PL172997B1

PL172997B1 - Urządzenie do obróbki mleka i sposób obróbki mleka

Info

Publication number: PL172997B1
Application number: PL94311566A
Authority: PL
Inventors: Erik Krabsen; Niels Ottosen; Lisbeth Knarrenborg
Original assignee: Apv Pasilac As
Priority date: 1993-05-13
Filing date: 1994-05-11
Publication date: 1998-01-30
Also published as: ES2114195T3; AU679993B2; LV11515A; FI955434A; EP0697816A1; BR9406649A; NZ266437A; FI955434A0; NO317486B1; UY23777A1; CA2160927C; WO1994026121A1; LV11515B; DE69409510T2; FI114137B; ZA942965B; AU6793894A; US5683733A; PL311566A1; DK169510B1

Description

Przedmiotem wynalazku jest uniknięcie powyżej opisanej obróbki cieplnej protein i enzymów obecnych w retentacie przy zachowaniu zwiększonej wydajności mikrofiltra wynikającej z połączenia odwirowywania i mikrofiltracji. Powyższe uzyskuje się przez urządzenie i sposób według wynalazku.

Wynalazek dotyczy urządzenia powyższego typu i cechuje się tym, że przewód dla retentatu jest w postaci przewodu recyrkulującego do układu odwirowywania, oraz że układ odwirowywania jest takiego typu, że rozdziela materiał na frakcję śmietany, frakcję mleka odtłuszczonego i frakcję szlamu.

Wynalazek dotyczy ponadto sposobu powyższego typu i cechuje się recyrkulacją retentatu zawierającego zarodniki i bakterie otrzymanego z mikrofiltracji do odwirowywania oraz wspomnianym odwirowywaniem, przy czym odwirowywanie jest znane samo przez się i daje w wyniku frakcję śmietany, frakcję mleka odtłuszczonego oraz frakcję szlamu, zawierającą zasadniczą część obecnych zarodników i bakterii.

Urządzenie i sposób według wynalazku zapewniają, że wartościowe składniki w retentacie otrzymanym w wyniku mikrofiltracji nie są poddawane w tym samym czasie niszczącej sterylizacji, gdyż jest możliwe, żeby te substancje znalazły się w całkowicie standaryzowanym mleku, które nadal można wytwarzać przy niskiej zawartości bakterii i zarodników bakteryjnych.

172 997

CR:

SM:

SL:

MF:

ST:

R:

P:

Stopień stosowalności wynalazku jest widoczny z następującego szczegółowego opisu. Należy jednak rozumieć, że szczegółowy opis oraz konkretne przykłady są przytoczone jedynie

Uld ZilUSUUW4lU4 KUl^y^Uiycu w^MJiiaii, i lUMlę jimai^f i iuuuyhNav|v w ΔαΜνοιν ^mwij będą oczywiste dla specjalistów z dziedziny techniki na podstawie szczegółowego opisu.

Wynalazek jest opisany poniżej bardziej szczegółowo z powołaniem się na towarzyszące figury i przykłady.

Na rysunku: Fig. 1 przedstawia schemat blokowy zasady urządzenia i sposobu według wynalazku, oraz fig. 2 - schemat strumieni w wykonaniu urządzenia i sposobu według wynalazku.

Na rysunku zastosowano następujące skróty:

