PL187893B1

PL187893B1 - Sposób demineralizacji słodkiej serwatki

Info

Publication number: PL187893B1
Application number: PL32248597A
Authority: PL
Inventors: Michel Chaveron; Rafael Berrocal
Original assignee: Nestle Sa
Priority date: 1996-10-09
Filing date: 1997-10-08
Publication date: 2004-10-29
Also published as: AU729417B2; DE69729619T2; MX9707757A; CA2215542C; AR008659A1; ATE269641T1; ES2221947T3; BR9705001A; JPH10117684A; ZA979028B; DE69729619D1; TR199701139A2; JP3768340B2; US5980961A; RU2192751C2; AU3996497A; PL322485A1; NZ328836A; CA2215542A1

Abstract

1. Sposób demineralizacji slodkiej serwatki, polegajacy na elektrodejonizacji prowadzonej z zasto- sowaniem urzadzenia zawierajacego przedzial rozcienczajacy, w którym znajduje sie zloze zywicy wymiany jonów, umieszczone pomiedzy membrana przepuszczalna dla kationów i membrana przepuszczalna dla anionów, odpowiednie przedzialy stezenia kationów i anionów oraz elektrody do wytwarzania pola elek- trycznego, polegajacy na przepuszczaniu slodkiej serwatki przez zloze wymiany jonów zawarte w przedziale rozcienczajacym, kierowaniu kationów z przedzialu rozcienczajacego poprzez membrane przepuszczalna dla kationów do przedzialu stezenia kationów i kierowaniu anionów z przedzialu rozcienczajacego poprzez membrane przepuszczalna dla anionów do przedzialu stezenia anionów, za pomoca pola elektrycznego wy- twarzanego przez elektrody, a nastepnie na przepuszczaniu roztworu pluczacego do i przez przedzialy steze- nia kationów i anionów dla usuwania kationów i anionów z przedzialów stezenia, po czym obrobiony pro- dukt usuwa sie z przedzialu rozcienczajacego, znamienny tym, ze w przedziale rozcienczajacym stosuje sie zloze zywicy, zawierajace zywice silnie kationowymienna, zas w kazdym przedziale stezenia...................... 6. Sposób demineralizacji slodkiej serwatki, polegajacy na elektrodejonizacji prowadzonej z zasto- sowaniem urzadzenia zawierajacego przedzial rozcienczajacy, w którym znajduje sie zloze zywicy wymiany jonów, umieszczone pomiedzy membrana przepuszczalna dla kationów i membrana przepuszczalna dla anionów, odpowiednie przedzialy stezenia kationów i anionów oraz elektrody do wytwarzania pola elek- trycznego, polegajacy na przepuszczaniu slodkiej serwatki przez zloze wymiany jonów zawarte w przedziale rozcienczajacym, kierowaniu kationów z przedzialu rozcienczajacego poprzez membrane przepuszczalna dla kationów do przedzialu stezenia kationów i kierowaniu anionów z przedzialu rozcienczajacego poprzez membrane przepuszczalna dla anionów do przedzialu stezenia anionów, za pomoca pola elektrycznego wy- twarzanego przez elektrody, a nastepnie na przepuszczaniu roztworu pluczacego do i przez przedzialy steze- nia kationów i anionów dla usuwania kationów i anionów z przedzialów stezenia, po czym obrobiony pro- dukt usuwa sie z przedzialu rozcienczajacego, znamienny tym, ze w przedziale rozcienczajacym stosuje sie zloze zywicy, zawierajace mieszanine zywicy kationowymiennej i zywicy slabo anionowymiennej,................ PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób demineralizacji słodkiej serwatki.

Demineralizowana słodka serwatka, w postaci ciekłej lub w proszku, stanowi główny składnik produktów dla dzieci i dietetycznych produktów spożywczych, a zwłaszcza mleka dostosowanego do mleka matki. Demineralizowana słodka serwatka posiada również inne zastosowania, przykładowo jako składniki zastępcze mleka zbieranego w przemyśle wytwórczym cukiemiczo-czekoladowym lub przy wytwarzaniu mleka przetworzonego.

Znane i skuteczne sposoby demineralizacji słodkiej serwatki polegają na elektrodializie i wymianie jonów, stosowanych oddzielnie lub w połączeniu. Przy elektrodializie, zjonizowane sole w roztworze serwatki migrują pod wpływem pola elektrycznego przez membrany, które są selektywnie przepuszczalne dla kationów i dla anionów i są eliminowane w postaci solanki. Przy wymianie jonowej, jest wykorzystywane wyrównoważenie jonowe pomiędzy żywicą jako fazą stałą i serwatką przeznaczoną do demineralizacji jako fazą ciekłą, przy czym jony są adsorbowane na żywicy tego samego charakteru podczas fazy nasycenia, a następnie żywice podlegają regeneracji.

