DE2822000A1

DE2822000A1 - Verfahren zur entmineralisierung von milchserum

Info

Publication number: DE2822000A1
Application number: DE19782822000
Authority: DE
Inventors: Michel Chaveron; Hubert Duperrex; Jaak-Jueri Sihver
Original assignee: Nestle SA
Current assignee: Nestle SA
Priority date: 1977-05-23
Filing date: 1978-05-19
Publication date: 1978-12-07
Also published as: MX5222E; FR2391653A1; CH632649A5; AU515325B2; AU3577578A; NL7805527A; FR2391653B1; NZ187093A; US4138501A; GB1583814A; CA1108919A; ES470516A1

Description

PATENTANWALT , η μ .u

DR- RICHARD KNEISSL 19. MAl

Widanmayerstr. 46 2822000

D-8000 MÜNCHEN 22 h,

Tel. 089/295125 /

S 671

SOClfiTfi DES PRODUITS NESTLfi S.A. Vevey/Schweiz

Verfahren zur Entmineralisierung von Milchserum

Priorität: 23.5.77 - Schweiz

809849/0709

BESCHREIBUNG:

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Behandlung von Milchserum oder Molke, um ein entmineralisiertes Milchserum herzustellen.

Das Milchserum oder die Molke ist ein Nebenprodukt der Verarbeitung von Milch in Käse, in Casein oder in Caseinderivate. Die Verwertung dieses Nebenprodukts erfolgt gegenwärtig auf verschiedene Weise. Jedoch haben trotz seines erhöhten Nährwerts nur geringe Tonnagen einen Absatz in der Herstellung menschlicher Nährmittel gefunden. Beispielsweise ist die Verwendung von Milchserum bei der Kinderernährung, insbesondere bei der Herstellung von humanisierten Milchsorten und Spezialmilchsorten, durch die Tatsache beschränkt, daß das Produkt verhältnismäßig reich an Mineralsalzen ist und deshalb entmineralisiert werden muß, ein Vorgang, der bei der Durchführung im industriellen Maßstab teuer und von fraglicher Rentabilität ist.

Man kann zahlreiche Techniken zur Entmineralisierung verwenden, insbesondere die Ultrafiltration, die inverse Osmose, die Elektrodialyse und den Ionenaustausch. Die ersten beiden Verfahren sind sehr speziell, weshalb nur die letzteren beiden eine praktische industrielle Anwendung gefunden haben.

Die Elektrodialyse ist eine elektrochemische Technik, die es gestattet, selektiv ionisierte Salze aus einer Lösung durch die Einwirkung eines elektrischen Feldes zu entfernen, wobei die Ionen durch selektiv für Kationen und Anionen durchlässige Membranen wandern. Sie erweist sich jedoch als besonders schwierig, wenn die zu behandelnde Lösung eine sehr geringe Salzkonzentration aufweist oder wenn man versucht, die Entmineralisierung weit zu treiben.

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Der Ionenaustausch ist eine Technik, die auf dem Prinzip der ionischen Gleichgewichtseinstellung zwischen einer festen Phase und einer flüssigen Phase basiert und von dem Absorptions- und Ausschlußphänomen Gebrauch macht. Es sind große Mengen Wasser nötig und es müssen reichlich Regenerierungsreagenzien verwendet werden, mit denen man nach der Verwendung nichts rechtes anzufangen weiß. Außerdem gestattet der Ionenaustausch nicht die gleiche Art von Entmineralisierung wie die Elektrodialyse und umgekehrt.

Gemäß der Erfindung wird nunmehr ein Verfahren zur Behandlung von Milchserum vorgeschlagen, durch welches die oben beschriebenen Nachteile weitgehend verringert werden, wobei sich auch zahlreiche Vorteile hinsichtlich der Qualität des erhaltenen Produkts, der industriellen Kosten und Ausbeuten und des Anlagenbedarfs für die Durchführung ergeben. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man ein Milchserum im geklärten und entrahmten Zustand

Elektrozunächst einer dLalyse und dann mit Hilfe eines starken Kationenaustauschharzes im H⁺-Zustand und eines schwachen Anionenaustauschharzes im OH -Zustand einem Ionenaustausch unterwirft.