M: Mleko

CF: Odwirowywanie

Śmietana

Mleko odtłuszczone Szlam

Mikrofiltracja Sterylizacja Retentat Permeat

STCR: Śmietana sterylizowana STM: Mleko standaryzowane

Zasada sposobu i urządzenia według wynalazku jest widoczna z fig . 1, rai którym mleko surowe M przechodzi przewodem 2 ddokładu oowirowywania 4 . W układzie odrwiowywania 4 mleko jest rozdzielane na frakcję śmietany CR, frakcję mleka odtłuszczonego SM oraz szlam SL zawierający bakterie. Frakcja mleka odtłuszczonego SM jest przenoszona przewodem 6 do układu mlkooflltracji 8, gdzie jest wykonywane rozdzielanie na retentat R zawierający zarodniki bakteryjne i bakterie oraz permeat P o niskiej zawartości zarodników bakteryjnych i bakterii. Przewodem 10 retentat R jest zawracany do układu odwirowywania. Frakcja śmietany CR uzyskiwana z odwirowywania zawiera także pewną ilość zarodników bakteryjnych i bakterii i jest przeprowadzana przewodem 14 do układu sterylizacji 16, w którym śmietana jest sterylizowana w konwencjonalny sposób. Śmietana sterylizowana STCR jest przeprowadzana przewodem 18 i może, jeśli jest to pożądane, być podzielona na nadmiar śmietany przeprowadzany przewodem 24, jak również część przenoszoną przewodem 20, tak by zmieszać ją z permeatem o mskiej zzwantodci dzroonikkw i bakterii w przzwwozie 22 dkl mlekk standanyzodvanegii. Większość bakterii i zarodników zawartych we frakcji mleka odtłuszczonego uzyskiwanej z odwirowywania jest zbierana w postaci retentatu MF przy mikoofiltracji i zawracana do odwirowywania, gdzie szlam SL o wysokiej zawartości bakterii i zarodników jest oddzielany podczas odwirowywania.

W pokazanym na Fig. 2 wykonaniu urządzenia według wynalazku, mleko surowe A jest wprowadzane w temperaturze od 2 do 10°C, korzystnie od 3 do 6°C, przewodem 102 do pasteryzatora 126, gdzie mlekojest ogrzewane do 45-65°C, korzystnie 50-60°C. Następnie mleko jest przeprowadzane przewodem 103 do wirówki 104, gdzie wspomniane mleko jest dzielone na frakcję mleka odtłuszczonego D w temperaturze 45-65°C, korzystnie 50-60°C, do przewodu 106, oraz frakcję śmietany C, przeprowadzanej również w temperaturze odwirowywania 45-65°C, korzystnie 50-60°C, do przewodu 114, jak również na frakcję szlamu SL o wysokiej zawartości bakterii. Mleko odtłuszczone D jest przeprowadzane do układu mlkoofiltracji 108, w którymjest rozdzielane na permeat F oraz retentat E. Retentat E jest przeprowadzany przewodem 110 i recyrkulowany, tak by go zmieszać^;z mlekiem surowym w przewodzie 103, do wirówki 104, Permeat uzyskiwany z układu ιΙ^Α^ο^ F zawiera mleko odtłuszczone o niskiej zawartości zarodników i bakterii i jest przeprowadzany z układu mikoofiltracji przewodem 112. Śmietana C jest przeprowadzana do układu sterylizacji w postaci pasteryzatora śmietany, przy czym wspomniana śmietana jest ogrzewana do 70-150°C, korzystnie 110-130°C, przez 0,5-25 sek., po czym jest znów ochładzana do 45-65°C, korzystnie 50-60°C, i przeprowadzana przewodem 118. Żądana porcja sterylizowanej śmietany jest przeprowadzana przewodem 120, tak by ją zmieszać z pwomeatwm mleka odtłuszczonego F o niskiej zawartości bakterii w

172 997 przewodzie 122 w postaci tzw. mleka standaryzowanego, tzn. mleka o standaryzowanej zawartości tłuszczu. Pozostała porcja śmietany C1 jest przeprowadzana przewodem 124. Standaryzowane mleko o temperaturze procesu 45-65°C, korzystnie 50 60°C jest przeprowadzane do pasteryzatora 126. Tu jest początkowo pasteryzowane przez ogrzewanie do 60- 105°C, korzystnie 70-90°C, przez 0-25 sek, korzystnie 10-15 sek, a następnie ochładzane do 2-10°C, korzystnie 3-6°C.

Jak przedstawiono na Fig. 2., pokazane urządzenie ma również taką konstrukcję, że jest możliwe spowodowanie,,by śmietana ominęła pasteryzator śmietany 116 przez przewód 128. Ponadto istnieje obejście 130, które umożliwia, by mleko odtłuszczone uzyskiwane z wirówki 104 omijało układ mikrofiltracji 108. Ponadto istnieje ujście 132, które umożliwia usuwanie standaryzowanego mleka, bez pasteryzacji. Układ odwirowywania zastosowany w urządzeniu według wynalazku może być dowolnym układem odwirowywania, który może również oddzielić szlam o dużej zawartości bakterii i zarodników bakteryjnych oprócz konwencjonalnego sposobu dzielenia mleka na mleko odtłuszczone i śmietanę.