Ze względu na wydajność, te dwie technologie są korzystnie połączone w proces dwuetapowy, elektrodializę zapewniającą początkową demineralizację do około 50 - 60% i wymianę jonową, korzystnie wielostopniową z kolejno słabszymi kationowymi i silniejszymi kationowymi żywicami, uzyskując finalną demineralizację do około 90 - 05%, jak opisano przykładowo w opisie US-A-4,803,089.

Te znane sposoby mają jednak wadę polegającą na tym, że etap wymiany jonowej wymaga dużych ilości regenerujących substancji chemicznych i pobiera dużą ilość wody, zaś elektrodializa nie może być stosowana powyżej stopnia demineralizacji większego niż 60% w wyniku jej dużego zapotrzebowania na energię elektryczną.

Elektrodejonizacja, która jest przykładowo przedmiotem opisów US-A-4,632,745 lub US-A-5,120,416 powoduje przeprowadzanie dejonizacji w sposób ciągły przez obróbkę wodną poprzez łączenie elektrodializy i wymiany jonowej w pojedynczym module, który daje korzyść polegającą na niskim poborze wody i energii i który eliminuje potrzebę chemicznego regenerowania żywic.

Technologia ta polega na powodowaniu krążenia wody przeznaczonej do demineralizacji przez zespół ogniw ograniczonych równolegle przez kationowe i anionowe półprzepuszczalne membrany i zawierających mieszaninę złoża żywicy, określanych jako przedziały rozcieńczania, przy czym te przedziały rozcieńczania są oddzielone od siebie a ich zespół jest oddzielony od zewnątrz przez dystansowniki, tworząc przedziały określone jako przedziały zagęszczania, ograniczone przez anionowe i kationowe półprzepuszczalne membrany, zaś całkowity zespół jest umieszczony pomiędzy przedziałem katodowym i przedziałem anodowym podłączonym do źródła elektrycznego. Przez przestrzenie zagęszczenia powoduje się krążenie wody płuczącej, co umożliwia eliminowanie w postaci odcieku jonów, które zagęszczają się w wyniku ich biegunowości, poprzez migrowanie przez membranę pod wpływem pola elektrycznego z przedziałów rozcieńczania do przedziałów zagęszczania.

187 893

Inaczej niż przy elektrodializie, grudki żywicy załadowane adsorbowanymi jonami utrzymują wystarczającą przewodność elektryczną w przedziałach rozcieńczania w trakcie procesu demineralizacji. Ponadto, nie ma potrzeby ich regenerowania, ponieważ miejsca nasycone kationami i anionami są postępująco wymieniane jonami H+ i OH' pod wpływem pola elektrycznego.

W procesie według US-A-4,632,745, grudki żywicy są wprowadzane w stary sposób do przedziałów rozcieńczania, zaś w procesie według US-A-5,120,416 grudki są ruchome i jest możliwe wprowadzenie ich do przedziału rozcieńczania i do odciągnięcia ich z tych przedziałów poprzez krążenie w postaci zawiesiny. W tych znanych procesach zastosowanych do wody, żywice występują w postaci zmieszanego złoża grudek typu silnie kationowego i silnie anionowego.

Sposób demineralizacji słodkiej serwatki, polegający na elektrodejonizacji prowadzonej z zastosowaniem urządzenia zawierającego przedział rozcieńczający, w którym znajduje się złoże żywicy wymiany jonów, umieszczone pomiędzy membraną przepuszczalną dla kationów i membraną przepuszczalną dla anionów, odpowiednie przedziały stężenia kationów i anionów oraz elektrody do wytwarzania pola elektrycznego, polegający na przepuszczaniu słodkiej serwatki przez złoże wymiany jonów zawarte w przedziale rozcieńczającym, kierowaniu kationów z przedziału rozcieńczającego poprzez membranę przepuszczalną dla kationów do przedziału stężenia kationów i kierowaniu anionów z przedziału rozcieńczającego poprzez membranę przepuszczalną dla anionów do przedziału stężenia anionów, za pomocą pola elektrycznego wytwarzanego przez elektrody, a następnie na przepuszczaniu roztworu płuczącego do i przez przedziały stężenia kationów i anionów dla usuwania kationów i anionów z przedziałów stężenia, po czym obrobiony produkt usuwa się z przedziału rozcieńczającego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że w przedziale rozcieńczającym stosuje się złoże żywicy, zawierające żywicę silnie kationowymienną, zaś w każdym przedziale stężenia stosuje się mieszaninę żywicy silnie kationowymiennej i słabo anionowymiennej, przy czym stosuje się układ złoża w przedziałach stężenia wybrany z grupy składającej się ze złoża zmieszanego i złoża ułożonego w warstwy, zaś proporcja wagowa żywicy silnie kationowymiennej do żywicy słabo anionowymiennej w przedziałach stężenia wynosi 30 - 40% żywicy kationowej do 70 - 60% żywicy anionowej, przy czym reguluje się wartość pH roztworu obecnego w przedziałach stężenia do poziomu mniejszego niż 5.