Das Milchserum, bei dem es sich um Milchserum aus der Käseherstellung oder der Caseinherstellung handelt, besitzt üblicherweise die folgende Zusammensetzung:

süßes Milchserum saures Milchserum

Lactose 4,0 bis 5,0 % 4,0 bis 5,0 %

Proteine (insbesondere 0,6 bis 0,8 % 0,6 bis 0,7 % Lactalbumin)

Mineralsalze _{+ +} 0,4 bis 0,6 % 0,7 bis 0,8 % (insbesondere Na , K ,
Ca⁺)

Fett O,2 bis 0,4 % 0,05 bis 0,1 %

Gesamte Trockenmasse 5,3 bis 6,6 % 5,3 bis 6,0 %

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—· ν —

süßes Milchserum saures Milchserum

Acidität in Dornic-Grad 14 tis 16 43 bis 48

pH 5,9 bis 6,5 4,3 bis 4,6

Es ist also ersichtlich, daß das Milchserum verhältnismäßig reich an Mineralsalzen ist (insbesondere im Verhältnis zu den Proteinen), obwohl diese sich in einem großen Verdünnungszustand befinden. Es wird bevorzugt, als Ausgangsmaterial ein konzentriertes Milchserum zu verwenden, das vorteilhafterweise auf thermischem Wege unter mäßiger Erhitzung bis zu einem Gehalt an Trockenmasse zwischen 18 und 25 % konzentriert worden ist. Dieses Milchserum, welches aus der Käseherstellung oder der Caseinherstellung stammen kann und welches roh oder konzentriert sein kann, enthält im allgemeinen in Suspension feine Teilchen und muß vor der Elektrodialyse geklärt werden. Es hat sich gezeigt, daß es ausreicht, Teilchen mit Abmessungen über 100 pm zu beseitigen. Es wurde weiterhin festgestellt, daß es ausreicht, bis zu einem restlichen Fettgehalt etwa unterhalb 0,05 % zu entrahmen. Diese Operationen können gut beispielsweise durch Filtration (gewünschtenfalls sterile Filtration) und Zentrifugation bei hoher Geschwindigkeit und eventuell durch Baktofugation durchgeführt werden, wie dies in der Milchtechnik allgemein bekannt ist. Es ist klar, daß man auch ein Milchserum verwenden kann, das aus einem Milchserumpulver rekonstituiert und geklärt und entrahmt worden ist.

Wie oben bereits angedeutet, sind Elektrodialyse und Ionenaustausch Entmineralisierungstechniken, die an sich allgemein bekannt sind. Diese Techniken und ihre gesonderte Anwendung auf die Entmineralisierung von Milchserum sind vorteilhaf terweise in einem Artikel von W. Ulrich in "Schweizerische Milchwirtschaftliche Forschung", 5_, 99 (1976) beschrieben .

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Vorteilhafte Arbeitsbedingungen für die Elektrodialyse und damit für die erste Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die folgenden:

Temperatur : 10 bis 5O°C, vorzugsweise 10 bis 2O°C Spannung : 0,05 bis 0,09 V/cm/g trockener Extrakt

2 Stromdichte : 15 bis 40 itiA/cm Membrane

Das entspricht bei Milchserum mit einer Konzentration an Trockenmasse von 18 bis 25 %, das einen Widerstand zwischen 200 und 90/1cm aufweist, einer Klemmspannung von 240 bis 450 V bei einem Elektrodialyseur mit beispielsweise einer Produktionskapazität von 50 000 l/Tag an auf 90 % entmineralisiertem Milchserum und mit 200 Zellen, was 1,4 bis 2,25 V je Zelle entspricht.

Die Elektrodialysezeit liegt unter diesen Bedingungen typischerweise zwischen 3 und 6 h, je nach dem gewünschten Zwischenentmineralisierungsgrad. Auf diese Weise werden 0,9 bis 6 kg Trockenmasse je m Membrane je Stunde behandelt. Für ein rohes Milchserum mit einem Gehalt an Trockenmasse von etwa 6 % sind die entsprechenden Werte 60 {lern und 260 bis 380 V.

Aus bakteriologischen Gründen wird es vermieden, eine Temperatur von 20 C zu überschreiten, wenn nicht die Elektrodialyse in Gegenwart eines antibakteriellen Mittels, wie z.B. sauerstoffhaltiges Wasser, durchgeführt wird. Vorzugsweise bestehen die Membranen aus Polystyrolen/sulfonierten Divinylbenzolen (kationische Membranen) bzw. aus Polystyrolen/ aminierten Divinylbenzolen (anionische Membranen), welche auf faserförmigen inerten Polymeren fixiert sind, wie z.B. Saran (eingetragenes Warenzeichen) und Dynal (eingetragenes Warenzeichen). Es handelt sich also in der Tat um Ionenaustauschharze in Form von Membranen.