Zatem układ odwirowywania może być wirówką oddzielającą samooczyszczającą lub niesamooczyszczającą. W wirówce niesamooczyszczającej, szlam osadza się w postaci substancji zbitej w twardą masę wewnątrz wirówki i musi być ręcznie usunięty po zakończeniu produkcji. Ostatnio dostępne są handlowo wirówki oddzielające samooczyszczające, przy czym wspomniane wirówki korzystnie tworzą część urządzenia według niniejszego wynalazku w postaci układu odwirowywania. Takie samooczyszczające wirówki oddzielają automatycznie szlam w regularnych odstępach czasu bez potrzeby zatrzymywania wirówki i - w konsekwencji - produkcji.

Przykład takiej samooczyszczającej lub odszlamowującej wirówki oddzielającej opisano w US-PS nr 5 017 396 (Lehmann i in.).

Chociaż korzystne jest stosowanie wirówek z ręcznym lub automatycznym oddzielaniem szlamu, należy rozumieć, że jakikolwiek układ odwirowywania zdolny do podziału mleka na mleko odtłuszczone, śmietanę, i szlam bakteryjny może tworzyć część urządzenia według wynalazku. Zatem jest np. możliwe zastosowanie konwencjonalnego urządzenia baktofugacyjnego z konwencjonalną wirówką oddzielającą połączoną z baktofugą.

W niniejszym opisie, zawartość tłuszczu i zawartość białka są ukazane w konwencjonalny sposób w różnych frakcjach w postaci % wagowych względem zawartości suchej substancji we frakcji. Odwirowywanie wykonuje się zwykle w taki sposób, że z mleka są otrzymywane następujące frakcje, obliczone w % wagowych w odniesieniu do mleka wprowadzonego do układu odwirowywania:

Śmietana 6-14% wagowych, korzystnie 8-12% wagowych.

Zawartość tłuszczu 30-50% wagowych, korzystnie 37-43% wagowych.

Zawartość białka 2,0-2,3% wagowych, korzystnie 2,1-2,2% wagowych.

Mleko odtłuszczone 86-94% wagowych, korzystnie 88-92% wagowych.

Zawartość tłuszczu 0,03-0,1% wagowych, korzystnie 0,04-0,06% wagowych.

Zawartość białka 2,8-4,5% wagowych, korzystnie 3,1-3,5% wagowych.

Szlam 0,01-0,5% wagowych, korzystnie 0,05-0,1% wagowych.

Układ mikrofiltracji urządzenia według wynalazku może obejmować jedną lub więcej membran mikrofiltracyjnych. Gdy stosuje się kilka membran mikrofiltracyjnych, wspomniane membrany mogą być sprzężone na różne sposoby, takie jak szeregowy lub równoległy. Takie połączenia kiiku membran filtracyjnych są dobrze znane specjalistom z dziedziny techniki. Urządzenie według wynalazku może w zasadzie wykorzystywać jakąkolwiek membranę mikrofiltracyjną nadającą się do filtracji mleka i produktów mlecznych. Dla zilustrowania tej techniki można się powołać na US-PS nr 4 140 806 (Glimenius i in.). Membranę tę można wykonać z różnych materiałów, zwłaszcza materiałów ceramicznych lub organicznych, takich jak tlenek glinu, tlenek cyrkonu, tlenek tytanu lub ich mieszaniny, polisulfony, fluoropolimer, takie jak membrany serii FSM (Dow Danmark A/S, Nakskov, Dania), octan celulozy, polieterosulfony oraz difluorek poliwinylu (PVDF). Membrana ma zwykle wielkość porów w zakresie 0,08 (tm do 2,5 (im odpowiadającą wielkości molekularnej wartości granicznej wykluczania od 150 000 do 5 000 000, korzystnie od 0,8 do 1,4 gm.

172 997

Membrany filtracyjne zdolne do tworzenia części układu mikrofiltracyjnego można zbudować w jakikolwiek odpowiedni sposób, taki jak w postaci tzw. układu płyty i ramy, układu rurowego układii laseptnwpon bih wpdbicr 7sęadv wydm^nnpan włókna i _v ~~~ - _o ———j . j ę— σ~ ------Mikroriltracja powoduje rozdzielanie frakcji mleka odtłuszczonego na retentat i pemieat.