Korzystnie stosuje się żywicę silnie kationowymienną w postaci H+ a żywicę słabo anionowymienną w postaci OH'.

Korzystnie utrzymuje się przewodność elektryczną przedziałów na poziomie przynajmniej 5 mS (milisimensów).

Korzystnie stosuje się wstępną obróbkę słodkiej serwatki, w wyniku której serwatka przed przepuszczeniem do złoża żywicy uzyskuje wartość pH na poziomie od 7,5 do 8.

Otrzymany produkt po demineralizacji słodkiej serwatki korzystnie neutralizuje się i suszy.

Sposób demineralizacji słodkiej serwatki, polegający na elektrodejonizacji prowadzonej z zastosowaniem urządzenia zawierającego przedział rozcieńczający, w którym znajduje się złoże żywicy wymiany jonów, umieszczone pomiędzy membraną przepuszczalną dla kationów i membraną przepuszczalną dla anionów, odpowiednie przedziały stężenia kationów i anionów oraz elektrody do wytwarzania pola elektrycznego, polegający na przepuszczaniu słodkiej serwatki przez złoże wymiany jonów zawarte w przedziale rozcieńczającym, kierowaniu kationów z przedziału rozcieńczającego poprzez membranę przepuszczalną dla kationów do przedziału stężenia kationów i kierowaniu anionów z przedziału rozcieńczającego poprzez membranę przepuszczalną dla anionów do przedziału stężenia anionów, za pomocą pola elektrycznego wytwarzanego przez elektrody, a następnie na przepuszczaniu roztworu płuczącego do i przez przedziały stężenia kationów i anionów dla usuwania kationów i anionów z przedziałów stężenia, po czym obrobiony produkt usuwa się z przedziału rozcieńczającego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że w przedziale rozcieńczającym stosuje się złoże żywicy, zawierające mieszaninę żywicy kationowymiennej i żywicy słabo anionowymiennej, zaś jako złoże żywicy w każdym przedziale stężenia stosuje się mieszaninę żywicy silnie kationowymiennej i żywicy słabo anionowymiennej, przy czym stosuje się układ złóż

187 893 wybrany z grupy składającej się ze złoża zmieszanego i złoża ułożonego w warstwy, zaś proporcja wagowa żywicy silnie kationowymiennej do żywicy słabo anionowymiennej w przedziałach stężenia wynosi 30 - 40% żywicy kationowej do 70 - 60% żywicy anionowej, przy czym reguluje się wartość pH roztworu obecnego w przedziałach stężenia do poziomu mniejszego niż 5.

Korzystnie stosuje się żywicę silnie kationowymienną w postaci H+ a żywicę słabo anionowymienną w postaci OH.

Korzystnie stosuje się wstępną obróbkę słodkiej serwatki, w wyniku której przed przepuszczeniem do złoża żywicy serwatka uzyskuje wartość pH na poziomie od 7,5 do 8.

W sposobie według wynalazku, słodką serwatkę traktuje się jako płyn otrzymany po koagulacji kazeiny przez podpuszczkę przy wytwarzaniu sera. Surowy materiał może stanowić surowiec, mniej lub bardziej zagęszczony lub przetworzony w medium wodnym z proszku.

Jako żywica może być stosowany dowolny materiał wykorzystywany zwykle w wymianie jonowej, przykładowo makrosiatkowy, w postaci żelu lub w postaci makroporowatej, jeżeli tylko materiał ten posiada sztywność kompatybilną z jego ograniczeniem w ogniwach i nie utwierdza protein przez absorpcję lub adsorpcję. Można stosować mieszaninę żywicy kationowej i słabej żywicy anionowej. Jako żywicę kationową, można zastosować słabą lub silnie kationową żywicę lub mieszaninę takich żywic. Słabo kationowa żywica posiada ogólnie dużą pojemność adsorpcyjną i stosunkowo wysokie pęcznienie. Silnie kationowa żywica posiada niższą pojemność adsorpcyjną i ograniczone pęcznienie.

Według pierwszego rozwiązania sposobu, elektrodejonizacja jest przeprowadzana z grudkami samodzielnej silnie kationowej żywicy w przedziałach rozcieńczania. W takim rozwiązaniu stwierdzono że można w zadowalający sposób przeprowadzić demineralizację przez pożądane wyeliminowanie anionów, zwłaszcza C1 cytrynianów, jak również demineralizację z kationów, zwłaszcza K+, Na+, Ca++ i Mg++, bez dobrze znanych strat protein, i z uzyskaniem korzyści polegającej na lepszej jakości mikrobiologicznej w temperaturze około 30°C, w wyniku pracy prowadzącej do niskiego finalnego pH, rzędu 3 do 4. Ponadto, zredukowano nieproteinowy azot, który zwiększał zagęszczenie właściwych protein, co istotne jest szczególnie w produktach dla dzieci a jednocześnie modyfikowano aminogram produktu.

