DE2757496C3

DE2757496C3 - Verfahren zum Einstellen des Aschengleichgewichtes von Kuhmilch o.dgl

Info

Publication number: DE2757496C3
Application number: DE2757496A
Authority: DE
Inventors: Shigeru Kawagoe Saitama Hayashi; Yasunobu Iruma Saitama Hiraoka; Kensuke Kodaira Itoh; Gosei Ichikawa Chiba Kawanishi; Yoshinori Kudamatsu Matsunaga; Hiroji Shinnanyo Motomura; Tsutomu Tokio Nakamura; Shinichi Tachikawa Taneya
Original assignee: Snow Brand Milk Products Co Ltd; Tokuyama Corp
Current assignee: Snow Brand Milk Products Co Ltd; Tokuyama Corp
Priority date: 1976-12-23
Filing date: 1977-12-22
Publication date: 1980-09-11
Also published as: NO144281B; NZ186120A; NO774409L; NO144281C; JPS5379060A; JPS561894B2; AU3193577A; DE2757496A1; DE2757496B2; AU505132B2; US4146456A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen des Aschengleichgewichtes von Kuhmilch od. dgl. durch Entfernen und Hinzufügen von Mineralien ius dersel ben und in dieselbe, unter Verwendung von Ionen-Austauschermembranen, wobei erwünschte Ionen gegen unerwünschte ersetzt werden.

Bei der bekannten Herstellung von Kindermilchpulver ist es wünschenswert, daß dieses in der Zusammensetzung der menschlichen Milch (Muttermilch) ähnlich ist. Der Mineraliengehalt in Milch, wie sie zur Herstellung von Milchpulver verwendet wirj, ist jedoch höher als in Muttermilch, und deshalb ist es notwendig, bei der Herstellung von Kindermilchpulver zu Entmineralisieren, wozu man lonen-Austauschermembranen und Ionenaustauscherharze verwendet.

Die Entmineraiisierung mit bekannten lonen-Austauschermembranen dient jedoch nur zu einer Reduzierung des (Gesamt)-Mineraliengehaltes, ohne das Mineraliengleichgewicht zu berücksichtigen, und es ist schwierig, den Anteil jedes einzelnen, darin enthaltenen Salzes einzustellen.

Somit, wenn eine stark entmineralisierte Milch (nur) mittels Ionen-Austauschermembranen gewonnen und für die Herstellung von Kindermilchpulver, wie dies jetzt geschieht, benutzt wird, muß man die Einstellung des gewünschten Anteils jedes Minerals durch Auswahl der Milchzusammensetzung und anderer Zusatzstoffe vornehmen. Da dieses Vorgehen jedoch Grenzen hat, ist es vorteilhaft, den Anteil jedes Mineral«, während des Entmineralisierungsprozesses mittels lonen-Austauschermembranen als ideale Methode einzustellen.

Aufgabe der Erfindung ist es, aus Kuhmilch od. dgl. ganz spezifisch unerwünschte Ionen zu entfernen.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe dadurch, daß die Entmineraiisierung in zwei Stufen durchgeführt wird, wobei die Enimineralisieningsratc in der ersten Stufe weniger als 50% und in der /weiten Stufe mehr als 60% beträgt, und daß die der /weiten Stufe entnommene entmineralisierte Milch zur Einstellung des gewünschten End-Aschgehaltes der Konzentrationsseite der ersten Stufe zugeführt und von dort als Endprodukt abgezogen wird.

Milch, die nach dem erfinduogsgemäßen Verfahren entir.ineralisiert werden soll, umfaßt neben Kuhmilch z. B. Ziegenmilch, Milch anderer Haustiere sowie wäßrige Produkte daraus, wie Magermilch, Molke usw. und im weiteren Sinne auch Sojabohnen-Milch usw.

κι Gemäß der Erfindung wird ein Entmineralisierungsapparat mit einer ersten Stufe, bestehend aus einem oder mehreren Elektrodialysegestellen und einer weiteren Stufe, bestehend aus einem oder mehreren Elektrodialysegestellen, benutzt

ι--) Bezüglich der Art der mit Ionen-Austauschermembranen arbeitenden Elektrodialysegestelle kann jede auf diesem Gebiet bekannte Type, wie sie allgemein für solche Verfahren benutzt werden, Anwendung finden und wird zusammengesetzt aus einer Vielzahl von

jo Kammern bzw. Untergruppen, getrennt durch reziprok angeordnete Anionen-Austauschermembranen und Kationen-Austauschermembranen, in deren Kammern eine Flüssigkeit, die deionisiert werden soll und eine Flüssigkeit zur lonenkonzentration abwechselnd durch-

r, flössen werden, wobei die Kammern, durch welche die erste Flüssigkeit fließt, als Entmineralisierungskammem und die Kammern, durch weiche die Flüssigkeit später fließt als Konzentrationskammern bezeichnet werden, wobei die beiden äußeren Enden dieser Einrichtung mit

in einer Katode bzw. einer Anode versehen sind.