Durch die Elektrodialyse wird als Zwischenprodukt ein teilweise entmineralisiertes Milchserum erhalten, dessen pH

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und dessen Gehalt an Trockenmasse mit denjenigen des Ausgangsmilchserums vergleichbar sind. Der Entmineralisierungsgrad kann bis zu 90 % erreichen, es wird jedoch normalerweise bevorzugt, sich innerhalb von 30 bis 60 %, beispielsweise innerhalb von 40 bis 45 %, zu halten. Die Entmineralisierung an einwertigen Ionen, beispielsweise Na und K , verläuft weitgehender als bei den zweiwertigen Ionen, beispielswexse Ca

Der Ionenaustausch, der die zweite Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt, kann in einem Mischbett durchgeführt werden, wobei das Produkt mit einem Gemisch des starken kationischen Austauschharzes und des schwachen anionischen Austauschharzes in Kontakt gehalten wird. Das Verfahren kann aber auch mit getrennten Betten durchgeführt werden, was sich manchmal als günstiger erweist. In diesem Fall wird das Zwischenprodukt aufeinanderfolgend über ein starkes Katxonenaustauschharz im H -Zustand und dann über ein schwaches ^ionenaustauschharz im OH~-Zustand geführt. Als B-ax-ze. können auch sulfonierte Polymere (Kationenaustauschharze), beispielsweise Amberlite IR 120 und IR 200 (Amberlite ist ein eingetragenes Warenzeichen) bzw. aminierte Polymere (Anionenaustauschharze), beispielsweise Amberlite

gegebenenfalls

IRA 93 und IRA 68, verwendet werden, die/speziell vorbereitet oder regeneriert sind, damit sie sich im H⁺-Zustand bzw. OH -Zustand befinden.

Gemäß einer Variante des Verfahrens wird das Zwischenprodukt pasteurisiert, bevor es den Harzen zugeführt wird.

Die Kontaktierung kann dadurch erfolgen, daß man das Harz in dem zu behandelnden Zwischenprodukt in Suspension bringt, oder daß man das zu behandelnde Zwischenprodukt durch das beispielsweise in einer Kolonne angeordnete Harz perkolieren läßt, und zwar mit einer Temperatur zwischen 4 und 50 C, vorzugsweise zwischen 4 und 10 C. Es wird vermieden, eine

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ORIGINAL INSPECTED

Temperatur von 1O°C zu überschreiten, und zwar aus bakteriologischen Gründen, wenn nicht der Ionenaustausch in Gegenwart eines antibakteriellen Mittels durchgeführt wird. Die Menge des elektrodialysxerten Milchserums (ausgedrückt als Trockenmasse), die behandelt werden kann, hängt von dem bei der Elektrodialyse erhaltenen Entmineralisierungsgrad, vom pH-Wert des zu behandelnden Milchserums und vom pH-Wert des entmineralisierten Milchserums, den man nach dem Ionenaustausch erreichen will, sowie offensichtlich auch vom gewünschten endgültigen Entmineralisierungsgrad ab. Beispielsweise kann man 0,8 bis 1,2 kg Trokkenmasse je Äquivalent des gesamten Ionenaustausches (Grammäquivalentaustausch je Gewichts- oder Volumeneinheit des Harzes) bei süßem Milchserum erreichen, welches bestimmt ist, ein auf 90 % entmineralisiertes Milchserum mit einem pH zwischen 4,5 und 6,5 zu ergeben.

Das so erhaltene entmineralisierte Milchserum ist im allgemeinen etwas stärker verdünnt als das Ausgangsprodukt. Der gesamte Entmineralisierungsgrad kann ohne Schwierigkeit 90 bis 98 % erreichen. Es werden nicht nur Alkali- und Erdalkaliionen beseitigt, sondern insbesondere auch Chloridionen. Die Verluste an Proteinen und Lactose sind gering. Sie hängen von der Qualität der gewählten Ionenaustauschharze ab. Vorteilhafterweise wird das Milchserum standardisiert (d.h., daß seine Zusammensetzung auf eine Standardzusammensetzung gebracht wird, wie es beispielsweise in der FR-PS 1 523 106 angegeben ist) und auch pasteurisiert. Gewünschtenfalls kann das Milchserum getrocknet werden, ggf. beispielsweise nach einer Vorkonzentrierung.

