NL8004614A - Werkwijze en inrichting voor het concentreren van zure wei. - Google Patents

Description

ν ί « 4 1 JT.O. 29.252

Werkwijze en inrichting voor het concentreren van zure wei.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en een inrichting voor het concentreren van zure wei tot een gehalte aan droge stof van meer dan 45 gew.%.

Wei is het produkt, dat wordt verkregen na neerslaan en afscheiden 5 van caseïne bevattende melkeiwitten uit melk. Wanneer het neerslaan wordt bewerkstelligd door inwerking van enzymen, spreekt men na het afscheiden van de caseine van zoete wei. Wanneer men door fermentatie de melk zuur maakt of zuur aan de melk toevoegt, noemt men het na afscheiding van de caseine verkregen produkt zure wei. In het laatste'geval 10 worden de in de melk aanwezige onopgeloste calciumzouten tengevolge van de verlaging van de pH in oplossing gebracht, zodat zure wei aanzienlijk meer opgeloste zouten bevat dan zoete wei.

Bij verwerking van wei, die meestal ongeveer 6 gew.% droge stof bevat, tot weipasta of weipoeder en bij de bereiding van lactose uit wei 15 moet een aanzienlijke hoeveelheid water uit de wei worden verwijderd. Aanvankelijk verdampte men het water uit de wei met eentrapsverdampers volgens het omloopprincipe, later werden meertrapsverdampers toegepast (M.T. Gillies, "Whey Processing and Utilization", Noyes Data Corporation, Park Ridge N.J. en Londen (1974), biz. 24-29). Voor het indampen 20 kan de wei enige tijd op een temperatuur van 65-74°C worden gehouden om bacteriegroei en ontwikkeling van zuur tegen te gaan en daarna worden voorverhit op 87-96°C en eventueel worden gepasteuriseerd. Hierbij worden de wei-eiwitten gedenatureerd en wordt de lactose tot kristallisatie gebracht. De wei wordt geconcentreerd tot een gehalte aan vaste 25 stof van 40-50 gew.% en daarna gedroogd met een sproeidroger.

Indamping van wei met toepassing van een aantal in serie geschakelde vacuumverdampers tot een gehalte aan droge stof tot 70 gew.% is bekend uit John R. Spellacy, "Casein, dried and condensed whey”, Litho-type Process Co., San Francisco, (1953) biz. 489, 490, 491, 500 en 30 501.

Uit Earl 0. Whittier and Byron H. Webb, "By-Products from Milk",

Reinhold Publishing Corporation, New York, (1950) biz. 298, 299 en 305-307 is een werkwijze bekend, waarbij caseinewei met stoom tot het kookpunt wordt verhit onder toevoeging van een kleine hoeveelheid kalk-35 melk, weaarbij de wei-eiwitten coaguleren en samen met calciumfosfaat een slib op de bodem van de tank vormen.

De afgescheiden heldere wei wordt vervolgens onder verminderde druk in 8004614 I 1 2 twee of drie trappen geconcentreerd tot een gehalte aan droge stof van 34-38 gew.%. De hierbij verkregen stroop wordt in een filterpers gefiltreerd om de afgescheiden eiwitten en zouten te verwijderen. Door de denaturering van eiwitten stijgt namelijk de viscositeit, wat bij het 5 verdere concentreren moeilijkheden oplevert. De gefiltreerde stroop, die dan geen wei-eiwit, maar alkeen lactose bevat, wordt verder geconcentreerd tot een gehalte aan droge stof van ongeveer 70 gew.%.

Uit Dairy Science Abstracts 1977, deel 39, no. 4, blz. 212, abstract 1855 is het bekend wei te concentreren tot een gehalte aan droge 10 stof van meer dan 45 gew.%, vervolgens de geconcentreerde wei te koelen tot 27-30°C en op deze temperatuur onder roeren te houden gedurende 8-12 uren, waardoor de in de wei aanwezige lactose uitkristalliseert.