Es können auch nur Kationen-Austauschermembranen benutzt werden, zusammen mit abwechselnd angeordneten neutralen, halbdurchlässigen Membranen. Die Konzentrationskarnmern und/oder die Ver-

(-i dünnungskammern können dabei mit eingesetzten Wänden versehen werden, um eine Durchwirbelung zu erzeugen oder sie können so angeordnet sein, daß ein gewundener oder winkeliger Durchflußweg an den Membranen erreicht wird, um dadurch die Fließgeschwindigkeit zu vergrößern und gleichzeitig die Verweilzeit der zu behandelnden Milch zu verlängern. Bevorzugt wird eine Elektrodialyseeinrichtung mit lonen-Aus'.auschermembranen von der Art einer Filterpresse benutzt, denn dadurch kann der Abstand

r, zwischen den Membranen vermindert werden.

Die Milch wird durch die Entmineralisierungsseite der Elektrodialysegestclle der ersten Stufe geleitet und die entmineralisierte Milch wird von der Entmineralisie rungsseite der weiteren Stufe der Elektrodialysegestelle

vi entleert und durch die Konzentrationsseite geleite: Wenn die erste Stufe, die aus zwei oder mehr Elektrodialysegestellen besteht, benutzt wird, wird die Flüssigkeit, die von der Entmineralisierungsseite des Apparates der ersten Stufe entleert wird, weitergeleitet,

,, um so in die Seite der Entmineralisierungskammem des zweiten Apparates zu gelangen und die entminerahsier te Milch und/oder Entsprechendes, entleert von der Entmineralisierungsseite der zweiten Stufe, wird dureii ein oder zwei oder mehr Kammern der Konzcntrations-

i,(i seite der ersten Stufe geleitet.

Danach win! Milch entmineralisiert auf eine Entmineralisierungsrate von unter 50%, vorzugsweise von 10% bis 40% in der Entmineralisierungsseite der ersten Stufe und dann durch die Entmineralisierungsseitc (kr

ι,, /weiten Stufe geleitet, und in der Konzentrationsseiu· !or zweiten Stufe wird ein Elektrolyt, z. B. Natriumchk·· J, Kaliumchlorid usw., geleitet. Wenn der ElektrodiaK scapparat der 'weiten Seile aus zwei oJe¹ mehr

Gestellen wie ζ. B. Filterpressen besteht, wird die Flüssigkeit, die aus der Entmineralisierungsseite des »rsten Gestells entleert wird, durch die Entmineralisierungsseite des zweiten Gestells geleitet und auch in die Konzentrationsseite jedes Gestells kann lier gleiche Elektrolyt hindurchgeleitet werden oder die Flüssigkeit, die aus der Konzentrationsseite des ersten Gestells entleert wird, kann durch die Konzentrationsseite des zweiten Gestells fließen. In der gleichen Weise wie oben angegeben, wird die zu behandelnde Milch entmineraiisiert mit einor Entmineralisierungsrate von mehr als 60%, vorzugsweise 70% bis 90%, und die er.tmineralisierte Milch wird zu der Konzentrationsseite der ersten Stufe befördert. Die hier angeführte »Entmineralisierungsrate« bedeutet die Rate, die auf der Menge der in der zu entmineralisierenden Milch enthaltenen Mineralien und dem einzustellenden Aschengleichgewicht basiert.

hi der Elektrodenkammer jedes Elektrodialysegestells wird die elektrolytische Lösung wieder benutzt.

Die Kuhmilch wird auf eine Entmineralisierungsrate von weniger als 50% in der Entmineralisierungsseite der ersten Stufe entmineralisiert. Dies ist wegen der Entmineralisierungsneigung der einwertigen Ionen erforderlich; insbesondere K und Cl vermindern sich linear bis 50% der Entmineralisierungsrate; bei der Entmineralisierungsrate von 50% entspricht die absolute Entmineralisierungsrate von K und Cl etwa 85%. Die Entmineralisierungsrate von zweiwertigen Ionen und Na entspricht an dieser Stelle etwa 25% bis 40%, und es ist nicht zu empfehlen, die Rate über 50% zu erhöhen, d ι die Entmineralisierungsrate der zweiwertigen Ionen und des Natriums im Gegensatz zur Entmineralisierungsrate von K und Cl Ionen zunimmt.