W rozwiązaniu odmiennym, elektrodejonizację przeprowadzono z grudkami silnie kationowej żywicy i słabo anionowej żywicy w zmieszanym lub ułożonym w warstwę złożu w przedziałach rozcieńczania, lub w przedziałach rozcieńczania i zagęszczania w tym samym czasie, korzystnie w proporcjach wagowych silnie kationowej żywicy/słabo anionowej żywicy wynoszących 30 - 40%/70 - 60%. Silnie kationowa żywica jest korzystnie w postaci Hy a słabo anionowa żywica jest w postaci OH'.

Stwierdzono, że gdy przedziały zagęszczania były wypełnione zmieszanym złożem lub gdy przedziały te były puste, wartość pH wzrastała podczas demineralizacji. Fakt ten, w połączeniu ze wzrostem stężenia wapnia i fosforu pochodzących z przedziałów rozcieńczania, powodował regularny spadek w czasie przepływu i wzrost ciśnienia w tych przedziałach, prawdopodobnie w wyniku wytrącania fosforanów wapnia. Istotne jest że zjawisko to jest pokonane przez zapobieganie wzrostowi pH ponad 5 w tych przedziałach. W tym celu, dodawano kwasowy roztwór wodny, przykładowo HC1, korzystnie za pomocą stabilizatora pH.

Czynność ta nie jest konieczna, jeżeli przedziały zagęszczenia są wypełnione samą żywicą kationową, która następnie pełni funkcję redukowania pH przez ciągłe uwalnianie jonów H+.

Stwierdzono również, że przewodność spada w przedziałach elektrodowych podczas demineralizacji. Gdy w przedziałach tych przewodność staje się zbyt niska, wówczas demineralizacja ulega spowolnieniu lub nawet zatrzymaniu. Dla zapobieżenia temu zjawisku, dodawano w sposób ciągły kwas, przykładowo jako wodny roztwór kwasu siarkowego, tak aby utrzymać przewodność na poziomie wartości kompatybilnej ze skuteczną demineralizacją, przykładowo na poziomie wartości >5-20 mS.

187 893

Gdy wymagana jest intensywna deanionizacja, wówczas korzystne jest zwiększenie pH substratu do wartości około 7,5-8, albo na początku procesu demineralizacji lub kiedy stopień demineralizacji osiągnie około 70% przez spowodowanie alkaliczności substratu, na przykład silnej zasady takiej jak KOH. Jako alternatywa można dodać wodorotlenek Ca i ewentualnie ogrzać przykładowo do około 45°C/20 min., a następnie utworzony wytrącony osad zostaje usunięty. Inna alternatywa tej dejonizacji polega na przepuszczaniu substratu, przykładowo zdemineralizowanego do około 80%, przez kolumnę słabo anionowej żywicy.

Sposób według wynalazku może mieć przebieg ciągły, w którym to przypadku substrat może być kierowany do przedziału rozcieńczania modułu, a następnie odprowadzany z tego przedziału postępująco w postaci produktu demineralizowanego, a z drugiej strony przez kierowanie przepływu płuczącego w stronę przedziału zagęszczenia, i odpowiednio do zastosowanej wersji, progresywne odprowadzanie solanki lub rozcieńczonego kwasu solnego.

W rozwiązaniu alternatywnym, w sposób nieciągły lub seryjny, substrat może być zawracany w pętli przez przedział rozcieńczania a solanka zawracana w pętli przez przedział zagęszczania, aż zostanie uzyskany pożądany stopień demineralizacji.

Po demineralizacji, otrzymany reagent może być ewentualnie zneutralizowany przez dodatek środka alkalicznego, korzystnie w jakości spożywczej, a następnie osuszony, na przykład przez rozpryskiwanie w wieży suszącej.

Produkt otrzymany przez praktykowanie sposobu według wynalazku, w postaci ciekłej lub proszku, może służyć jako składnik do wytwarzania produktów spożywczych przeznaczonych do spożycia przez ludzi lub zwierzęta.

W szczególności może on być stosowany do wytwarzania laktoprotein, a mianowicie częściowo delaktozowanego produktu zawierającego w szczególności 30 do 40% wagowo protein i około 45 do 55% wagowo laktozy lub demineralizowaną serwatkę zawierającą w szczególności około 9 do 15% protein i około 75 do 85% wagowo laktozy.

Może on być stosowany jako zamiennik dla mleka lub serwatki jako składnik w wytwarzaniu produktów cukiemiczo-czekoladowych lub cukierniczych wyrobów mrożonych, a zwłaszcza jako zamiennik serwatki przy wytwarzaniu produktów dla dzieci, w szczególności mleka dostosowanego do mleka matki.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony przykładowo w odniesieniu do rysunku, który przedstawia schematycznie uproszczone urządzenie do elektrodejonizacji. Jako uproszczenie, pokazano pojedynczą sekwencję naprzemiennych ogniw, jakkolwiek w rzeczywistości moduł taki zawiera kilka sekwencji naprzemiennych od ustawionych równolegle.