De wei met de gekristalliseerde lactose wordt vervolgens verhit en aan sproeidrogen onderworpen.

15 Om het concentreren van de wei sneller te doen verlopen bij minder hoge temperatuur, waardoor het denatureren van de wei-eiwitten minder storend werkt, gebruikt men tegenwoordig ook valstroomverdampers. Zo is in Dairy Science Abstracts, deel 39, no. 4, (1977), blz. 212, abstract 1854 een werkwijze beschreven, waarbij wei met een gehalte aan droge 20 stof van 6 gew.% in een uit enkele valstroomverdampers bestaande installatie wordt geconcentreerd tot een gehalte aan droge stof van 36 gew.%. Volgens het Duitse "Offenlegungsschrift" 2.538.336 worden melk en melkprodukten ingedampt in een uit een aantal verdampers bestaande installatie. In ten minste êén verdamper wordt het te concentreren ma-25 teriaal in een opstijgende stroom ingedampt, waarna in ién of meer volgende verdampers volgens het valstroomprincipe wordt gewerkt.

Op deze wijze ingedampte wei behoeft slechts weinig of geen gedenatureerd eiwit te bevatten. Wanneer echter het verwarmende oppervlak van de indamper(s) vervuild geraakt en men de temperatuur moet verhogen om 30 het indampen voort te zetten, treedt toch denaturering op, waardoor de snelheid van de vervuiling sterker toeneemt.

Een dergelijke vervuiling van de oppervlakken van een indampinrich-ting treedt in het bijzonder op bij het concentreren van zure wei. Zoals bekend is uit het Nederlandse octrooischrift 132.095 zijn bij pH-35 waarden beneden 4,7 de in de wei aanwezige calciumzouten van fosforzuur en citroenzuur weliswaar aanwezig in een goed oplosbare vorm, waarbij de zuurrewsten slechts eenmaal gedissocieerd zijn, maar in de praktijk is gebleken, dat desondanks toch calciumhoudende neerslagen op het oppervlak van een indampinrichting worden gevormd. Dit is 40 in het bijzonder het geval bij zure wei, die wordt verkregen na preci- . 8004614 * * 3 pitatie van caseine met zwavelzuur, maar ook andere soorten caselnewei alsmede kaaswei, die afkomstig is van een kaasbereidingsproces, waarbij de vorming van melkzuur een rol speelt, vertonen een veel sterkere vervuiling tijdens het concentreren dan zoete wei.

5 Naast calcium zijn in de afzettingen op het verdamperoppervlak fosfaat, sulfaat en organische verbindingen, zoals suikerachtige en eiwitachtige stoffen, aantoonbaar. Deze afzettingen treden vooral op op die plaatsen, waar het gehalte aan droge stof in de wei hoog is. Reeds na enkele uren indampen vermindert dan de warmteoverdracht van de verdam-10 peroppervlakken en na 5 a 6 uren bedrijf moet het indampen worden onderbroken door de te sterke vervuiling.

Om deze nadelen te vermijden is volgens de Nederlandse octrooiaanvrage 7.810.035 voorgesteld uit de te verwerken wei calcium met behulp van een zure ionenuitwisselaar in de natrium- of kaliumvorm te verwij-15 deren en de gebruikte ionenuitwisselaar te regenereren met behulp van de vloeistof, die bij een latere trap van de verwerking van de wei wordt verkregen.

Gevonden werd, dat de vervuiling van de indampinstallatie bij het concentreren van zure wei tot een gehalte aan droge stof boven 45 gew.% 20 door indamping onder verminderde druk met behulp van continu werkende verdampers zonder behandeling met ionenuitwisselaar aanmerkelijk vermindert, wanneer men volgens de uitvinding het concentreren in ten minste twee afzonderlijke fasen uitvoert en tussen ten minste twee van deze fasen de reeds gedeeltelijk geconcentreerde wei gedurende een in-25 stelbare gemiddelde verblijftijd van ten minste 30 minuten bij een temperatuur boven 35°G in een bewaarzone bewaart.