Kuhmilch, die auf eine Rate von weniger als 50% entmineralisiert worden ist, wird nun auf mehr als 60% in der Entmineralisierungsseite der zweiten Stufe entmineralisiert.

Die zweite Stufe dient dazu, den Gesamtaschengchalt der Milch der Entsalzung unnötigen Natriums und mehrwertiger Ionen zu vermindern, denn auch wenn einwertige Ionen außer Na fast entmineralisiert sind, verbleiben fast alle mehrwertigen Ionen und Na.

Die auf diese Weise zu mehr als 60% entmineralisierte Milch wird zu der Konzentrationsseite der ersten Stufe in gleicher Weise, wie oben beschrieben, transportiert. Die mittels der oben beschriebenen Behandlung gewonnene Milch, entnommen aus der KonzentrationsseiiC der ersten Stufe, ist eine solche, in der die Zusammensetzung der Salzanteile, soweit sie die Rate der einwertigen Ionen überschreitet, besonders K und Cl, mehr als die zweiwertigen Ionen und Na dies tun. wenn man dies mit der üblichen Entmineralisierungsbe handlung vergleicht.

Unter einwertigen Ionen ist K ein für die Ernährung wichtiger Bestandteil und in großer Menge in menschlicher Milch enthalten. Auf der anderen Seite- ist der Anteil von Na in menschlicher Milch gering, wohingegen der Anteil von Na in Kuhmilch und/oder Entsprechendem verhältnismäßig groß ist. und die übermäßige Aufnahme da^vor ""rursacht Nicrcnbeschwerden; deswegen ist .-.a mi Bestandteil, der besonders entfernt (entmineralisien) werden muß. Somit ist Kuhmilch oder Entsprechendes erfindungsge maß entnommen aus der Konzentrationsseite der ersten Stufe, ähnlich wie die menschliche Milch hinsichtlich tier Mineralteile zusammengesetzt und sehr brauchbar als ein Stoff zur Herstellung von K.ndennilchpiilver.

Es ist möglich, das Aschengleichgewicht von Kuhmilch und Entsprechendem anzupassen durch Schaffung einer Zweigleitung in der Leitung, welche zum Transport der Milch dient, die in der ersten Stufe entmineralisiert wurde. Diese Leitung zum (Material)-Tank der Entmineralisierungsseite der zweiten Stufe verbindet die Zweigleitung zum (Material)-Tank der Konzentrationsseite der ersten Stufe oder verbindet die Leitung mit der Leitung, durch weiche die in der zweiten

ι« Stufe entmineralisierte Milch zurückgeführt wird zum (Material)-Tank der Konzentrationsseite der ersten Stufe.

Dies bedeutet, durch Mischen eines Teils der in der ersten Stufe entmineralisierten Milch (Milcharten) mit

ι -, einem Teil der in der in der zweiten Stufe entmineralisierten Milch (Milcharten) und Benutzung der Mischung als die konzentrierte Lösung der ersten Stufe, ist es möglich, das Aschengleichgewicht der Milch (Milcharten) in einem breiten Bereich einzustellen, insbesondere das der einwertigen Ionen K und Cl.

Das Verfahren wird an folgenden Beispielen erläutert:

Beispiel 1

r, Die Figur zeigt die Flußkarte. Der mit Ioren-Austauschermembranen versehene Elektrodialyseapparat, der die erste Stufe bildet, besteht nur aus einem Gestell 1 und der gleiche, der die zweite Stufe bildet, besteht aus drei Gestellen 2—4; in diesem Elektrodialysegestell

so werden bekannte lOnen-Austauschermembraner: benutzt. Für Anionen- und Ka'.ionen-Austauschermembranen werden stark base- bzw. säurehaltige austauschbare Membranen (z. B. enthaltend Ammoniumsalz/Sulfongruppen) verwendet. Die effektive Fläche jedes

j-. Elektrodialysegestells und die Entmineralisierungsrate jeder Stufe sind in Tabelle 1 dargestellt, darin ist die effektive Fläche per Kammer 0,2 m².

