RU2810513C1

RU2810513C1 - Method of producing milk sugar

Info

Publication number: RU2810513C1
Application number: RU2023113452A
Authority: RU
Inventors: Владимир Алексеевич Шохалов; Анна Ивановна Гнездилова; Вероника Николаевна Шохалова
Filing date: 2023-05-24
Publication date: 2023-12-27

Abstract

FIELD: food industry.

SUBSTANCE: following is proposed: a method of producing milk sugar which involves ultrafiltration of skim milk, nanofiltration of permeate to a desalting level of 70–90%, thickening, crystallization of lactose, and drying. Crystallization is performed in two stages, and before drying, the crystallisate is heated.

EFFECT: invention improves the yield and quality of the product.

1 cl, 2 ex

Description

Изобретение относится к молочной промышленности и может быть использовано при производстве молочного сахара.The invention relates to the dairy industry and can be used in the production of milk sugar.

Известен способ получения молочного сахара с поточной кристаллизацией лактозы [1], который предусматривает ультрафильтрацию обезжиренного молока при температуре 18-20°С, полученный пермеат с содержанием сухих веществ 5,2-5,4% направляют на нанофильтрацию, где при температуре 18-20°С обессоливают до уровня 25-30% и концентрируют до содержания сухих веществ 18-20%. Пермеат после нанофильтрации подают на электродиализ, где при температуре 18-20°С обессоливают до уровня 70-90% и получают доброкачественность раствора 0,955-0,974, сгущают до коэффициента пересыщения 1,8-2,7, далее направляют на поточную кристаллизацию до конечной температуры 10-12°С с темпом охлаждения 1,5-2,0°С/мин.There is a known method for producing milk sugar with in-line crystallization of lactose [1], which involves ultrafiltration of skim milk at a temperature of 18-20°C, the resulting permeate with a dry matter content of 5.2-5.4% is sent to nanofiltration, where at a temperature of 18-20 °C is desalted to a level of 25-30% and concentrated to a dry matter content of 18-20%. The permeate after nanofiltration is fed to electrodialysis, where at a temperature of 18-20°C it is desalted to a level of 70-90% and a high-quality solution of 0.955-0.974 is obtained, concentrated to a supersaturation coefficient of 1.8-2.7, then sent for in-line crystallization to the final temperature 10-12°C with a cooling rate of 1.5-2.0°C/min.

Основным недостатком способа является то, что для достижения необходимого уровня деминерализации в 90%, требуется энергетически затратная электродиализная обработка.The main disadvantage of this method is that to achieve the required level of demineralization of 90%, energy-consuming electrodialysis treatment is required.

Наиболее близким техническим решением является способ производства молочного сахара, предусматривающий ультрафильтрацию обезжиренного молока, нанофильтрацию УФ-пермеата, сгущение, кристаллизацию лактозы, отделение кристаллов лактозы, сушку, отличающийся тем, что нанофильтрацию проводят до уровня деминерализации 70-90% и содержания сухих веществ 23-25%, причем для достижения требуемого уровня деминерализации используют диафильтрацию, которую начинают при величине фактора объемного сжатия сырья 2,5-3, сгущение проводят на вакуум-аппарате до содержания сухих веществ 59-61%, кристаллизацию лактозы проводят с темпом охлаждения 2-5°С/час до температуры 10-12°С в течение 18-22 часов, отделяют кристаллы от маточного раствора, промывают и сушат лактозы [2]. The closest technical solution is a method for the production of milk sugar, which involves ultrafiltration of skim milk, nanofiltration of UV permeate, thickening, crystallization of lactose, separation of lactose crystals, drying, characterized in that nanofiltration is carried out to a demineralization level of 70-90% and a dry matter content of 23- 25%, and to achieve the required level of demineralization, diafiltration is used, which begins at a volumetric compression factor of the raw material of 2.5-3, condensation is carried out on a vacuum apparatus until the dry matter content is 59-61%, lactose crystallization is carried out at a cooling rate of 2-5 °C/hour to a temperature of 10-12°C for 18-22 hours, the crystals are separated from the mother liquor, the lactose is washed and dried [2].