Retentat 6-14% wagowych, korzystnie 8-12% wagowych frakcji mleka odtłuszczonego,

Zawartość tłuszczu 0,07 do 0,21, korzystnie 0,10 do 0,18% wagowych, białko 3,6 do 4,6, korzystnie 3,9 do 4,3% wagowych.

Permeat 86 do 94, korzystnie 88 do 92% wagowych w stosunku do frakcji mleka odtłuszczonego, tłuszcz 0,02 do 0,06, korzystnie 0,03 do 0,05% wagowych, białko 3,1 do 3,8, korzystnie 3,2 do 3,7% wagowych.

Permeat ma bardzo małą zawartość bakterii i zarodników bakteryjnych tak, że całkowita liczba kolonii wynosi mniej niż 100/ml oraz zawartość zarodników mniejszą niż l/ml. Żądane ogrzewanie i chłodzenie różnych strumieni materiałowych w urządzeniu według wynalazku, w tym pasteryzację i sterylizację, można wykonać w jakikolwiek odpowiedni sposób. Zwykle stosuje się płytkowe wymienniki ciepła, lecz można również stosować rurowe wymienniki ciepła. Jest również możliwe użycie układu infuzyjnego lub podobnego do pasteryzacji i sterylizacji, gdzie materiał poddany obróbce wchodzi w bezpośrednią styczność z parą.

Przykład. Niniejszy przykład ilustruje zastosowanie urządzenia według wynalazku na podstawie zasady przedstawionej na Fig. 2.

Poszczególne przepływy materiałowe są pokazane zarówno na Fig. 1 i Fig. 2 i obejmują co następuje:

A: Surowe mleko

B: Surowe mleko połączone z retentatem uzyskanym z mikrofiltracji

C: Frakcja śmietany uzyskiwana z odwirowywania

C1: Nadmiarowa śmietana

D: Surowe'' mleko odthiszczone

E: Retentat uzyskiwany z mikrofiltracji

F: Permeat uzyskiwany z mikrofiltracji, jj. mleko odtłuszczone bez bakterii i zarodników.

W tabeli 1 podano bilans masowy wskazanych frakcji.

Tabela 1

	A Surowe mleko	B Surowe mleko + retentat	C Śmie- tana	D „Surowe mleko odtłusz- czone	E Retentat	F Permeat
Całkowita liczba kolonn/nl	370000	450000	70000	420000	1210000	91
Zarodniki bakteryjne ml	20	70	5	60	600	<1
Białko %	3,30	3, 41	2', 13	3, 55	4,10	3,49
Tłuszcz %	4, 48	4,09	40,0	0,05	0, 14	0, 04
Ilość kg/h	1000	1099	111	988	99	889

172 997

Następcze obliczenie wartości liczbowych względem ukazanych ilości pokazuje, że całkowita liczba zarodków w retentacie E i permeacie F jest niższa niż odpowiadająca temu liczba nl ^ΓΤ>^<η>τιη/·1'·»η·ΛΤΓ»ν\ i1 nlon I Y\ z4 y» YI T© »»«».« 1 y«-» -» 1 »-4-«·· w ιιιαινχχαχν wpxvwcixiZy<iiljixx (buiuwu ηιινιννι uuuudótżAJUL, xJ) uu ιχχχλανχχχιχα. w γχχχχα tv z> xoktu, u pewne z baterii giną podczas przeby wania w 50-60°C w układzie mikaofiCracyjnym.

Ponadto widać, że całkowita liczba zarodków w surowym mleku odtłuszczonym D + śmietanie C jest niższa niz całkowita liczba zarodków w materiale wprowadzanym do układu odwirowywania (B: surowe mleko + retentat). W przeciwieństwie do powyższego, wynika to z faktu, że znacząca ilość bakterii jest usuwana wraz ze szlamem oddzielanym z wirówki.