Elke afzonderlijke fase van het concentreren kan in één of meer verdampingstrappen worden uitgevoerd. Dit kan op verscheidene wijzen geschieden.

30 Zo kan men gebruik maken van een indampinstallatie, die bestaat uit een serie verdamperlichamen, die zodanig met elkaar verbonden zijn, dat de damp, die in een verdamperlichaam wordt verkregen als verwarmingsmiddel voor het volgende verdamperlichaam fungeert. Elk verdamperlichaam is voorzien van een koelinrichting voor het afgescheiden pro-35 dukt, van waaruit de geconcentreerde vloeibare fase wordt afgevoerd naar een volgend verdamperlichaam en de damp wordt gebruikt voor het verwarmen van een voorafgaand verdamperlichaam.

Theoretisch behoeft men dus bij een dergelijke werkwijze alleen aan het laatste verdamperlichaam een verhittingsmiddel, zoals stoom, toe te 40 voegen, waarvan de warmteinhoud dan via de damp steeds naar een vooraf- 8004614 4 * gaand verdamperlichaam wordt overgebracht.

Als verdamperlichamen kan men verschillende typen van verdampers toepassen, zoals omloopverdampers en bij voorkeur valstroomverdampers. Bij de werkwijze volgens de uitvinding voert men nu uit een van de ver-5 damperlichamen komende gedeeltelijk geconcentreerde wei af en bewaart die in een afzonderlijke zone, bijvoorbeeld in een zogenaamde buffer-tank. Na ten minste 30 minuten bewaren wordt dan de gedeeltelijk geconcentreerde wei aan een volgend verdamperlichaam toegevoerd.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding kan men ook veeltrapsverdam-10 pers gebruiken, die bestaan uit verschillende verdampingstrappen, die elk voorzien zijn van een koeler met dampafscheider en afvoerleidingen voor damp en vloeistof. Volgens de uitvinding kan men de uit een trap verkregen gedeeltelijk geconcentreerde wei uit een dergelijke dampafscheider, die bij een verdampingstrap behoort, afvoeren en ten minste 15 30 minuten in de bewaarzone bewaren en vervolgens weer aan een volgende verdampingstrap toevoeren.

Voor het verwarmen van de indampinstallatie wordt meestal stoom gebruikt, hoewel ook andere verhittingsmiddelen kunnen worden toegepast. De verhitting vindt in het algemeen op indirecte wijze plaats.

20 De temperatuur in de verdampers wordt door de voorhanden installa tie en het beoogde doel bepaald. Omdat denaturering van de eiwitten in de wei zoveel mogelijk moet worden vermeden, bedraagt de temperatuur meestal niet meer dan 80°C, bij voorkeur 40-70°C en in het bijzonder 40-60°C.

25 De druk in de verdampers is afhankelijk van de temperatuur en de gewenste mate van concentratie. De omstandigheden van temperatuur en druk wijken in het algemeen niet af van de gebruikelijke omstandigheden.

De temperatuur in de bewaarzone wordt meestal bepaald door de temr 30 peratuur van de verdamperlichamen of verdampingstrappen en bedraagt derhalve bij voorkeur 40-70°C en in het bijzonder 40-60°C. Het is gewenst de temperatuur in de bewaarzone zoveel mogelijk constant te houden en men voorkomt uiteraard bij voorkeur zoveel mogelijk warmteverlies tijdens de bewaarperiode.

35 De vervuiling is het sterkst in de verdamperlichamen of verdam- pingstrappen, waarin het gehalte aan droge stof het grootst is. Om deze reden verdient het de voorkeur, met name wanneer men de wei tot een gehalte aan droge stof van meer dan 60 gew.% wil concentreren, de wei in de bewaarzone te bewaren, wanneer het gehalte aan droge stof 45-55 40 gew.% bedraagt. Omdat echter ook in verdamperlichamen of verdampings- 8004614 *? * 5 trappen, waarin het gehalte aan deze stof niet zo groot is, een vrij aanzienlijke vervuiling optreedt, is daarnaast het bewaren van wei met een gehalte aan droge stof van 30-45 gew.% in een bewaarzone gewenst.