Основным недостатком способа является довольно высокие потери лактозы с мелассой (маточным раствором).The main disadvantage of this method is the rather high loss of lactose with molasses (mother liquor).

Техническим результатом предлагаемого способа является уменьшение потерь лактозы и повышение качества готового продукта.The technical result of the proposed method is to reduce lactose losses and improve the quality of the finished product.

Указанный технический результат достигается тем, что способ производства молочного сахара предусматривает ультрафильтрацию обезжиренного молока, нанофильтрацию пермеата, сгущение, кристаллизацию лактозы и сушку, отличающийся тем, что нанофильтрацию с последующей диафильтрацией проводят до уровня обессоливания 70-90% и содержания сухих веществ 20-27%, сгущают до концентрации сухих веществ 53-55%, нагревают до 80°С, кристаллизацию проводят в две стадии: на первой из которых сироп охлаждают со скоростью 4-5°С/мин. до температуры усиленной кристаллизации лактозы 27-33°С, вносят затравку мелкокристаллической лактозы в количестве 0,01-0,02%, на второй стадии кристаллизат охлаждают со скоростью 3-4 °С/мин. до 10-12°С, выдерживают при этой температуре 5-10 мин, а перед сушкой для регулирования гранулометрического состава кристаллов раствор подогревают на 5-10°С. Сушат продукт до содержания влаги 4-5%.This technical result is achieved in that the method for producing milk sugar involves ultrafiltration of skim milk, nanofiltration of permeate, thickening, crystallization of lactose and drying, characterized in that nanofiltration followed by diafiltration is carried out to a desalting level of 70-90% and a dry matter content of 20-27% , condensed to a dry matter concentration of 53-55%, heated to 80°C, crystallization is carried out in two stages: in the first of which the syrup is cooled at a rate of 4-5°C/min. to the temperature of enhanced crystallization of lactose 27-33°C, a seed of fine-crystalline lactose is added in an amount of 0.01-0.02%, at the second stage the crystallisate is cooled at a rate of 3-4°C/min. up to 10-12°C, kept at this temperature for 5-10 minutes, and before drying, to regulate the granulometric composition of the crystals, the solution is heated to 5-10°C. The product is dried to a moisture content of 4-5%.

Данный способ исключает кристаллизацию с отделением кристаллов от маточного раствора, что уменьшает потери лактозы в сравнении с известным способом.This method eliminates crystallization with the separation of crystals from the mother liquor, which reduces the loss of lactose in comparison with the known method.

Двухстадийная кристаллизация, а также подогрев кристаллизата перед сушкой способствуют образованию более равномерных кристаллов за счет растворения мелких, что улучшает качество готового продукта, снижая его слеживаемость и налипание на стенках сушильного аппарата.Two-stage crystallization, as well as heating the crystallisate before drying, promotes the formation of more uniform crystals due to the dissolution of small ones, which improves the quality of the finished product, reducing its caking and sticking to the walls of the drying apparatus.

Кроме того применение диафильтрации приводит к повышению выведения из сырья различных низкомолекулярных соединений, например, небелкового азота, а также мономолекулярных солей (одновалентных ионов), которые являются наиболее сильными мелассообразователями. Это приводит к повышению уровня деминерализации лактозосодержащего сырья до 70-90% и к дополнительному повышению доброкачественности УФ-пермеатов, что улучшает качество молочного сахара.In addition, the use of diafiltration leads to an increase in the removal of various low-molecular compounds from raw materials, for example, non-protein nitrogen, as well as monomolecular salts (monovalent ions), which are the most powerful molasses formers. This leads to an increase in the level of demineralization of lactose-containing raw materials to 70-90% and to an additional increase in the quality of UV permeates, which improves the quality of milk sugar.

