DE4113836A1

DE4113836A1 - Verfahren zur suessmolkenpermeataufarbeitung

Info

Publication number: DE4113836A1
Application number: DE4113836A
Authority: DE
Inventors: Dieter Goldmann; Ulrich Hartmann; Heinz-Helmer Rasche
Original assignee: Kali Chemie AG
Current assignee: Danmark Protein AS
Priority date: 1990-07-04
Filing date: 1991-04-27
Publication date: 1992-01-09

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Aufarbeitung von Süßmolkenpermeaten unter Gewinnung von heißer, hochreiner Lactose und natürliches Calciumphosphat enthaltenden Feststoffgemischen. Molke fällt als flüssiges Abfallprodukt bei der Käserei und der Kaseingewinnung an. Neben den darin enthaltenen Molkepro teinen (überwiegend Lactalbumine und Lactoglobuline) enthält die Molke noch weitere gelöste Bestandteile wie Lactose, Mineralsalze, Milchsäure und Reste von Fett bzw. Lipiden und Nichtproteinstickstoff-Verbindungen.

In industriell angewandten Verfahren der Molkenaufberei tung zur Gewinnung verschiedener wertvoller Molkeninhalts stoffe wird Molke zunächst durch Membranultrafiltration in eine proteinreiche Retentatfraktion und eine lactosereiche Permeatfraktion, das sogenannte Molkenpermeat, getrennt. Lactose hird technisch aus Molkenpermeat durch Eindampfen und Umkristallisation gewonnen. Die Zusammensetzung des Molkenpermeats kann je nach Typ der eingesetzten Molkeart, der zur Filtration verwendeten Membran, beispielsweise de ren Porenweite, sohie den Bedingungen der Ultrafiltration variieren. So kann der in dem Molkenpermeat gelöste Trockensubstanzgehalt zhischen ca. 5 und 15 Gew.-% betra gen. Die Hauptbestandteile des Trockensubstanzgehaltes sind Lactose, Mineralsalze, darunter natürliches Calcium phosphat, Nichtproteinstickstoff-Verbindungen (= NPN) und daneben auch das in der Milch vorhandene gelbfarbige B-Vitamin Riboflavin. Der pH-Wert und die Zusammensetzung des Molkenpermeates können je nachdem, ob von Süß- oder Sauermolke ausgegangen wurde, variieren. Süßmolkenpermeate haben im allgemeinen einen Trockensubstanzgehalt zwischen 5 und 15, insbesondere 5 und 8 Gew.-%. In der Trocken substanz sind im allgemeinen 70 bis 85 Gew.-% Lactose, 7 bis 15 Gew.-% Proteine und NPN (Die hier und nachfolgend angegebenen Gew.-%-Gehalte von Proteinen und/oder NPN sind jeweils berechnet als das 6,38fache des Gew.-%-Gehaltes an Gesamtstickstoff.) und Mineralsalze (ent spechend einem Aschegehalt von 5-10 Gew.-%), darunter 0,3 bis 1 Gew.-% Calcium und 1 bis 4 Gew.-% Phosphat neben weiteren Mineralsalzen, wie Magnesiumsalzen, Citraten, Chloriden, enthalten.

Bei der Aufarbeitung eines Molkenpermeates zur industriel len Gewinnung von Lactose wird das Permeat im allgemeinen eingeengt und die Lactose aus dem so erhaltenen Permeat- Konzentrat auskristallisiert. Einige Mineralsalze, insbe sondere Calciumphosphat, werden bei der Kristallisation der Lactose mitgefällt und verunreinigen das erhaltene Produkt. Auch durch Umkristallisieren der Lactose lassen sich mitgefälltes Calciumphosphat und durch Riboflavin spuren verursachter Gelbschimmer der Lactose nicht zufrie denstellend entfernen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Aufbereitung von Süßmolkenpermeaten zu finden, welches die Isolierung einer hochreinen heißen praktisch calcium phosphatfreien Lactose ermöglicht.

Es wurde nun ein Verfahren gefunden, mit welchem eine weitgehend calciumphosphatfreie heiße Lactose aus Süßmol kenpermeat erhalten werden kann und auch die übrigen Süß molkenpermeatinhaltsstoffe in Form von weiterverwertbaren Produkten, welche z. B. als Zusatzstoffe in der Nahrungs und Getränkemittelindustrie, der Futtermittelindustrie und der Fermentationsindustrie einsetzbar sind, gewonnen wer den können.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufarbeitung von Mol kenpermeaten ist dadurch gekennzeichnet, daß man