Indien men de wei niet verder concentreert dan een gehalte aan droge 5 stof van 45-50 gew.%, kan men met het bewaren in een bewaarzone van wei met een gehalte aan droge stof van 30-45 gew.% volstaan. Bij het sterk concentreren van de wei gaat men bijvoorbeeld zo te werk, dat men het concentreren in drie fasen uitvoert, na de eerste fase wei met een gehalte aan droge stof van 30-45 gew.% gedurende een instelbare gemiddel-10 de verblijftijd van ten minste 30 minuten bij een temperatuur in het traject van 40-60°C in een bewaarzone bewaart, vervolgens in een tweede fase de wei verder concentreert, daarna de wei met een gehalte aan droge stof van 45-55 gew.% gedurende een instelbare gemiddelde verblijftijd van ten minste 30 minuten bij een temperatuur in het traject van 15 40-60°C in een bewaarzone bewaart en tenslotte in de derde fase de wei tot een gehalte aan droge stof van 55-70 gew.% concentreert.

De gemiddelde verblijftijd van de gedeeltelijk geconcentreerde wei in de bewaarzone moet instelbaar zijn, zodat verhinderd wordt, dat de wei via de bewaarzone direct naar de volgende verdampingstrap respec-20 tievelijk het volgende verdamperlichaam stroomt. In de praktijk is een gemiddelde verblijftijd van 1-5 uren gewenst, afhankelijk van de gebruikte installatie en het gehalte aan droge stof van de gedeeltelijk geconcentreerde wei.

Door het uitvoeren van het concentreren van de wei in ten minste 25 twee afzonderlijke fasen en het inlassen van een bewaarperiode van de gedeeltelijk geconcentreerde wei tussen twee verdampingsfasen wordt bereikt, dat de vervuiling van de verdamperoppervlakken bij het verwerken van wei met een vrij groot gehalte aan droge stof aanzienlijk afneemt, terwijl toch de totale werking van de indampinstallatie niet behoeft te 30 worden verstoord, omdat het gehalte aan droge stof in de gedeeltelijk geconcentreerde wei en de temperatuur daarvan geen verandering behoeven te ondergaan.

De vervuiling in een verdamperlichaam wordt gemeten aan de hand van de warmte-overdracht. Wanneer geen vervuiling plaatsvindt, blijft de 35 warmte-overdracht constant en blijft ook de waterverdampingscapaciteit constant, zonder dat de temperatuur of de doorvoersnelheid bijgeregeld behoeven te worden. Daardoor kan de temperatuur overal in de indampin-richting op een zodanige lage waarde worden gehouden, dat denatureren van eiwitten niet optreedt. Het weiconcentraat bevat daardoor het 40 wei-eiwit uiteindelijk nagenoeg volledig in niet-gedenatureerde toe- 8004614 6 ^ * stand. Dit betekent, dat het weiconcentraat een hoog gehalte aan oplosbaar eiwit bezit. Bij de bereiding van lactose uit het weiconcentraat kan de scheiding tussen gekristalliseerde lactose en de overige wei-bestanddelen beter verlopen.

5 Het verkregen weiconcentraat kan op de gebruikelijke wijze tot wei-poeder worden gedroogd, bijvoorbeeld door middel van sproeidrogen, en/of tot lactose worden verwerkt.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van de bovenbeschreven werkwijze, bestaande uit een installa-10 tie, voor het verdampen in ten minste twee zones, waarin de eerste zone is voorzien van een toevoer voor uitgangsmateriaal en elke zone is voorzien van een .koelinrichting voor het uit die zone afgevoerde pro-dukt en een dampafscheider alsmede van de gebruikelijke middelen voor het transport van vloeistof en damp en voor het meten en regelen van de 15 temperatuur, druk en vloeistof- of dampsnelheid en andere omstandigheden. De inrichting volgens de uitvinding is gekenmerkt doordat tussen ten minste twee verschillende verdampingszones een bewaarzone aanwezig is, die is voorzien van een toevoerleiding voor uit de voorafgaande verdampingszone afkomstige vloeistof, van een afvoerleiding naar de 20 volgende verdampingszone en van middelen voor het bewaren van de vloeistof gedurende een instelbare gemiddelde verblijftijd bij tevoren vastgestelde temperatuur.