Pokazany na rysunku moduł 1 zawiera naprzemienne półprzepuszczalne membrany polimerowe 2a, 2b, pomiędzy elektrodami a mianowicie anodą 4 i katodą 5, przy czym membrany te są przepuszczalne dla kationów i nieprzepuszczalne dla anionów, które są naładowane ujemnie, przykładowo grupami sulfonowymi, i membrany 3a, 3b przepuszczalne dla anionów i nieprzepuszczalne dla kationów, które są naładowane dodatnio, przykładowo przenosząc czwartorzędowe grupy amonowe.

Membrany 2b i 3a ograniczają ogniwo wypełnione grupami żywicy, przykładowo silnie kationowymi grudkami 6 i słabo anionowymi grudkami żywicy 7, w postaci zmieszanych złóż, tworząc przedział rozcieńczania 8 otoczony dwoma dystansownikami ograniczonymi odpowiednio przez membrany 2a, 3 a, i 2b i 3b, wypełnione grudkami żywicy lub pozbawionymi żywicy, tworząc przedziały zagęszczenia 9a, 9b. Przedział anodowy 10 i katodowy 11 otaczają przedziały zagęszczenia 9a, 9b umieszczone przy końcach modułu.

Urządzenie pracuje w następujący sposób:

przepływ substratu 12 przeznaczonego do demineralizacji przechodzi przez przedział rozcieńczania 8, w którym zostają usunięte jego kationy takie jak C+, adsorbowane przez silnie kationową żywicę i w którym są adsorbowane jego aniony takie jak A' przez słabo anionową żywicę.

Pod wpływem pola elektrycznego CE wytworzonego pomiędzy elektrodami, aniony są kierowane w stronę anody 4, przechodząc przez membranę 3a i są odpychane przez membranę 2a. Jednocześnie, kationy są kierowane w stronę katody 5, przechodząc przez membranę 2b i są zawracane przez membranę 3b. W rezultacie powstaje wzmocnienie jonowe substratu 12, który jest

187 893

Ί usuwany w postaci przepływu demineralizowanego reagenta 13 i wzbogacenie w jony przepływu roztworu płuczącego 15 wchodzącego do przedziału zagęszczania 9a, 9b, który jest z nich odprowadzany w postaci przepływu solanki 14. Przepływy te tworzą obwód hydrauliczny przedziałów zagęszczania CHC.

Podobnie, kationy przechodzą z przedziału anodowego 10 przedziału zagęszczania 9a przez membranę 2a i są odpychane przy membranie 3a, zaś jony H migrują przez cały moduł i regenerują silnie kationowe grudki żywicy. Jednocześnie aniony przechodzą z przedziału katodowego 11 do przedziału zagęszczania 9b przez membranę 3b i są odpychane przy membranie 2b, zaś jony OH' migrują poprzez moduł i regenerują słabo anionowe grudki żywicy. Tym samym, jest dokonana elektroliza wody, dostarczająca jony regenerujące. Przepływy krążące w przedziałach anodowych i katodowych i z jednego do drugiego tworzą obwód hydrauliczny przedziałów elektrodowych CHE.

Poniższe przykłady ilustrują wynalazek, przy czym podane procenty i części są w proporcjach wagowych o ile nie wskazano inaczej, zaś przed obróbką, materiały surowcowe przetworzone z proszku były rozdzielone w wirówce odśrodkowej przy 2000 g lub odfiltrowane tak aby usunąć cząstki stałe które mogłyby zablokować moduł, zaś wartości analityczne zostały otrzymane poprzez następujące sposoby:

- zawartość właściwych protein: obliczona z pomiarów sposobem Kjeldhal'a całkowitego azotu (TN) i niebiałkowego azotu (NPN), to jest jako (TN-NPN) x 6,38,

- popiół: określony przez spopielanie przy 550°C,

- zawartość kationów (Ca' , Mg++, Na+, K+) i zawartość fosforu: zmierzona poprzez atomową spektroskopię absorpcyjną (AAS),

- zawartość cytrynianu i mleczanu: określona sposobami enzymowymi (Boehringer Mannheim, 1984),

- zawartość Ci': mierzona przez miareczkowanie potencjometryczne za pomocą AgNO3, z elektrodą srebrną.

Przykłady 1i 2

Moduły, których przedziały rozcieńczania i zagęszczania zostały wypełnione specyficznymi grudkami żywicy, zostały wypłukane dopasowanymi ilościami wody i te odmienne przedziały zostały wypełnione w następujący sposób:

- przedziały elektrodowe zostały wypełnione 4 1 wodnego roztworu zawierającego 7 g/l Na2SO4, którego pH było ustawione na 2 za pomocą H2SO4,

- przedziały zagęszczania wypełniono 41 wodnego roztworu zawierającego 2,5 g/l NaC1,

- przedziały rozcieńczania zostały wypełnione 2,5 lub 8 kg substratu przeznaczonego do demineralizacji.