Tabelle 1

Wirksame Fläche m² Anzahl der Kammern Gesamtentmineralisierungsrate %

Die verwendete Magermilch wird aus frischer Milch gewonnen. Zuerst wird die Magermilch durch die Leitung 11 zum Tank 5 auf der Entmineralisierungsseite geleitet, dann weitertransportiert durch Leitung 17 zur Entmineralisierungsseite mit 10 Entmineralisierungskammern des Elektrodialysegestells 1 der ersten Stufe und zurückgeführt in dieser Stufe, um entmineralisiert /υ werden, bis zu einer Entmineralisierungsrate von 40%. Soweit es die Fntmineralisierung der Mineralanteile an dieser Stelle betrifft, so ist es im Fall von K und Cl im Bereich von etwa 75% und bei Na und anderen 17%-32%.

l'.in Teil der so entmineralisierten Magermilch wird durch Leitung 12 transportiert in den Tank 6 der F.mmineralisieruncsseitc eier /weiten Stufe und dann wcitc'LOieitci durch Leitung 8 zur Entniineralisicrungsseite mi: 20 rntmineralisierungskammern des Elektrodialysegestclls der /weilen Stufe 2 und wird (dort) auf 62% entmineralisicn. Darauf wird ein Teil der so erhaltenen M.uremiilch durch Leitung 13 /um Tank 7

Erste Stufe	Zweite Stufe	(3)	(4)
(1)	(2)	6	12
2	4	30	60
10	20	73	77
40	62

der Entmineralisierungsseite geleitet und weiterbefördert durch Leitung 19 zu der Entmineralisierungsseite mit 30 Entmineralisierungskammern 3 des zweiten Elektrodialysegestells, das die zweite Stufe bildet, worin die Milch auf 73% entmineralisiert wird. Ein Teil der so entminer lisierten Magermilch wird durch Leitung 14 zum Tank 8 der Entmineralisierungsseite befördert und dann weitergeleitet durch Leitung 20 zu der Entmineralisierungsseite mit 60 Kammern des dritten Elektrodialysegestells 4 und dort wird sie (die Milch) entmineralisiert auf 77%. Ein Teil des so entmineralisierten Materials (Milch) wird durch die Leitung 15 zum Tank 9 der Konzentrationsseite geführt und durch Leitung 24 zu der Konzentrationsseite mit 10 Konzentrationskammern des Elektrodialysegestells 1 der ersten Stufe weitergeleitet. An dieser Stelle werden die einwertigen K- und Cl-lonen zur Konzentrationsseite transferiert; man erhält eine Magermilch, in der die Mineralien angepaßt sind. Die so angepaßte Magermilch wird von Leitung 16 abgenommen. Die gewonnene Magermilch ist in Tabelle 2 mit solcher Milch verglichen, die in der bekannten Weise behandelt wurde.

Tabelle 2

Gesamtasche Mineral-Gehalt (mg/100 ml)

Na K Ca Mg

Unbehandelte frische Magermilch
Magermilch nach vorlieg. Erfindung
Entmineralis. Magermilch in bish. Weise

behandelt

(Feststoffanteil in unbehandelter Magermilch: 8,3%)

Wie aus Tabelle 2 erkennbar, ist verglichen mit entmineralisierter Magermilch, die in bisheriger Weise behandelt wurde, die erfindungsgemäß behandelte Magermilch niedriger im Gehalt an mehrwertigen Ionen und Na, aber höher in K und Cl in der Mineralzusammensetzung, und wenn verglichen mit roher Magermilch, ist sie zufriedenstellender entmineralisiert in bezug auf Na und nicht so sehr in bezug auf K.

Der Tank 10 in der Flußkarte ist der für die Konzentrationslösung und die Lösung wird zurückgeführt durch die Leitungen 21, 22 und 23 in die Konzentrationskammern der Elektrodialysegestelle 2,3 und 4, die die zweite Stufe bilden. Die konzentrierte Lösung im Tank 10 wird zugeführt, wobei sie mit Wasser von Leitung 25 verdünnt wird. In diesem

0,73	73,1	148	105	12,3	83,3	102
0,44	12,6	113	66,7	6,42	40,0	80,2
0,44	60,0	33,2	85,0	10,0	74,5	22,1

Beispiel ist der Anteil der zugeführten Magermilch 15 l/H und der Wasseranteil, der dem Konzentrationstank hinzugefügt wird, etwa 30 l/H. Die Leitung 26 dient als Überlauf.

Beispiel 2

Der in Beispiel 1 beschriebene Vorgang wird wiederholt, die Anzahl der Kammern und die Entmineralisierungsrate werden in Tabelle 3 beschrieben und hierbei wird Molke anstatt Magermilch benutzt, wobei die Menge der zugeführten Molke etwa 25 l/H beträgt, und die Menge des zugeführten Wassers, die zum Tank mit der Konzentrationsflüssigkeit geführt wird, ist auch etwa 25 l/H. Die erreichten Ergebnisse sind auf Tabelle 4 beschrieben.