Das entmineralisierte Milchserum findet Anwendung in der Diätetik, insbesondere bei der Herstellung von humanisierten und diätetischen Milchsorten. Es wird bei geringen Kosten durch ein Verfahren erhalten, das in der Industrie optimal durchgeführt werden kann. Obwohl der Unterhalt der

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verwendeten Anlage etwas aufwendiger ist und obwohl qualifiziertes Personal herangezogen werden muß, ergibt das vorliegende Verfahren im Vergleich zu den reinen Elektrodialyse- und Ionenaustauschverfahren bestimmte Vorteile, wie z.B. :

geringer Herstellungspreis beim gleichen Entmineralisierungsgrad,

große Anpassungsfähigkeit bei der Herstellung von Milchserum mit unterschiedlichem Entmineralisierungsgrad,

Möglichkeit, große Flüssigkeitsmengen bei geringerem Platzbedarf zu verarbeiten.

Es ist darauf hinzuweisen, daß für eine gute Durchführung des Verfahrens die Elektrodialyseeinheit zwischen jeder einzelnen Operation gereinigt werden muß, beispielsweise durch chemisches Waschen (Salzsäure und dann Natronlauge oder Ammoniak), durch Waschen mit Detergenzien oder durch Waschen mit Hilfe einer enzymatischen Lösung sowie anschließende Spülung in lauwarmem oder heißem Wasser. Die Ionenaustauschharze müssen periodisch mit Säure, z.B. Salzsäure, bzw. Base, z.B. Natronlauge oder Ammoniak, regeneriert und dann gespült werden. Durch Verwendung der sauren oder basischen Reagenzien, die von einer vorhergehenden Regenerierung stammen, für den Anfang der Regenerierung und durch die Reservierung der frischen Reagenzien für das Ende der Regenerierung ist es möglich, eine beträchtliche Wirtschaftlichkeit zu erzielen.

Eine Anlage für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält nacheinander eine Elektrodialyseeinheit und eine Ionenaustauscheinheit. Diese Anlage wird vorteilhafterweise zum Zwecke einer kontinuierlichen Durchführung vorne mit einer VorkonZentrierungseinheit, einer Klärungseinheit (insbesondere für feine sterile Filtration) und

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einer Entrahmungseinheit; einer Pasteurisierungseinheit zwischen der Elektrodialyseeinheit und der Ionenaustauscheinheit; und hinten mit einer weiteren Pasteurisierungseinheit, einer KonZentrierungseinheit und einer Trocknungseinheit ergänzt. Dabei werden auch Pufferbehälter verwendet, die dazu bestimmt sind, die Herstellungsschritte zu regulieren und insbesondere eine kontinuierliche Arbeitsweise mit solchen Einheiten wie Elektrodialyse- und Ionenaustauscheinheiten zu erzielen, welche chargenweise arbeiten. Diese können vervielfacht werden und jeweils aus mehreren parallel angeordneten Elementen zusammengesetzt sein. Je nach der verwendeten Vorrichtung können beispielsweise 1 bis 3 parallele Elektrodialyseelemente auf 2 Ionenaustauschelemente als Kolonnen vorhanden sein (2 parallele kationische Kolonnen und dann 2 parallele anionische Kolonnen) .

BEISPIELE

Die folgenden Beispiele erläutern die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Teile in Gewicht ausgedrückt sind. Alle Beispiele wurden mit Hilfe einer in der Folge beschriebenen Anlage durchgeführt, die nacheinander mindestens die folgenden Hauptelemente enthielt:

- 1 Pufferbehälter für die Aufnahme von Milchserum, das auf einen Gehalt an Trockenmasse von etwa 20 % vorkonzentriert worden ist, 1 Vorerhitzer-Kühler,

- 1 Entrahmer,

- 1 Filter mit 100 pm

- 3 IONICS-Elektrodialyseelemente (IONICS ist ein eingetragenes Warenzeichen) mit jeweils 2OO Zellen von 50 m gesamter Membranoberfläche je Element, parallel angeordnet, oder 1 SPTI-Element (SPTI ist ein eingetragnes Waren ^zeiche* 809849/0709

₁₃ _ 28220G0

- 1 Pufferbehälter,

1 Pasteurisator-Kühler,

- 2 Kationenaustauschkolonnen, parallel angeordnet, mit einer Austauschkapazität von je 1200 Äquivalenten,

2 Anionenaustauschkolonnen, parallel angeordnet, mit einer Austauschkapazität von je 1200 Äquivalenten,

1 Pufferbehälter,

1 Pasteurisator,

1 Verdampfer mit Dreifach- oder Vierfacheffekt,

- 1 Trocknungsturm

sowie Zirkulationspumpen.