a) ein bis auf einen Trockensubstanzgehalt von 30 bis 60 Gew.-% eingeengtes und auf einen pH-Wert von 6,8 bis 7,2 eingestelltes Süßmolkenpermeat zur Ausfällung eines Calciumphosphat-angereicherten Lactose/Protein/Mineral salz-Feststoffgemisches I auf eine unterhalb der Siede temperatur liegende Temperatur von mindestens 80°C während einer zur Ausfällung des bei dieser Temperatur fällbaren Anteils des Gesamt-Calciumphosphatgehaltes des Süßmolkenpermeates ausreichenden Zeitdauer erhitzt.
b) das ausgefällte Feststoffgemisch I abtrennt,
c) das nach der Abtrennung des Feststoffgemisches I ver bleibende Süßmolkenpermeat für eine zur Entfärbung aus reichende Zeitdauer bei Temperaturen zwischen 45 und 95°C mit Aktivkohle kontaktiert und sodann von der Aktivkohle abtrennt.
d) das von der Aktivkohle abgetrennte entfärbte Süßmolken permeat auf einen Trockensubstanzgehalt von 60 bis 80 Gew.-% einengt und die Lactose auskristallisieren läßt,
e) die auskristallisierte Lactose von einer verbleibenden Mutterlauge abtrennt, und
f) die verbleibende Mutterlauge durch Mikrofiltration in ein Mineralsalz/Protein/Lactose-Feststoffgemisch II und ein Filtrat auftrennt.

Für das erfindungsgemäße Verfahren wird ein Süßmolkenper meat eingesetzt, welches auf einen Trockensubstanz-Gehalt von 30 bis 60 Gew.-% konzentriert wurde, z. B. durch Ein dampfen unter vermindertem Druck, und dessen pH-Wert auf einen Bereich von 6,8 bis 7,2 eingestgellt wurde, z. B. durch Zugabe von verdünnter wäßriger Calciumhydroxid- oder Natrium- oder Kaliumhydroxidlösung.

Dieses Süßmolkepermeat wird erfindungsgemäß in Verfahrens schritt a) erhitzt auf eine unterhalb der Siedetemperatur liegende Temperatur von mindestens 80°C, vorzugsweise mindestens 90°C, während einer zur Ausfällung des bei dieser Temperatur fällbaren Anteils des Gesamt-Calcium phosphat-Gehaltes des Süßmolkenpermeates ausreichenden Zeitdauer. Die Erhitzungsdauer kann je nach eingestelltem pH-Wert und Erhitzungstemperatur von wenigen Minuten bis zu einer Stunde variieren. Bei Temperaturen um ca. 90°C haben sich beispielsweise Erhitzungsspannen von zwischen 15 und 45, insbesondere 30 und 45, Minuten als zweckmäßig erwiesen. Zweckmäßig kann das Süßmolkenpermeat in einem an sich bekannten Durchlauferhitzer erhitzt werden, wobei die Durchflußgeschwindigkeit des Süßmolkenpermeats so einge stellt wird, daß eine ausreichend lange Verweilzeit bei Temperaturen von über 80°C gewährleistet ist. Die aus dem Erhitzer ablaufende Suspension von Feststoffgemisch I in Süßmolkenpermeat kann dann in eine Trennanlage weiterge leitet werden. Das bei dem Erhitzungsschritt a) ausfallen de Feststoffgemisch I kann zwischen 4 und 14 Gew.-% des ursprünglichen Trockensubstanz-Gehaltes des Süßmolkenper meates enthalten. Es soll mindestens 50%, insbesondere zwischen 65 und 80%, des ursprünglichen Calciumgehaltes und mindestens 20%, insbesondere zwischen 25 und 50%, des ursprünglichen Phosphatgehaltes des Süßmolkenpermeates enthalten. Die Zusammensetzung dieses Feststoffgemisches I kann je nach Art der angewendeten Verfahrensparameter wie pH-Wert, Erhitzungstemperatur und Erhitzungsdauer variie ren. Im allgemeinen kann das Feststoffgemisch I zwischen 60 und 80 Gew.-% Lactose, 7 bis 9,5 Gew.-% Proteine und NPN, 2 bis 3,5 Gew.-% Calcium und 5,5 bis 7 Gew.-% Phos phat bezogen auf Trockensubstanz sowie weitere in dem Süß molkenpermeat enthaltene Mineralsalze enthalten.