Bij voorkeur is de bewaarzone een vat met middelen voor het regelen van temperatuur en verblijftijd.

25 De volgende voorbeelden lichten de uitvinding toe. Daarbij wordt de vervuiling bepaald aan de hand van de warmteoverdrachtscoëfficiënt, de zogenaamde K-waarde. Deze K-waarde wordt berekend uit de formule z = Λ-Χ ΔΤ.0 30 waarin Q de hoeveelheid in kg per uur per lichaam afgescheiden condensaat, ΔΤ het temperatuurverschil in °C, 0 de grootte van het verwarmend oppervlak in m^ en V de verdampingswarmte van water in kJ per kg voorstellen.

35 Voorbeeld I

Zure wei met een gehalte aan droge stof van 6,0 gew.%, die is verkregen na aanzuren van ondermelk met zoutzuur tot een pH van 4,5 en afscheiden van de daarbij neergeslagen caseine, werd geconcentreerd tot een uiteindelijk gehalte aan droge stof van 60 gew.% met een indampin-40 stallatie, die in totaal 7 in serie geschakelde verdamperlichamen vol- 8004614 7 gens het valstroomprincipe omvatte. Het weiconcentraat uit het vijfde verdamperlichaam, dat een gehalte aan droge stof van 48 gew.% en een temperatuur van 50°C bezat, werd door een tank gevoerd, voordat het in het zesde verdamperlichaam werd gepompt. De verblijftijd van de gedeel-5 telijk geconcentreerde wei in deze tank bedroeg gemiddeld 1 uur. Na 4½ uur indampen bleek de K-waarde van het zesde en zevende verdamperlichaam met 14% gedaald te zijn. Indien de gemiddelde verblijftijd in de tank 5 uren bedroeg, bleek de K-waarde in de laatste twee verdamperli-chamen na 4½ uur indampen met 10% gedaald te zijn. Bij een verblijftijd 10 van gemiddeld 8 uren werd na 8 uren geen daling van de K-waarde gevonden.

Werd daarentegen het weiconcentraat uit het vijfde verdamperlichaam onmiddellijk, dus zonder het bewaren in een bewaarzone, naar het zesde verdamperlichaam gevoerd, dan bleek na 4½ uren indampen de K-waarde van 15 de laatste twee lichamen met 36% gedaald te zijn.

Voorbeeld II

Zure wei met een gehalte aan droge stof van 5,9 gew.%, die was verkregen door aanzuren van ondermelk met zwavelzuur tot een pH van 4,5 en afscheiding van de daarbij neergeslagen caseine, werd geconcentreerd 20 tot een gehalte aan droge stof van 60 gew.% in het uiteindelijke verkregen produkt met dezelfde installatie als toegepast volgens voorbeeld I. Het weiconcentraat, dat uit het vijfde verdamperlichaam kwam, had een gehalte aan droge stof van 47 gew.% en een temperatuur van 52eC.

Bij een verblijftijd van dit concentraat van gemiddeld 1 uur in een be-25 waartank bleek de waarde van de K-waarde van de volgende verdamperli-chamen na 4,6 uren indampen met 12% gedaald te zijn. Bij een verblijftijd van gemiddeld 6 uren bleek de K-waarde gedurende 7,5 uren indampen constant te blijven.