Po 10 minutach recyrkulacji dla stabilizacji ciśnienia w rozmaitych przedziałach, z przedziału rozcieńczania pobrano 400 ml substratu, zważono i przeniesiono dla analizy. Ustawiono napięcie na poziomie wartości maksymalnej 28V, uruchomiono przepływ prądu pomiędzy elektrodami i rozpoczęto demineralizację. Przewodność, temperatura i pH w rozmaitych przedziałach były sprawdzane w sposób ciągły i przeprowadzono demineralizację, aż osiągnięto redukcję przewodności rzędu 90 - 95% w stosunku do przewodności substratu wyjściowego.

Demineralizacja następowała w sposób nieciągły, seryjnie to jest przez krążenie substratu przez moduł aż całość objętości wsadu osiągnięła przewodność ustawioną jako docelową.

W przykładach zawierających obrabiany wsad w ilości 8 kg, przewodność przedziału zagęszczenia (dostarczającego gromadzący przepływ jonów) była utrzymana na poziomie wartości <30 mA (miliSiemens'ów), przez zastąpienie połowy roztworu destylowaną wodą gdy osiągnięta była ta wartość przewodności.

Przy końcu procesu demineralizacji, to jest wówczas gdy osiągnięty został stopień demineralizacji wybranej w pierwszym miejscu, który nie stanowił maksymalnego możliwego stopnia demineralizacji, prąd został wyłączony, zgromadzono całą objętość demineralizowanego reagenta, to jest substancji przepuszczonej, zważono go i osuszono przez suszenie zamrożeniowe. Taką samą procedurę zastosowano do solanki z przedziału zagęszczania lub pozostałości i w stosunku do roztworów z przedziałów elektrodowych.

187 893

Na koniec, moduł kilkakrotnie przepłukano destylowaną wodą, lub w razie potrzeby przemyto go roztworem zawierającym 2,5% NaC1/1% NaOH lub roztworem 5% NaCl/1% nadwęglanu Na, przepłukano destylowaną wodą i pomiędzy załadowaniami utrzymywano w stanie wypełnionym wodą.

Warunki robocze i otrzymane rezultaty przedstawiono w tabeli 1.

Tabela 1

Przykład	1	2
Mieszanka żywicy silnie kationowej %/słabo anionowej %	HP 111 (postać H+) HP 661 (postać OH') Rohm i Haas, 40/60	HP 111 (postać H+) HP 661 (postać OH') Rohm i Haas, 40/60 Słodka serwatka - wstępnie zagęszczona przez odparowanie
Słodka serwatka, składnik suchy (%)	6,7	18,2
Wielkość przepływu (l/min)	0,7	0,7
Długość obróbki (min.)	35	94
Ostateczne pH	4,1	5,35
Stopień demineralizacji	91,76	87,13
Strata TN w % do wart. początkowej	11,51	8,96
Strata właściwej proteiny w % wart. początkowej	6,39	5,24

Jako porównanie, gdy w przedziałach zastosowano moduł bez żywicy, ze słodką serwatką zawierającą 6,7% składnika suchego i przy szybkościach przepływu 0,7 i 1,4 l/min odpowiednio, potrzebne były znacznie dłuższe czasy, a mianowicie odpowiednio 110 i 140 min dla otrzymania stopni demineralizacji odpowiednio 84,6% i 82,1%.

Ponadto, gdy zastosowano moduł ze standardowymi silnie kationowymi/silnie anionowymi żywicami w zmieszanym złożu z szybkościami przepływu serwatki od 0,7 do 1,4 l/min, o zawartości składnika suchego 6,7 do 19,8% przez 28 do 79 minut, otrzymano wielkości demineralizacji 85 do 91%, jednakże ze stratami właściwych protein pomiędzy 7,6 do 9,3%.

Przykład 3

Demineralizowano słodki ser jak w przykładach 1 i 2, jednakże taki który uprzednio był zagęszczony przez nanofiltrację w module DDS® za pomocą płyty i ramy wyposażonej w membrany APV HC50®, pod ciśnieniem około 35 barów, aż osiągnięto stopień stężenia 19,8%. Warunki robocze i otrzymane rezultaty przedstawiono w tabeli 2 poniżej.

Tabela 2

Mieszanka żywicy silnie kationowej %/słabo anionowej %	HP 111 (postać H+) HP 661 (postać OH ') Rohm i Haas, 40/60, słodka serwatka - wstępnie zagęszczona przez nanofiltrację
Słodka serwatka, składnik suchy (%)	19,8
Wielkość przepływu (l/min)	1,4
Długość obróbki (min.)	120
Ostateczne pH	4,98
Stopień demineralizacji	91,79
Strata TN w % do wart. początkowej	9,85
Strata właściwej proteiny w % wart. początkowej	5,21

187 893

Przykłady 4 i 5

Zastosowano procedurę tak jak w przykładach 1 do 3, jednakże przedział rozcieńczania wypełniono jedynie pojedynczym rodzajem żywicy, a mianowicie silnie kationową HP 111 w postaci H+ z Rohm i Haas. Dodatkowo, wypełniono rozmaite przedziały w następujący sposób:

- przedziały elektrodowe napełniono 4 1 0,025 M wodnego roztworu H2SO4,

- przedziały zagęszczania wypełniono 4 10,015 wodnego roztworu HC1,

- przedziały rozcieńczania wypełniono 5 lub 8 kg substratu przeznaczonego do demineralizacji.

