кислотный катионообменник. Средний диаметр пор у этих ионообменных сорбентов составляет до 125 нм, поэтому молекулы сывороточных белков легко проникают внутрь сорбента и сорбируются на функциональных группах. В то же время мицеллы казеина, микроорганизмы, молочный жир не могут проникнуть в структуру сферосила и остаются в элюате молочной сыворотки.

Жесткий каркас сферосила (кремнезем) исключает набухание частиц, их пористость не зависит от ионной силы и рН молочной сыворотки. К тому же сферическая форма не создает значительных гидродинамических сопротивлений. Применение сферосила позволяет получать неденатурированные белки молочной сыворотки с чистотой на уровне 90%, а также селективно разделять их по фракциям.

Ионный обмен

Одним из способов регулирования солевого и кислотного составов молочной сыворотки является ионный обмен. При этом сохраняется ценность, улучшаются функциональные свойства сыворотки и вкусовые характеристики. Сущность ионного обмена заключается в том, что при определенных условиях между твердым телом (ионообменная смола) и раствором, содержащим нежелательные примеси, происходит обмен ионов, в результате которого твердое тело сорбирует ион из раствора, отдавая в него также ион, менее вредный для основного производства. Иониты — это природные или синтетические многовалентные электролиты, структурно они состоят из жесткого каркаса (матрицы) и функциональных групп, достаточно прочно связанных с матрицей химическими связями. В зависимости от заряда иониты классифицируют на катиониты (отрицательный заряд), аниониты -положительный заряд и амфолиты, содержащие в составе катионы (Н⁺) и анионы (ОН^-).

Молочную сыворотку пропускают вначале через катионит, а затем через анионит. Катионит связывает катионы присутствующих в молочной сыворотке минеральных солей, при этом выделяются соответствующие кислоты, анионы которых связываются анионитом. После прохождения через обе колонки с ионообменниками эффективность деминерализации молочной сыворотки в зависимости от ее вида составляет 90 — 99%. Для производства некоторых продуктов желательна меньшая (50 —- 60%) степень деминерализации. В этих случаях деминерализованная сыворотка автоматически смешивается в соответствующих пропорциях (регуляция по величине рН) с необработанной. Для организации непрерывного производства необходимо иметь в эксплуатации две установки для деминерализации, чтобы при работе одной иметь возможность регенерировать другую. Ионообменники должны автоматически регенерироваться после каждого рабочего цикла. Катионит регенерируют НС1 по принципу противотока. Деионизированную воду для последующей промывки берут из сборника конденсата выпарной установки. Для регенерации анионита используют растворы Na₂CO₃ или NH₄OH.