Voorbeeld III

30 Dezelfde wei als beschreven in voorbeeld II werd met een soortgelijke installatie als in voorbeeld II beschreven behandeld, maar nu werd het concentraat uit het vierde verdamperlichaam, dat een gehalte aan droge stof van 38 gew.% en een temperatuur van 52°C had, gedurende gemiddeld 5,5 uren in een tank bewaard alvorens naar het vijfde verdam-35 perlichaam te worden gevoerd. Blijkens het constant blijven van de K-waarde van het vijfde verdamperlichaam trad in dat lichaam gedurende 5 uren indampen geen vervuiling op. Zonder het bewaren van de gedeeltelijk geconcentreerde wei bleek de K-waarde van het vijfde verdamperlichaam in 5 uren met 30% te dalen.

8004614

Claims (10)

1. Werkwijze voor het concentreren van zure wei tot een gehalte aan droge stof boven 45 gew.% door indamping onder verminderde druk met behulp van continu werkende verdampers, met het kenmerk, dat men het concentreren in ten minste twee afzonderlijke fasen uit-5 voert en tussen ten minste twee van deze fasen de reeds gedeeltelijk geconcentreerde wei gedurende een instelbare gemiddelde verblijftijd van ten minste 30 minuten bij een temperatuur boven 35°C in een bewaar-zone bewaart.

2. Werkwijze volgens conclusie l,met het kenmerk, dat 10 men de verschillende fasen van het concentreren met behulp van verschillende verdamperlichamen uitvoert.

3. Werkwijze volgens conclusie l,met het kenmerk, dat men de reeds gedeeltelijk geconcentreerde wei na een trap in een veel-trapsverdamper afvoert en na het bewaren aan de volgende trap in de- 15 zelfde veeltrapsverdamper toevoert.

4. Werkwijze volgens de conclusies 1-3, met het kenmerk, dat men de wei bij een temperatuur in het traject van 40-70°C en bij voorkeur 40-60°C bewaart.

5. Werkwijze volgens de conclusies 1-4, met het ken-20 merk, dat de wei bij het bewaren een gehalte aan droge stof van 30-45 gew.% bezit.

6. Werkwijze volgens de conclusies 1-4, met het kenmerk, dat de wei bij het bewaren een gehalte aan droge stof van 45-55 gew.% bezit.

7. Werkwijze volgens één of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat men het concentreren in drie fasen uitvoert, na de eerste fase wei met een gehalte aan droge stof van 30-45 gew.% gedurende een instelbare gemiddelde verblijftijd van ten minste 30 minuten bij een temperatuur in het traject van 40-60°C in een bewaarzone 30 bewaart, vervolgens in een tweede fase de wei verder concentreert, daarna de wei met een gehalte aan droge stof vein 45-55 gew.% gedurende een instelbare gemiddelde verblijftijd van ten minste 30 minuten bij een temperatuur in het traject van 40-60°C in een bewaarzone bewaart en tenslotte in de derde fase de wei tot een gehalte aan droge stof van 35 55-70 gew.% concentreert.

8. Werkwijze volgens één of meer der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat men het verkregen weiconcentraat droogt tot weipoeder en/of tot lactose verwerkt. 8004614

9. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens één of meer der voorgaande conclusies, bestaande uit een installatie, voor het verdampen in ten minste twee zones, waarin de eerste zone voorzien is van een toevoer voor uitgangsmateriaal en elke zone voorzien is van een 5 koelinrichting voor het uit die zone afgevoerde produkt en een dampaf-scheider alsmede van de gebruikelijke middelen voor het transport van vloeistof en damp en voor het meten en regelen van de temperatuur, druk en vloeistof- of dampsnelheid en andere omstandigheden, met het kenmerk, dat tussen ten minste twee verdampingszones een bewaar-10 zone aanwezig is, die is voorzien van een toevoerleiding voor uit de voorafgaande verdampingszone afkomstige vloeistof, van een afvoerlei-ding naar de volgende verdampingszone en van middelen voor het bewaren van de vloeistof gedurende een instelbare gemiddelde verblijftijd bij een tevoren vastgestelde temperatuur.

10. Inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de bewaarzone een vat met middelen voor het regelen van temperatuur en verblijftijd is. ssaasss 8004614