UNIWERSYTET WARMIŃSKO-MAZURSKI W OLSZTYNIE
WYDZIAŁ NAUKI O ŻYWNOŚCI
Kierunek: Technologia Żywności i Żywienie Człowieka
Specjalność: Technologia Mleczarska
Inżynieria i techniki membranowe w przemyśle spożywczym
Ultrafiltracja w produkcji serów twardych
Arkadiusz Kuliś
Tomasz Krajnik
Grzegorz Jabłoński
Grupa 2
Olsztyn 2010
1. Wstęp
Tematem projektu jest produkcja serów twardych przy użyciu ultrafiltracji. Ultrafiltrację najczęściej stosuje się przy przetwórstwie mleka, do produkcji serów , preparatów białkowych napojów fermentowanych, lodów. Głównym kierunkiem zastosowania UF w mleczarstwie jest produkcja serów, głównie ze względów ekonomicznych.
2. Charakterystyka surowca
Surowcem poddanym ultrafiltracji jest mleko znormalizowane i pasteryzowane.
Parametry fizykochemiczne i mikrobiologiczne surowca:
• Tłuszcz 2,5-3%
• Białko 3,32%
• Laktoza 4,9 %
• Popiół 0,72 %
• Sucha masa 12,32 %
• Kwasowość miareczkowa 6,0-7,5°SH
• Kwasowość czynna pH 6,6-6,8
• Gęstość 1,029-1,032g/cm
• Lepkość 2,01 mPa*s w temp. 15-20°C
• Napięcie powierzchniowe 52mN/m w temp. 20°C
• Ogólna liczba drobnoustrojów mniej niż 100 000 komórek/ml
• Nie więcej niż 400 000 komórek somatycznych/ml.
• Negatywny test na obecność antybiotyków
3. Opis produktu
W produkcji seru gouda mleko znormalizowane i pasteryzowane poddaje się UF w temp. 50*C. Po pięciokrotnym zmniejszeniu objętości uzyskany retentat jest diafiltrowany, w skutek czego w otrzymanym retentacie zmniejsza się zawartość laktozy oraz związków mineralnych. W drugim etapie retentat zagęszcza się do 33-35% ss. Końcowe zagęszczenie retentatu do 45% ss następuje w wyparce próżniowej. Do tak uzyskanego koncentratu dodaje się, w przepływie, zakwasu czystych kultur mleczarskich oraz roztworu preparatu podpuszczkowego w takiej ilości, aby jego skrzepnięcie nastąpiło po 30min. Koncentrat z dodatkiem zakwasu i podpuszczki jest nalewany do specjalnych form. Uformowany ser – o składzie chemicznym do sera gouda – wkłada się do solanki, a następnie przekazuje się do dojrzewania. Proponowana technologia sera twardego z zastosowaniem zagęszczania mleka metodą UF i końcowego zagęszczania w wyparce próżniowej umożliwia uzyskanie produktu o cechach fizykochemicznych zbliżonej do sera gouda. W tej metodzie zużycie mleka na 1 kg gotowego produktu jest mniejsze o 15-20% w porównaniu z metodą tradycyjną.
4. Schemat czynnościowy procesu technologicznego
Mleko znormalizowane i pasteryzowane
↓
Ogrzewanie
Ultrafiltracja → Permeat UF
↓ Retentat UF
Woda → Diafiltracja → Permeat DF
↓ Retentat DF
Do dalszego przerobu
Zagęszczanie próżniowe
Zakwas
↓ Koncentrat przedsera
Enzym
Dodatek enzymu koagulującego
Formowanie
Solenie
Dojrzewanie
Ser gouda
6. Charakterystyka modułu i membrany
Źródło: http://www.kochmembrane.com/pdf/0720177%206043-97-60-PM50.pdf
Rys.1. Hollow Fiber PM50.Ź
Nowoczesna membrana ultrafiltracyjna hollow fiber, zapewnia bardzo skuteczne usunięcie większości zanieczyszczeń mechanicznych, koloidów, związków powodujących barwę i mętność wody o wymiarach powyżej 50,000 Da. Producent KOCH MEMBRANE SYSTEM.