Z powyższego opisu wynalazku jest oczywiste, ze może on być zmieniany na wiele sposobów. Takie zmiany nie są uważane za odstępstwa od zakresu i idei wynalazku, i wszystkie takie modyfikacje oczywiste dla specjalistów z dziedziny techniki są również uważane za ujęte w następujących zastrzeżeniach.

Fig. 2 „<

172 997

Fig. /

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims

zastrzeżenia patentowe

1. Urządzenie do obróbki mleka, takiej by otrzymać mleko o niskiej zawartości zarodników i bakterii, przy czym wspomniane urządzenie obejmuje: układ odwirowywania rozdzielający mleko na frakcję śmietany i frakcję mleka odtłuszczonego, przewód do frakcji mleka odtłuszczonego podłączony do układu mikrofiltracji rozdzielającego frakcję mleka odtłuszczonego na retentat zawierający zarodniki i bakterie oraz permeat o niskiej zawartości zarodników i bakterii, odpowiednio, do przewodu dla retentatu i przewodu dla permeatu, przewód dla frakcji śmietany podłączony do układu sterylizującego, który z kolei jest podłączony do przewodu dla sterylizowanej śmietany połączonego z przewodem łączącym, który jest połączony z przewodem dla permeatu i łączącego sterylizowaną śmietanę lub jej część oraz permeat w połączonym z nimi przewodzie dla standardyzowanego mleka, znamienne tym. że przewód dla retentatu (10) jest w postaci przewodu recyrkulującego do układu odwirowywania (4), i że układ odwirowywania jest takiego typu, że rozdziela materiał na frakcję śmietany (CR), frakcję mleka odtłuszczonego (SM) i frakcję szlamu (SL).
2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że układ odwirowywania obejmuje wirówkę rozdzielającą z oddzielaniem szlamu.
3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że wirówka oddzielająca jest samooczyszczająca.
4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że układ mikrofiltracji obejmuje jedną lub więcej membran mikrofiltracyjnych typu wybranego spośród: układu płyty i ramy, układu rurowego, układu kasetowego, zasady wydrążonego włókna lub ich kombinacji.
5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że układ mikrofiltracji obejmuje jedną lub więcej membran mikrofiltracyjnych o wymiarze porów od 0,4 do 2,0 pm.
6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że wielkość poru wynosi od 0,8 do 1,4 pm.
7. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że układ sterylizujący jest typu wybranego spośród: płytkowego wymiennika ciepła, rurowego wymiennika ciepła, układu infuzyjnego lub ich kombinacji.
8. Sposób obróbki mleka, takiej by otrzymać mleko o niskiej zawartości zarodników i bakterii, w którym mleko jest poddawane odwirowywaniu powodującemu rozdzielanie na frakcję śmietany zawierającą zarodniki i bakterie oraz frakcję mleka odchudzonego zawierającą zarodniki i bakterie, i w którym frakcja mleka odchudzonego zawierająca zarodniki i bakterie jest poddawana mikrofiltracji dającej w wyniku podział na retentat w postaci koncentratu zawierającego zarodniki i bakterie oraz permeat w postaci zasadniczo sterylnej frakcji mleka odtłuszczonego, a po sterylizacji frakcji śmietany następuje jej mieszanie z zasadniczo sterylną frakcj ą mleka odtłuszczonego, tak by otrzymać mleko o żądanej ilości tłuszczu, znamienny tym, że retentat zawierający zarodniki i bakterie, uzyskiwany z mikrofiltracji zawraca się do mleka przed jego odwirowywaniem, a odwirowywanie jest odwirowywaniem znanym samo przez się i dającym w wyniku frakcję śmietany, frakcję mleka odtłuszczonego oraz frakcję szlamu zawierającą główną część obecnych zarodników i bakterii.