Die Abtrennung des ausgefällten Feststoffgemisches I von dem übrigen Süßmolkenpermeat kann nach an sich bekannten Trennungsmethoden erfolgen. So kann die Suspension des Feststoffgemisches I in dem Süßmolkenpermeat beispiels weise über eine an sich bekannte Trenneinrichtung, z. B. einen Separator, eine Filtrationsanlage oder einen Sedimentator, geleitet werden. Es hat sich insbesondere als zweckmäßig erwiesen, das Permeat über einen an sich bekannten Separator zu leiten, in welchem ein das Fest stoffgemisch I enthaltender Separatorschlamm als Retentat von dem übrigen Süßmolkenpermeat abgetrennt wird. Als Separatoren können handelsübliche Separatoren z. B. Düsen oder Kammerseparatoren, eingesetzt werden. Zweckmäßig wird die Abtrennung bei erhöhter Temperatur, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 40 und 90°C, insbesondere 40 und 60°C, durchgeführt, da bei erhöhten Temperaturen die Viskosität des Permeates erniedrigt ist und so eine gute Durchflußgeschwindigkeit des Permeates durch die Trenn einheit erzielt werden kann. Für die Weiterverarbeitung des nach Abtrennung des Feststoffgemisches I erhaltenen Süßmolkenpermeat ist ein weitgehend klares Permeat er wünscht, da eventuell in dem Permeat enthaltene Trübungs stoffe sich später auf der Aktivkohle ablagern und deren Aktivität und Lebensdauer beeinträchtigen könnten.

Das erfindungsgemäße Verfahren macht sich zu Nutzen, daß die Löslichkeit von Calciumphosphat einen negativen Tempe raturgradienten zeigt, Calciumphoshat also bei höheren Temperaturen schwerer löslich ist als bei niederen Tempe raturen. So wird durch die erfindungsgemäß an den Anfang des Verfahrens gestellte Ausfällung des Feststoffgemisches I bei den angegebenen hohen Temperaturen erreicht, daß in den nachfolgenden Verfahrensschritten c) bis e) keine unerwünschte Calciumphosphatausfällung mehr stattfindet. So wird z. B. erreicht, daß das nach der Abtrennung des Feststoffgemisches I verbleibende Süßmolkenpermeat zur Entfärbung durch Entfernung des Riboflavins problemlos durch einen aktivkohlehaltigen Reaktor kontinuierlich geleitet werden kann, ohne daß die Adsorptionsaktivität der Kohle oder der Permeatfluß durch Calciumphosphat ablagerungen geschmälert werden. Ebenso wird erreicht, daß bei der nachfolgenden Kristallisation der Lactose kein Calciumphosphat mitgefällt oder in Lactosekristalle mit eingeschlossen wird.

Das im Verfahrensschritt b) abgetrennte rohe Feststoff gemisch I, welches bis zu 85 Gew.-% Lactose bezogen auf Trockensubstanz enthalten kann, beziehungsweise ein dieses Feststoffgemisch enthaltender Separatorschlamm können durch Waschen und anschließendes Trocknen in ein wert volles an Mineralsalzen, insbesondere Calciumphosphat, angereichertes Feststoffprodukt Ia überführt werden. Bei dem Waschvorgang werden Lactose und daneben in geringerem Maße auch leicht wasserlösliche NPN und Salze mit ausge waschen.

Mit dem Auswaschen der Lactose findet in dem Feststoffge misch eine Anreicherung an Calciumphosphat und eine Ab reicherung an Nebenprodukten statt. Durch Variation des Ausmaßes, in welchem der ursprüngliche Lactosegehalt des Feststoffgemisches I ausgewaschen wird, kann die Konzen tration an Calciumphosphat in dem Feststoffprodukt Ia zwischen ca. 10 und 60 Gew.-% variiert werden. Der Gehalt an Proteinen und NPN in dem Feststoffprodukt Ia kann beispielsweise zwischen 20 und 40 Gew.-%, insbesondere 30 und 40 Gew.-%, liegen.

Durch weitgehendes Auswaschen der Lactose könnenn wert volle Mineralsalzprodukte Ia erhalten werden, welche neben einem überwiegenden Anteil an natürlichem Calciumphosphat weitere wertvolle Mineralsalze der Molke sowie wertvolle Molkenpermeatproteinstoffe und NPN enthalten.

Die Feststoffprodukte Ia stellen ernährungsphysiologisch wertvolle Zusatzstoffe für die Nahrungsmittel- und Geträn kemittelindustrie dar, welche sich zum Anreichern von na türlichen Calciumphosphat-Gehalten in Lebensmittel und Getränken, insbesondere Limonaden und Fruchtsäften, eignen. Die weitgehend lactosefreien Mineralsalzprodukte Ia stellen wertvolle natürliche Calciumphosphat-Produkte dar, welche sich zur Anwendung in der Diätetik zum Aus gleich und/oder Vorbeugen von Calciumphosphat-Mangel erscheinungen eignen.

Als natürliche Cälciumphosphat-Produkts sind insbesondere solche Mineralsalzprodukte Ia vorteilhaft, in welchen die Lactose bis auf einen Lactoserestgehalt von unter 3 Gew.-%, vorzugsweise unter 2 Gew.-%, bezogen auf Trockensubstanz ausgewaschen worden ist. Ein solches- Mineralsalzprodukt der Formel Ia kann zwischen 40 und 60 Gew.-% Calciumphosphat und 30 bis 40 Gew.-% Proteine und NPN bezogen auf Trockensubstanz neben weiteren Mine ralsalzen der Molke enthalten. So kann ein solches Mine ralsalzprodukt Ia beispielsweise einen Calciumgehalt von zwischen 15 und 20% und einen Phosphatgehalt von zwischen 30 und 40% besitzen.