In diesen Beispielen und auch im übrigen Teil des Textes einschließlich der Ansprüche bezieht sich der Ausdruck "Entmineralisierungsgrad" auf das in Prozent ausgedrückte Verhältnis der Mengen der aus dem Milchserum entfernten Mineralsalze (d.i. der Unterschied zwischen den Mengen der Mineralsalze des Ausgangsmilchserums und den Restmengen des entmineralisierten Milchserums) zu den Mineralsalzmengen des Ausgangsmilchserums, die ihrerseits wieder als Prozentsatz der Trockenmasse ausgedrückt sind.

Beispiel 1

In die oben beschriebene Anlage werden 20 000 1 süßes Milchserum (pH = 6,1) eingeführt, das aus der Herstellung von Käse in Form einer gekochten Paste stammt und das vorher unter vermindertem Druck zwischen 70 und 42°C in einer Vorrichtung mit Vierfacheffekt bis zu einem Gehalt an Trokkenmasse von 20 % (183 g/l) vorkonzentriert worden ist.

Die Zusammensetzung des Milchserums ist wie folgt:

Θ09849/0709

2822Q0Q

Dichte bei 20°C d = 1,09 Gesamtgehalt an Trockenmasse 183 g/l

Asche (Mineralsalze) 16 g/l

Na⁺ 1,12 g/l

K⁺ 4,49 g/l

Ca⁺⁺ 0,9 g/l

Mg⁺⁺ 0,022 g/l

Phosphat 3,5 g/l

Citrat 5,2 g/l

Cl" 3,4 g/l

Milchsäure 2,7 g/l

pH 6,1

Dieses Milchserum wird auf 4 3°C erwärmt und dann bei 4 OOO g entrahmt, auf 20°C abgekühlt und in die Elektrodialyseelemente eingeführt, wo es etwa 4 st unter einer zwischen und 450 V variierenden Gesamtspannung verweilt. Auf diese Weise wird als Zwischenprodukt ein Milchserum (19,4 % Trockenmasse =180 g/l) erhalten, dessen Entmineralisierungsgrad 4 2,8 % beträgt und das die folgende Zusammensetzung aufweist:

Dichte bei 20°C d = 1,077 Gesamtgehalt an Trockenmasse 180 g/l

Mineralsalze 9,0 g/l

Na⁺ 0,64 g/l

K⁺ 2,03 g/l

Ca⁺⁺ 0,4 g/l

Mg⁺⁺ 0,12 g/l

Phosphat 2,9 g/l

Citrat 5,0 g/l

Cl" 1,Gn g/l

Milchsäure 1,8 g/l

pH 6,0

Nach einer Pasteurisierung bei 72°C während 15 sek durch

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Dampfeinspritzen wird das teilweise entmineralisierte Milchserum auf 6°C abgekühlt und dann 2 st durch 2 Reihen von Ionenaustauschkolonnen hindurchgeführt (zunächst kationisch im H⁺-Zustand, dann anionisch im OH~-Zustand). Die Durchgangsgeschwindigkeit beträgt dabei 4,1 m/st, das ist für die kationische Kolonne 0,48 kationische Äquivalente/Ionenaustauschäquivalente/st. Das erhaltene, auf einen Grad von 93,5 % entmineralisierte Milchserum besitzt die folgende Zusammensetzung:

in % in g/l

Lactose
Proteine Mineralsalze davon Na

K⁺

Ca⁺⁺

Cl"

Phosphat Fett

Gesamtgehalt an Trockenmasse 14,8 140,3

pH = 4,8

Dichte bei 2O°C d = 1,05

Unter diesen Bedingungen werden 13,4 kg Trockenmasse von

2
Milchserum je m Membrane durch Elektrodialyse und 1,8 kg je Äquivalent Kationenaustausch behandelt.

Zu diesem sauren entmineralisierten Serum werden 3 000 1 rohes Serum zugegeben (wie es beispielsweise in der FR-PS 1 523 106 beschrieben ist). Das Gemisch wird dann mit Hilfe einer 20-30%igen Kaliumhydroxidlösung auf pH 6,6 gebracht.