Warunki obróbki i otrzymane rezultaty przestawiono w tabeli 3 poniżej.

Tabela 3

Przykład	4	5
Słodka serwatka, składnik suchy (%)	6,7	6,7
Długość obróbki (min.)	28	25
Wielkość przepływu (l/min.)	0,7	1,4
Ostateczna pH	3,06	3,69
Stopień demineralizacji	95,02	83,88
Strata TN w % do początkowej	8,45	2,14
Strata właściwej proteiny w % początkowej	1,27	-2,27

Wynika z tego, że część nieproteinowego azotu zniknęła z substratu podczas obróbki, co wyjaśnia ujemną stratę i stąd uzysk właściwych protein.

Dla porównania, gdy zastosowano moduł bez żywicy w przedziałach rozcieńczania ze słodką serwatką zawierającą 6,7% składnika suchego i przy szybkościach przepływu 0,7 i odpowiednio 1,4 l/min, potrzebne były znacznie dłuższe czasy, odpowiednio 110 i 140 min, dla otrzymania stopni demineralizacji odpowiednio 84,6% i 82,1%.

Ponadto, gdy zastosowano moduł ze standardowymi kationowymi/silnie anionowymi żywicami w zmieszanym złożu przy szybkościach przepływu serwatki od 9,7 do 1,4 l/min, przy zawartości składnika suchego 6,7 do 19,8% przez 28 do 70 min, otrzymano wielkości demineralizacji 85 do 91%, jednakże straty właściwych protein rzędu pomiędzy 7,67 do 9,3%.

Przykład 6

Podobnie jak w przykładzie 2, przeprowadzono demineralizację na wstępnie zagęszczonej słodkiej serwatce, jednakże z przedziałem rozcieńczania wypełnionym 40/60% mieszaniny silnie kationowej żywicy HP 111 (postać H+)/słabo anionowej żywicy HP 661 (postać OH-) z Rohm i Haas, przy pozostawieniu pustego przedziału zagęszczania.

Przy końcu około 30-40 min, wzrosła wartość pH w przedziale zagęszczania do wartości bliskiej 5, i stwierdzono regularną redukcję wielkości przepływu wraz ze zwiększeniem ciśnienia w tym przedziale. Następnie utrzymano wartość pH poniżej 5 z automatyczną kompensacją przez dodatek 30% wodnego roztworu HC1, na przykład za pomocą stabilizatora pH.

Zauważono również redukcję przewodności w przedziałach elektrodowych, która była utrzymana na poziomie 5-20 mS poprzez ciągłe dodawanie wodnego roztworu kwasu siarkowego.

Przykład 7

Podobnie jak w przykładzie 2, przeprowadzono demineralizację na wstępnie zagęszczonej słodkiej serwatce, jednakże z przedziałem rozcieńczania wypełnionym mieszaniną 40/60% silnie kationowej żywicy HP 111 (postać H+)/słabo anionowej żywicy HP 661 (postać OH-), z Rohm i Haas, z przedziałem zagęszczania wypełnionym silnie kationową żywicą HP 111 (postać H+). W tych warunkach, wartość pH w obszarze kwasowym utrzymywała silna żywica.

187 893

Ponadto, przewodność w przedziałach elektrodowych utrzymywano na poziomie 5-29 mS poprzez ciągłe dodawanie wodnego roztworu kwasu siarkowego.

Przykład 8

Zastosowano procedurę tak jak w przykładzie 6, z wyjątkiem tego że tuż po osiągnięciu poziomu demineralizacji 75%, ustawiono wartość pH substratu wchodzącego do urządzenia na poziomie 7,5-8 poprzez dodatek wodnego roztworu KOH, przy czym wartość pH utrzymywano na tym poziomie aż osiągnięto poziom demineralizacji wynoszący 90%. Otrzymano tym samym znaczną redukcję ilości anionów występujących w końcowej płynnej serwatce, w porównaniu z ilością otrzymywaną bez uprzedniej regulacji pH, jak wynika z tabeli 4 poniżej.