Niniejszy wynalazek dotyczy urządzenia do obróbki mleka, takiej by otrzymać mleko o niższej zawartości zarodników i bakterii, przy czym wspomniane urządzenie obejmuje: układ odwirowywania rozdzielający mleko na frakcję śmietany i frakcję mleka odtłuszczonego, przewód dla frakcji mleka odtłuszczonego podłączony do układu mikrofiltracji rozdzielającego frakcję mleka odtłuszczonego na retentat zawierający zarodniki i bakterie oraz permeat o niskiej zawartości zarodników i bakterii, odpowiednio, do przewodu dla retentatu i przewodu dla

172 997 permeatu, przewód dla frakcji śmietany połączony z układem sterylizacji, który z kolei jest połączony z przewodem dla sterylizowanej śmietany połączonym z przewodem łączącym, który nr^ou/wrtam Ho na> tswKJtn i ct^nrlierai/or»p cnąiptonp luK r*7wcp Aim?

pj*»/.▼ wjJ-djiłA cyyty y iua<u£jj irfcvią xea.i\.s »» n^uny j zej jyd^t^djzyz jjj. >it i jeei nnloą^nm/ .......

jwoc jy/i_/.ŁO£u.cj\.7.Łi.O en j-an. puozj permeat w połączonym z tymi przewodami przewodzie dla standaryzowanego mleka.

Wynalazek ponadto dotyczy sposobu obróbki mleka, takiego by otrzymać mleko o niskiej zawartości zarodników i bakterii, w którym mleko jest poddawane odwirowywaniu powodującemu rozdział na frakcję śmietany zawierającą zarodniki i bakterie oraz frakcję mleka odtłuszczonego zawierającą zarodniki i bakterie, gdzie frakcja mleka odtłuszczonego zawierająca zarodniki i bakterie jest poddawana mikrofiltracji, dającej w wyniku podział na retentat w postaci koncentratu zawierającego zarodniki i bakterie oraz permeat w postaci frakcji mleka odtłuszczonego, zasadniczo sterylnej, i gdzie po sterylizacji frakcji śmietany następuje jej mieszanie z zasadniczo sterylną frakcją mleka odtłuszczonego, tak by otrzymać mleko o żądanej zawartości tłuszczu.

Przyjęte i wydrukowane duńskie zgłoszenie patentowe nr 164 722 oraz odpowiadający temu EP-PS nr 194 286 ujawniają urządzenie do obróbki mleka prowadzonej w taki sposób, że mleko ma niską zawartość bakterii. Całość mleka jest rozdzielana za pomocą odwirowywania na frakcję śmietany i frakcję mleka odtłuszczonego. Frakcję mleka odtłuszczonego poddaje się przepuszczeniu przez mikroiiltr, gdzie kulki tłuszczu i bakterie są rozdzielane. Mikrofiltracja daje w wyniku permeat składający się z mleka odtłuszczonego o niskiej zawartości bakterii oraz koncentrat (retentat) o wyższej zawartości tłuszczu niż permeat. Koncentrat jest mieszany z frakcją śmietany otrzymaną z odwirowywania i otrzymaną mieszaninę sterylizuje się. Sterylizowany materiał lub jego część łączy się z permeatem, by otrzymać mleko o żądanej zawartości tłuszczu. Korzyść tego znanego sposobu polega na tym, że jedynie mała część musi być poddana sterylizacji, aby otrzymać standaryzowane mleko o niskiej zawartości bakterii. Połączenie oddzielania przez odwirowywanie i mikrofiltracji daje znacząco zwiększoną wydajność mikrofiltra. Frakcja retentatu z mikrofiltracji zawiera zwykle dość znaczną ilość protein i enzymów. Zatem zastosowanie znanego urządzeniajest obciążone tą niekorzystną cechą, że jest konieczne poddanie frakcji retentatu intensywnej obróbce związanej z procesem sterylizacji. W wyniku tego, proteiny ulegają w większym lub mniejszym stopniu przemianie wskutek denaturacji, a enzymy są całkowicie lub częściowo niszczone, co oznacza, że mleko ulega pogorszeniu i np. mniej nadaje się do produkcji sera. Zatem sterylizacja może mieć nieodpowiedni wpływ na właściwości tworzenia sera, jak również smak i warunki dojrzewania sera. Przez właściwości mleka z punktu widzenia tworzenia sera rozumie się m. in. zdolność mleka do tworzenia odpowiedniego koażelu przez dodanie podpuszczki. Gdy zdolność mleka do tworzenia sera jest zmniejszona, może być trudne otrzymanie jakości sera optymalnej względem zawartości wody, spoistości i tekstury. Problemy zmniejszonej zdolności do tworzenia sera są dobrze znane w połączeniu z produkcją sera z mleka poddawanego intensywnej obróbce cieplnej.