Das so erhaltene Produkt wird pasteurisiert, auf einen Ge-

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12,51	118,6
2,07	19,6
0,08	O,8
0,008	0,076
0,006	0,057
0,003	0,028
0,011	0,104
0,036	0,340
0,14	1,3

halt an Trockenmasse von 50 % (417 g/l) vorkonzentriert und dann durch Atomisierung getrocknet.

Die Elektrodialyseeinheit wird durch aufeinanderfolgende Spülungen mit Wasser, 0,2 m Natronlauge, Wasser und 0,2 m Salzsäure gespült.

Die lonenaustauschharzkolonnen werden reichlich mit Wasser gespült und dann getrennt regeneriert:

- kationische Kolonne:

Es wird Salzsäure, die von einem vorhergehenden Regenerierungszyklus stammt, 12 min mit einem Durchsatz von 0,05 Äquivalent/Ionenaustauschäquivalent/min hindurchgeführt. An diese erste Operation schließt sich die Hindurchführung von frischer Salzsäure während 20 min mit einem Durchsatz von 0,1 Äquivalent/Ionenaustauschäquivalent/ min an. Der Abfluß dieser letzten Operation wird zum Teil aufbewahrt und dient für den Beginn der Regenerierung des folgenden Zyklusses. Auf diese Weise wird eine Einsparung von 20 % gegenüber der direkten Verwendung von frischen Reagenzien erreicht.

anionische Kolonne:

Natronlauge, die von einem vorhergehenden Regenerierungszyklus stammt, wird während 10 min mit einem Durchsatz von O,04 Äquivalent/Ionenaustauschäquivalent/min hindurchgeführt. An diese erste Operation schließt sich wie vorher eine Hindurchführung von frischer Natronlauge während 25 min mit einem Durchsatz von 0,07 Äquivalent/Ionenaustauschäquivalent/min an. Der basische Abfluß dieser letzten Operation wird teilweise aufbewahrt und dient für den Beginn der Regenerierung des folgenden Zyklusses. Auf diese Weise wird eine ähnliche Einsparung wie oben erreicht.

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2 8 >' 2 J ί I ü

Nachdem die Regenerierung der beiden Kolonnentypen durchgeführt worden ist, werden die Harze normalerweise mit Wasser gewaschen und dann durch Rückspülung mit Wasser gelockert.

Vergleichsbeispiele

a) Süßes Milchserum, das wie bei Beginn des Beispiels 1 hergestellt worden war, wird nur durch Elektrodialyse behandelt, die bis zu einem Entmineralisierungsgrad von 90 % getrieben wird. Es wird festgestellt, daß nur 3,6 kg Trok-

2
kenmasse von Milchserum je m Membrane behandelt werden können, d.i. etwa 3,7mal weniger. Die stündliche Ausbeute ist somit um diese Größenordnung kleiner. Außerdem muß der Energiebedarf stark erhöht werden, um das Absinken der elektrischen Leitfähigkeit während der Entmineralisierung des Milchserums auszukompensieren.

b) Süßes Milchserum wird durch reinen Ionenaustausch unter den oben in der Mitte von Beispiel 1 erwähnten Bedingungen behandelt. Es wird festgestellt, daß zur Erzielung einer vergleichbaren Entmineralisierung von 90 % nur 0,7 kg Trockenmasse von Milchserum je Kationenäquivalent behandelt werden können, d.i. etwa 2,6mal weniger. Für eine gleiche stündliche Ausbeute müssen deshalb 2,6mal mehr Harz verwendet werden, was wesentlich größere Anlagen und vor allem auch die Verwendung von 2,6mal mehr Regenerierungsreagenzien erfordert, von denen man nicht recht weiß, wie man sie beseitigen soll.

Was die Kosten anbelangt, kann durch eine Vereinigung von Elektrodialyse und Ionenaustausch eine Einsparung in der Größenordnung von 20 bis 30 %, je nach den Produktionsparametern, im Verhältnis zu jeder einzelnen Technik erreicht werden.