Tabelle 3

1. Stufe (1)

2. Stufe (2)

2. Stufe (3)

2. Stufe (4)

Wirksame Fläche (m²)
(Anzahl der Kammern)
Entmineralisierungsrate (%) 34

6 (30 Kammern)

(30 Kammern) 12 (60 Kammern) 12 (60 Kammern)
77 85

Tabelle 4

Gesamtasche Mineral-Gehalt (mg/100 ml) (%) Na K Ca

Mg

Cl

Unbehandelte Molke	1.44	130.5	416.4	85.1	22.6	114.8	282.0
Erfindungsgemäße Molke	0.7	61.4	218.5	40.9	11.1	37.7	181.6
Entmineral. Molke	0.7	72.0	133.0	62.8	18.5	88.6	33.0

(Trockenmassegehalt der unbehandelten Mole: 193%)

Kurze Erklärung der Zeichnung

Die Figur ist das Flußdiagramm des Beispiels

1—4 Ionen-Austausch-Elektrodialyseapparat

Membranen,
5—8 Tank(s) der Entmineralisierungsseite,

9 Tank der Konzentrationsseite,

10 Tank für konzentrierte Flüssigkeit,
11—26 Verbindungsleitungen

Zusammenfassung

Kuhmilch und/oder ähnliche Milcharten werden mit entmineralisiert und das Aschengleichgewicht davon wird in Elektrodialyse-Apparaten mit Ionen-Austauschermembranen, die die Entmineralisierung von Kuhmilch u. dgl. bewirken, eingestellt, wobei im Anfangsstadium ein oder mehrere Elektrodialysegestelle eine Entmineralisierungsrate von weniger als 50%

bewirken mit anschließender weiterer Entmineralisierung der so gewonnenen Milch in einer späteren Stufe, bestehen aus einer oder mehreren Elektrodialysegestellen mit einer Entmineralisierungsrate von mehr als 60%, dann Oberführung der so entmineralisierten Milch auf die Seite der Eindickungsgefäße, die aus einem oder mehreren Elektrodialysegestellen der früheren Stufe bestehen, dann Entleeren der hinsichtlich des Aschengleichgewichtes eingestellten Milch aus den (von der Seite der) Eindickungsgef äßen.

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Einstellung des Aschengleichgewichtes sowie auf die Entmineralisierung von Kuhmilch u. dgl. in (während) dem (des) Entmineralisierungsprozesses, der eine Er.trnineralisierung vor. Kuhmilch od. dg!, mit einer Entmineralisierungsrate von weniger als 50% in der

ι ο

ersten Stufe vorsieht, bestehend aus einem oder mehreren Elektrodialysegestellen, ferner Entmineralisierung der so teilweise entmineralisierten Milch bis eine Entmineralisierungsrate von mehr als 60% in einer späteren Stufe, bestehend aus einem oder mehreren Elektrodialysegestellen, erreicht ist, wonach die so entmineralisierte Milch zu den (der Seite der) Eindickungsbehältern der ersten Stufe transportiert wird, die aus einem oder mehreren Elektrodialysegestellen besteht, danach Entleerung der Milch, deren Aschengleichgewicht eingestellt worden ist Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens zur Entmineralisierung wie auch eines Verfahrens zum Angleichen des Aschengleichgewichtes jeder einzelnen Komponente an das- der menschlichen Milch.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Einstellen des Aschengleichgewichtes von Kuhmilch od. dgl. durch Entfernen und Hinzufügen von Mineralien aus derselben und in dieselbe unter Verwendung von Ionen-Austauschermembranen, wobei erwünschte Ionen gegen unerwünschte ersetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Entmineraiisierung in zwei Stufen durchgeführt wird, wobei die Entmineralisierungsrate in der ersten Stufe weniger als 50% und in der zweiten Stufe mehr als 60% beträgt, m;d daß die der zweiten Stufe entnommene entmineralisierte Milch zur Einstellung des gewünschten End-Aschgehaltes der Konzentrationsseite der ersten Stufe zugeführt und von dort als Endprodukt abgezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kationen- und Anionen-Austauschermembranen abwechselnd benutzt werden.

3. Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Ionen-Austauschermembranen Kationen-Austauschermembranen zusammen mit neutralen Membranen abwechselnd benutzt werden.