Способ осуществляют следующим образом. Обезжиренное молоко подвергают ультрафильтрации при температуре 18-20°С, затем отбирают пермеат с содержанием 5,7-5,8% СВ (сухих веществ) и направляют на нанофильтрацию с последующей диафильтрацией, концентрируют до содержания 20-27% СВ и деминерализуют до степени обессоливания 70-90% при температуре 18-20°С. Деминерализованный пермеат с доброкачественностью 0,97-0,98 сгущают в вакуум-выпарном аппарате до 53-55%, нагревают до 80°С и направляют на кристаллизацию в поточный охладитель, в качестве которого используют скребковый пластинчатый аппарат. Процесс охлаждения сиропа ведут в две стадии, на первой из которых сироп охлаждают со скоростью 4-5°С/мин. до температуры усиленной кристаллизации лактозы 27-33°С, вносят затравку мелкокристаллической лактозы в количестве 0,01-0,02%, на второй стадии кристаллизат охлаждают со скоростью 3-4 °С/мин. до 10-12 °С, выдерживают при этой температуре 5-10 мин, и получают средний размер кристаллов 15-25 мкм. Для регулирования гранулометрического состава кристаллов и повышения их однородности кристаллизат перед сушкой подогревают на 5-10°С. Полученный кристаллизат сушат в распылительной дисковой сушилке до содержания влаги 4-5%. The method is carried out as follows. Skim milk is subjected to ultrafiltration at a temperature of 18-20°C, then the permeate containing 5.7-5.8% dry matter (solids) is selected and sent for nanofiltration followed by diafiltration, concentrated to a content of 20-27% dry matter and demineralized to a degree desalting 70-90% at a temperature of 18-20°C. Demineralized permeate with a quality of 0.97-0.98 is concentrated in a vacuum evaporator to 53-55%, heated to 80°C and sent for crystallization to an in-line cooler, which is a scraper plate apparatus. The syrup cooling process is carried out in two stages, in the first of which the syrup is cooled at a rate of 4-5°C/min. to the temperature of enhanced crystallization of lactose 27-33°C, a seed of fine-crystalline lactose is added in an amount of 0.01-0.02%, at the second stage the crystallisate is cooled at a rate of 3-4°C/min. up to 10-12 °C, kept at this temperature for 5-10 minutes, and an average crystal size of 15-25 microns is obtained. To regulate the granulometric composition of the crystals and increase their homogeneity, the crystallisate is heated to 5-10°C before drying. The resulting crystallisate is dried in a spray disk dryer to a moisture content of 4-5%.

Пример 1Example 1

Осуществляют процесс по предложенному способу. Обезжиренное молоко подвергают ультрафильтрации при температуре 20°С, затем отбирают пермеат с содержанием 5,7% СВ и направляют на нанофильтрацию с последующей диафильтрацией, концентрируют до содержания 20% СВ и деминерализуют до степени обессоливания 70% при температуре 20°С. Деминерализованный пермеат с доброкачественностью 0,97 сгущают в вакуум-выпарном аппарате до 53%, нагревают до 80°С и направляют на кристаллизацию в поточный охладитель, в качестве которого используют скребковый пластинчатый аппарат. Процесс охлаждения сиропа ведут в две стадии, на первой из которых сироп охлаждают со скоростью 4°С/мин. до температуры усиленной кристаллизации лактозы 27°С, вносят затравку мелкокристаллической лактозы в количестве 0,01 %, на второй стадии кристаллизат охлаждают со скоростью 3°С/мин. до 10 °С, выдерживают при этой температуре 5 мин. и получают средний размер кристаллов 15 мкм. Для регулирования гранулометрического состава кристаллов и повышения их однородности кристаллизат перед сушкой подогревают на 5 °С. Полученный кристаллизат сушат в распылительной дисковой сушилке до содержания влаги 4%.The process is carried out according to the proposed method. Skim milk is subjected to ultrafiltration at a temperature of 20°C, then the permeate containing 5.7% dry matter is selected and sent for nanofiltration followed by diafiltration, concentrated to a content of 20% dry matter and demineralized to a degree of desalting of 70% at a temperature of 20°C. Demineralized permeate with a quality of 0.97 is concentrated in a vacuum evaporator to 53%, heated to 80°C and sent for crystallization to an in-line cooler, which is a scraper plate apparatus. The syrup cooling process is carried out in two stages, in the first of which the syrup is cooled at a rate of 4°C/min. to a temperature of enhanced lactose crystallization of 27°C, a seed of fine-crystalline lactose is added in an amount of 0.01%, at the second stage the crystallisate is cooled at a rate of 3°C/min. up to 10 °C, maintain at this temperature for 5 minutes. and an average crystal size of 15 μm is obtained. To regulate the granulometric composition of the crystals and increase their homogeneity, the crystallisate is heated to 5 °C before drying. The resulting crystallisate is dried in a spray disk dryer to a moisture content of 4%.