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ORIGINAL INSPECT^

Beispiel 2

Das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren wird wiederholt, wobei jedoch von 20 000 1 süßem Milchserum von Käse aus gepreßter Paste ausgegangen wird, das auf einen Gehalt an Trockenmasse von 22 % vorkonzentriert ist und ungefähr 17,3 g/l Asche enthält. Durch Elektrodialyse während 6 st wird ein Zwischenmilchserum (21,3 % Trockenmasse) erhalten, das einen Entmineralisierungsgrad von 56,5 % aufweist. Dieses Zwischenmilchserum, das auf 6°C abgekühlt worden ist, wird über die Ionenaustauschharze geführt, und zwar zunächst über ein Kationenaustauschharz im H -Zustand und dann über ein Anionenaustauschharz im OH -Zustand. Die Durchgangsgeschwindigkeit beträgt 4,2 m/st. Auf diese Weise wird ein Milchserum mit einem Entmineralisierungsgrad von 9 2,8 % erhalten, das die folgende Zusammensetzung aufweist:

in % in g/l

Lactose	Fett	14,12	132,9
Proteine	Gesamtgehalt an Trockenmasse	1,95	18,4
Mineralsalze	pH = 4,6	0,10	0,9
davon Na	Dichte bei 20°C	0,010	0,094
K⁺	0,007	0,085
Ca⁺⁺	0,004	0,037
Cl"	0,009	0,084
0,13	1,2
16,3	153,4

d = 1,062

Der pH wird dann mit Hilfe von 20%iger Natronlauge auf 6,8 eingestellt. Hierauf wird das Milchserum durch Eindampfen bis zu einer Konzentration von 50 % konzentriert und dann durch Sprühtrocknung getrocknet.

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Beispiel

Nach der Vorschrift von Beispiel 1 wird saures Milchserum (pH = 4,8, Acidität = 42° Dornic) von Hüttenkäse behandelt, das auf 21 % vorkonzentriert worden ist und ungefähr 21,2 g/l Asche enthält. Durch Elektrodialyse während 4 st wird ein saures Zwischenmilchserum mit einem Entmineralisierungsgrad von 41,3 % erhalten (pH = 5,0, Acidität = 100° Dornic, Trockenmasse = 19,3 %), welches über Ionenaustauschharze im H⁺-Zustand bzw. OH -Zustand geführt wird, und zwar mit einem Durchsatz von 3,8 m /st.

Auf diese Weise wird ein Milchserum mit einem Entmineralisierungsgrad von 91,8 % erhalten, das die folgende Zusammensetzung aufweist:

in % in g/l

Lactose Proteine Mineralsalze davon Na⁺

K⁺

Ca⁺⁺

Cl" Fett

Gesamtgehalt an Trockenmasse 15,2 143,6

pH = 4,6

Dichte bei 2O°C d = 1,058

Die Kolonnen werden wie in Beispiel 1 regeneriert, wobei jedoch die folgenden Modifizierungen vorgenommen werden:

kationische Kolonne: Durchsatz 0,09 Äquivalent HCl/

Ionenaustauschäquivalent/min während 33 min;

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13,04	123,2
1,97	18,6
0,14	1,3
0,008	0,075
0,006	0,056
0,005	0,047
0,006	0,056
0,05	0,5

- 20 -

anionische Kolonne: Durchsatz 0,08 Äquivalent NH.OH/

Äquivalent Ionenaustausch/min während 27,5 min.

Beispiel 4

Das Pulver aus entmineralisiertem Milchserum, das gemäß Beispiel 1 hergestellt worden ist, wird bei der Herstellung einer maternisierten Milch verwendet. Für die Herstellung von 1 OOO kg trockenem Pulver werden 562 kg entmineralisiertes Milchserum mit einer kalten standardisierten Milch gemischt, die 250 kg Fett (198 kg Milchfett und 52 kg Maisöl) enthält und einen Gehalt an fettfreier Trockenmasse von 156 kg aufweist. Diese hinsichtlich des Fetts standardisierte Milch wird vorher bei 102⁰C pasteurisiert, um die Wirkung von Lipase möglichst weitgehend zu verringern.

Dem kalten Gemisch aus entmineralisiertem Milchserum und standardisierter Milch werden die folgenden Bestandteile zugesetzt:

Glykokoll = 50 kg

Tricalciumcitrat = 40 kg

Eisen = 51 g in Form eines

löslichen Eisensalzes, Eisensaccharat, Eisenchlorid oder ein anderes Eisensalz

= 15 000 000 I.E.

= 6OO g = 4 g = 12 g = 20 g = 80 g = 40 g = 300 mg

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Vitamin	A
Vitamin	C
Vitamin	^B1
Vitamin	^B6
Vitamin	^B12
Vitamin	PP
Ca-Pantothenat
Folsäure

Diese Stoffe gestatten die Herstellung eines Produkts, dessen Zusammensetzung der Muttermilch nahekommt.