- Typ Membrany PM50
- Rozmiar porów 0,03 mikrometra
- Średnica włókien kapilarnych: 0,8 mm
- Powierzchnia włókien - 2 m2
- Maksymalny przepływ 0,5 gpm (1,9 l/min) przy ciśnieniu 1,5-2,0 Bar
- Zakres pH: 1,5 -13
- Temperatura : 12 ºC
- Maksymalna temp. operacyjna 600C
- Maksymalna temp. mycia 540C
- Materiał włókien: PSU (polisulfon)
- Materiał obudowy: ABS
Źródło: http://www.kochmembran
Rys.2. Schemat procesu ultrafiltracji przez membranę
Rys.3. Instalacja membranowa Hollow Fiber.
7. Tryb pracy instalacji
Projekt obejmuje system periodyczny z jednym modułem membranowym.
Zbiornik surowca
Retentat
Permeat
Rys. Schemat ideowy instalacji membranowej
8. Eksploatacja instalacji membranowej
a) Parametry pracy : temperatura 50oC, ciśnienie 5*105 Pa
b) Retentat : ewentualna dodatkowa obróbka (cieplna), utylizacja
c) Bilans objętościowy
d) Mycie i dezynfekcja
Optymalną wydajność i selektywność procesów membranowych zapewnie regularne mycie membran po każdym cyklu produkcyjnym. Skuteczność mycia membrany zależy od jego parametrów, tj. warunków hydrodynamicznych, stężenia i temperatury roztworów myjących oraz czasu mycia. Parametry mycia membrany oraz środki myjące dopiero się na podstawie fizykochemicznej wytrzymałości membrany, konfiguracji modułu oraz właściwości osadu zanieczyszczającego.
Materiały ceramiczne są ogólnie bardzo trwałe pod względem chemicznym, termicznym i mechanicznym oraz biologicznym co umożliwia agresywne, bardzo skuteczne mycie oraz stosowanie ekstremalnych parametrów procesu. Dodatkowo, membrany ceramiczne są idealne do oczyszczania chemicznego in-situ w wysokich temperaturach, w czasie użycia sody kaustycznej, chloru, nadtlenku wodoru, ozonu i mocnych kwasów nieorganicznych, lub/i przy zastosowaniu sterylizacji parą.
Mycie instalacji membranowych odbywa się za pomocą systemu CIP. Skrót CIP oznacza dosłownie czyszczenie miejscu, natomiast SIP sterylizację na miejscu. Metody te polegają na czyszczeniu i sterylizacji urządzeń w miejscu ich pracy i bez potrzeby ich rozmontowywania. Układy czyszczenia na miejscu są obiegami zamkniętymi a roztwór czyszczący cyrkuluje w systemie. Wyposażone w pompę dozującą odczynniki oraz wodę.
Rys. Schemat mycia w obiegu zamkniętym (wg. 4)
1- zbiornik, 2- wymiennik, 3- ług stężony, 4- kwas stężony, 5- woda zużyta, 6- woda, 7- ług, 8- kwas, 9- inne
Detergenty używane do czyszczenia urządzeń można najogólniej podzielić na:
zasady – powodują rozpuszczanie białek, tłuszczów oraz wykazują własności bakteriobójcze, najczęściej używaną zasadą są roztwory wodorotlenku sodu o stężeniu od 0,2% do 2%
kwasy – zarówno organiczne jak i nieorganiczne, doskonale usuwają gromadzone złoża soli i inne minerały, stosuje się głównie roztwory 0,5% kwasu azotowego oraz 2% kwasu fosforowego ponieważ nie wykazują one własności korozyjnych.
System CIP składa się z kilku etapów:
• wstępnego płukania wodą, mające na celu usunięcie pozostałości z urządzeń;
• mycie roztworem zasadowym (temp. 80°C przez 30min.)
• płukanie pośrednie wodą;
• mycie roztworem kwasu; (temp. 70°C przez 30 min.)
• ostateczne płukanie wodą.
Do płukania stosuje się wodę zdemineralizowaną o zwiększonej sile jonowej (np. z dodatkiem NaCl). Optymalna temp. płukania wynosi 50°C a prędkość przepływu 3m/s.
W celu zminimalizowania ryzyka nagromadzenia się określonego gatunku opornych mikroorganizmów, wskazana jest regularna zmiana środka dezynfekującego.
Sterylizacja (wyjaławianie) jest to proces polegający na zniszczeniu wszystkich, zarówno wegetatywnych, jak i przetrwalnikowych form mikroorganizmów. Sterylizację przeprowadza się za pomocą nasyconej pary wodnej pod ciśnieniem (temp. 121°C przez 10.min.)
waldi47