Tabela 4

Aniony na początku (g/kg)	Aniony na początku (rów./kg)	Aniony na końcu bez wstępnego ustawienia pH (g/kg)	Aniony na końcu bez wstępnego ustawienia pH (rów./kg)	Aniony na końcu przy wstępnym ustawieniu pH (g/kg)	Aniony na końcu przy wstępnym ustawieniu pH (rów./kg)
2,86	0,085	0,454	0,014	0,3	0,009

4 .......	-4—
τΨ 12
KCI/HCI i _n_

, ! X-

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób demineralizacji słodkiej serwatki, polegający na elektrodejonizacji prowadzonej z zastosowaniem urządzenia zawierającego przedział rozcieńczający, w którym znajduje się złoże żywicy wymiany jonów, umieszczone pomiędzy membraną przepuszczalną dla kationów i membraną przepuszczalną dla anionów, odpowiednie przedziały stężenia kationów i anionów oraz elektrody do wytwarzania pola elektrycznego, polegający na przepuszczaniu słodkiej serwatki przez złoże wymiany jonów zawarte w przedziale rozcieńczającym, kierowaniu kationów z przedziału rozcieńczającego poprzez membranę przepuszczalną dla kationów do przedziału stężenia kationów i kierowaniu anionów z przedziału rozcieńczającego poprzez membranę przepuszczalną dla anionów do przedziału stężenia anionów, za pomocą pola elektrycznego wytwarzanego przez elektrody, a następnie na przepuszczaniu roztworu płuczącego do i przez przedziały stężenia kationów i anionów dla usuwania kationów i anionów z przedziałów stężenia, po czym obrobiony produkt usuwa się z przedziału rozcieńczającego, znamienny tym, że w przedziale rozcieńczającym stosuje się złoże żywicy, zawierające żywicę silnie kationowymienną, zaś w każdym przedziale stężenia stosuje się mieszaninę żywicy silnie kationowymiennej i słabo anionowymiennej, przy czym stosuje się układ złoża w przedziałach stężenia wybrany z grupy składającej się ze złoża zmieszanego i złoża ułożonego w warstwy, zaś proporcja wagowa żywicy silnie kationowymiennej do żywicy słabo anionowymiennej w przedziałach stężenia wynosi 30 - 40% żywicy kationowej do 70 - 60% żywicy anionowej, przy czym reguluje się wartość pH roztworu obecnego w przedziałach stężenia do poziomu mniejszego niż 5.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się żywicę silnie kationowymienną w postaci H+ a żywicę słabo anionowymienną w postaci OH'.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że utrzymuje się przewodność elektryczną przedziałów na poziomie przynajmniej 5 mS (milisimensów).
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się wstępną obróbkę słodkiej serwatki, w wyniku której serwatka przed przepuszczeniem do złoża żywicy uzyskuje wartość pH na poziomie od 7,5 do 8.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że otrzymany produkt po demineralizacji słodkiej serwatki neutralizuje się i suszy.
6. Sposób demineralizacji słodkiej serwatki, polegający na elektrodejonizacji prowadzonej z zastosowaniem urządzenia zawierającego przedział rozcieńczający, w którym znajduje się złoże żywicy wymiany jonów, umieszczone pomiędzy membraną przepuszczalną dla kationów i membraną przepuszczalną dla anionów, odpowiednie przedziały stężenia kationów i anionów oraz elektrody do wytwarzania pola elektrycznego, polegający na przepuszczaniu słodkiej serwatki przez złoże wymiany jonów zawarte w przedziale rozcieńczającym, kierowaniu kationów z przedziału rozcieńczającego poprzez membranę przepuszczalną dla kationów do przedziału stężenia kationów i kierowaniu anionów z przedziału rozcieńczającego poprzez membranę przepuszczalną dla anionów do przedziału stężenia anionów, za pomocą pola elektrycznego wytwarzanego przez elektrody, a następnie na przepuszczaniu roztworu płuczącego do i przez przedziały stężenia kationów i anionów dla usuwania kationów i anionów z przedziałów stężenia, po czym obrobiony produkt usuwa się z przedziału rozcieńczającego, znamienny tym, że w przedziale rozcieńczającym stosuje się złoże żywicy, zawierające mieszaninę żywicy kationowymiennej i żywicy słabo anionowymiennej, zaś jako złoże żywicy w każdym przedziale stężenia stosuje się mieszaninę żywicy silnie kationowymiennej i żywicy słabo anionowymiennej, przy czym stosuje się układ złóż wybrany z grupy składającej się ze złoża zmieszanego i złoża ułożonego w warstwy, zaś proporcja wagowa żywicy silnie kationowymiennej do żywicy słabo anionowymiennej w przedziałach stężenia wynosi 30 - 40%

187 893 żywicy kationowej do 70 - 60% żywicy anionowej, przy czym reguluje się wartość pH roztworu obecnego w przedziałach stężenia do poziomu mniejszego niż 5.
7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że stosuje się żywicę silnie kationowymienną w postaci H+ a żywicę słabo anionowymienną w postaci OH'.
8. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że utrzymuje się przewodność elektryczną przedziałów na poziomie przynajmniej 5 mS (milisimensów).
9. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że stosuje się wstępną obróbkę słodkiej serwatki, w wyniku której przed przepuszczeniem do złoża żywicy serwatka uzyskuje wartość pH na poziomie od 7,5 do 8.
10. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że otrzymany produkt po demineralizacji słodkiej serwatki neutralizuje się i suszy.