Das so erhaltene Gemisch wird während 10 sek bei 110 C pasteurisiert und dann bis zu einem Gehalt an Trockenmasse von 45 % in einem Fallfilmapparat solcher Art konzentriert, welcher die Denaturierung der Serumproteine und die Blokkierung von Lysin möglichst gering hält.

An die Konzentrierung schließt sich unmittelbar eine Homo-

2 genisierung bei einem Druck von 100 kg/cm und bei einer Temperatur von 50 C an. Die heiße homogenisierte Masse wird direkt in einen Sprühtrocknungsturm eingeführt, dessen Bedingungen wie folgt sind:

Temperatur der heißen Luft 200 bis 25O°C Druck der heißen Luft 0,13 at Temperatur der austretenden Luft 95°C

Das abgekühlte Pulver, das ein spezifisches Gewicht von 465 g/l aufweist, wird in seinem endgültigen Behälter konditioniert. Es besitzt die folgende Zusammensetzung:

Fett	: 26,0 \	's
Proteine	: 12,5 \	's
davon	4,5 S	's
	6,5 ί
	1,5 \

Lactose	ζ 56,2 \
Asche	: 2,3 5
Wasser	: 3 5


i Casein
S Serumproteine
i nicht-protein
verbindungen

Die Zusammensetzung der Asche ist wie folgt:

Na⁺ : 0,20 %

K⁺ : 0,60 %

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Mg⁺⁺ : 0,04 %

Ca⁺⁺ : 0,39 %

Cl" : 0,30 %

Phosphat : 0,90 %

Zur Rekonstituierung des Produkts werden 15g Milchpulver in 90 cm Wasser aufgelöst.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Entmineralisierung von Milchserum, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Milchserum in geklärtem und entrahmtem Zustand zunächst einer Elektrodialyse und dann mit Hilfe eines starken Kationenaustauschharzes im H -Zustand und eines schwachen Anionen austauschharzes im OH -Zustand einem Ionenaustausch un terwirft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Milchserum durch Entfernung von Teilchen mit Abmessungen über 100 pm klärt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Milchserum bis zu einem restlichen Fettgehalt unter 0,05 % entrahmt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Milchserum einen Gehalt an Trockenmasse zwischen 18 und 25 Gew.~% aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Elektrodialyse bei einer Temperatur zwischen 10 und 2O°C durchführt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

man die Elektrodialyse unter einer Stromdichte zwi-

2
sehen 15 und 40 mA/m Membrane durchführt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nach der Elektrodialyse erhaltene Zwischenprodukt auf einen Gehalt zwischen 30 und 60 Gew.-%, bezogen auf den Gehalt des Ausgangsmilchserums, entmineralisiert ist.

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ORIGINAL INSPECTED

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8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das nach der Elektrodialyse erhaltene Zwischenprodukt vor der Durchführung des Ionenaustausches pasteurisiert.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Ionenaustausch bei einer Temperatur zwischen 4 und 1O°C durchführt.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das entmineralisierte Milchserum auf einen Gehalt zwischen 90 und 98 Gew.-%, bezogen auf das Ausgangsmilchserum, entmineralisiert ist.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß man das Kationenaustauschharz mit Hilfe von Salz-Natronlauge oder

säure und das Anionenaustauschharz mit Hilfe von/Ammoniak regeneriert.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß für den ersten Teil der Regenerierung Reagenzien vom letzten Teil einer vorherigen Regenerierung verwendet werden.

13. Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie hintereinander angeordnet eine Elektrodialyseeinheit und eine Ionenaustauscheinheit aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Pasteurisierungseinheit zwischen der Elektrodialyseeinheit und der Ionenaustauscheinheit aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie voraus eine Vorkonzentrierungsein-

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heit, eine Klärungseinheit und eine Entrahmungseinheit aufweist und daß sie anschließend eine Pasteurisierungseinheit, eine Konzentrierungseinheit und eine Trocknungseinheit aufweist.

16. Verwendung eines nach einem der Ansprüche 1 bis 12 hergestellten entmineralisierten Milchserums zur Herstellung von diätetischen Nährmitteln oder Kindernähr mitteln.

17. Verwendung eines nach einem der Ansprüche 1 bis 12 hergestellten entmineralisierten Milchserums in Mischung mit rohem Milchserum bei der Herstellung von diätetischen Nährmitteln oder Kindernährmitteln.

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