Пример 2Example 2

Осуществляют процесс по предложенному способу. Обезжиренное молоко подвергают ультрафильтрации при температуре 20°С, затем отбирают пермеат с содержанием 5,8% СВ и направляют на нанофильтрацию с последующей диафильтрацией, концентрируют до содержания 27% СВ и деминерализуют до степени обессоливания 90% при температуре 20°С. Деминерализованный пермеат с доброкачественностью 0,98 сгущают в вакуум-выпарном аппарате до 55%, нагревают до 80°С и направляют на кристаллизацию в поточный охладитель, в качестве которого используют скребковый пластинчатый аппарат. Процесс охлаждения сиропа ведут в две стадии, на первой из которых сироп охлаждают со скоростью 5°С/мин. до температуры усиленной кристаллизации лактозы 33 °С, вносят затравку мелкокристаллической лактозы в количестве 0,02%, на второй стадии кристаллизат охлаждают со скоростью 4°С/мин. до 12°С, выдерживают при этой температуре 10 мин. и получают средний размер кристаллов 25 мкм. Для регулирования гранулометрического состава кристаллов и повышения их однородности кристаллизат перед сушкой подогревают на 10°С. Полученный кристаллизат сушат в распылительной дисковой сушилке до содержания влаги 5%. The process is carried out according to the proposed method. Skim milk is subjected to ultrafiltration at a temperature of 20°C, then the permeate containing 5.8% dry matter is selected and sent for nanofiltration followed by diafiltration, concentrated to a content of 27% dry matter and demineralized to a degree of desalting of 90% at a temperature of 20°C. Demineralized permeate with a quality of 0.98 is concentrated in a vacuum evaporator to 55%, heated to 80°C and sent for crystallization to an in-line cooler, which is a scraper plate apparatus. The syrup cooling process is carried out in two stages, in the first of which the syrup is cooled at a rate of 5°C/min. to a temperature of enhanced lactose crystallization of 33 ° C, a seed of fine-crystalline lactose is added in an amount of 0.02%, at the second stage the crystallisate is cooled at a rate of 4 ° C/min. up to 12°C, maintain at this temperature for 10 minutes. and an average crystal size of 25 μm is obtained. To regulate the granulometric composition of the crystals and increase their homogeneity, the crystallisate is heated to 10°C before drying. The resulting crystallisate is dried in a spray disk dryer to a moisture content of 5%.

Источники информации:Information sources:

1. Патент РФ №2658441, кл. МПК A23C 23/00, C13K 5/00, опубл. 21.06.2018.1. RF Patent No. 2658441, class. IPC A23C 23/00, C13K 5/00, publ. 06/21/2018.

2. Патент РФ №2735304, кл. МПК A23C 9/142, опубл. 29.10.2020. 2. RF Patent No. 2735304, class. IPC A23C 9/142, publ. 10/29/2020.

Claims

A method for the production of milk sugar, which involves ultrafiltration of skim milk, nanofiltration of permeate, thickening, crystallization of lactose and drying, characterized in that nanofiltration followed by diafiltration is carried out to a desalting level of 70-90% and a solids content of 20-27%, the solution is thickened to a concentration of dry substances substances 53-55%, heated to 80°C, crystallization is carried out in two stages: in the first of which the syrup is cooled at a rate of 4-5°C/min to a temperature of enhanced crystallization of lactose 27-33°C, a seed of fine-crystalline lactose is added in an amount 0.01-0.02%, at the second stage the crystallisate is cooled at a rate of 3-4°C/min to 10-12°C, maintained at this temperature for 5-10 minutes, and before drying to regulate the granulometric composition of the crystals, the solution is heated to 5-10°C, dry the product to a moisture content of 4-5%.