Zur Herstellung des Feststoffproduktes Ia wird das rohe Feststoffgemisch I bzw. ein dieses Feststoffgemisch enthaltender Separatorschlamm zweckmäßigerweise in einer Mikrofiltrationsanlage mit entmineralisiertem Wasser gewaschen. Die lactosehaltigen Waschwässer können gemäß den Verfahrensschritten c) bis f) des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgearbeitet werden. Sie können insbesondere dem nach Abtrennen des Feststoffgemisches I erhaltenen Süßmolkenpermeat vor dessen Weiterverarbeitung wieder zugefügt werden.

Das Entfärben des nach Abtrennung des Feststoffgemisches I verbleibenden Süßmolkenpermeates mit Aktivkohle in Verfah rensschritt c) kann durchgeführt werden, in dem man das Permeat in an sich bekannter Weise für eine zur Entfärbung durch Adsorption des Farbstoffes Riboflavin ausreichende Zeitdauer mit der Aktivkohle kontaktiert und sodann von der Aktivkohle abtrennt.

Die Entfärbung des Süßmolkenpermeates mittels Aktivkohle findet vorzugsweise bei erhöhter Temperatur, beispiels weise bei Temperaturen zwischen 40 und 95°C, insbesondere 45 und 60°C, statt. Zweckmäßig wird das zu entfärbende Süßmolkenpermeat durch einen ein Aktivkohlebett enthal tenden Adsorber, beispielsweise eine Adsorptionssäule, geleitet. Hierbei wird die Beladegeschwindigkeit so eingestellt, daß eine ausreichende Verweilzeit des Süß molkenpermeats im Kontakt mit der Aktivkohle gegeben ist, so daß das den Absorber verlassende Süßmolkenpermeat weitgehend bis vollständig entfärbt ist. Die benötigten Verweilzeiten können je nach Temperatur und Konzentration des zu entfärbenden Permeates variieren. Im allgemeinen werden Verweilzeiten von mindestens 5, vorzugsweise ca. 10 Minuten für eine Entfärbung ausreichen. Die Belade geschwindigkeit kann unabhängig von der Geometrie des Adsorbers als Bettvolumen/h (=BV/h) definiert werden, wobei als Bettvolumen die eingefüllte Aktivkohlemenge angesehen wird. Gute Ergebnisse werden beispielsweise mit Beladegeschwindigkeiten von 4 bis 7, insbesondere 5 bis 6 BV/h erzielt. Die Entfärbung kann durch photometrische Messung des aus dem Adsorber ablaufenden Permeats über wacht werden.

Es wurde überraschend gefunden, daß der gelbe Farbstoff Riboflavin durch die Aktivkohle vollständig gebunden wer den kann, während andere Süßmolkenpermeatsinhaltsstoffe wie Salze, Lactose, Proteine und NPN von der Kohle prak tisch kaum gebunden werden, so daß die Kohle eine lange Aktivitätsdauer besitzt und erst nach einem Durchlauf von 50 bis 80 BV ein Absinken des Entfärbungsgrades auf unter 80% feststellbar wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein mit Aktiv kohlegranulat gefüllter Adsorber eingesetzt. Die Verwen dung von gekörnter Aktivkohle enthaltenden Adsorbern, bei spielsweise Adsorptionssäulen, hat den Vorteil, daß diese Aktivkohle erfindungsgemäß regeneriert werden kann. Zur Regenerierung wird die Aktivkohle mit wäßriger verdünnter Alkalimetallhydroxidlösung behandelt und anschließend al kalifrei gewaschen. Hierzu wird eine mit Aktivkohlegranu lat beladene Adsorptionssäule zunächst durch Waschen mit Wasser von noch gebundenen Permeatresten befreit und dann mit verdünnter, beispielsweise 1- bis 5-, insbesondere 2 bis 4-prozentiger Alkalimetallhydroxidlösung, vorzugsweise Natriumhydroxidlösung, kontaktiert. Zweckmäßigerweise wird die Behandlung mit einer verdünnten Natriumhydroxidlösung bei der gleichen oder bei etwas höherer Temperatur als die vorgehende Permeatentfärbung durchgeführt. Beispielsweise eignen sich Temperaturen zwischen ca. 40 und 95°C, insbe sondere 45 und 80°C. Zweckmäßig kann die Natronlauge lösung ein bis zwei Stunden im Kreislauf durch die Säule geleitet werden, und diese Behandlung kann nötigenfalls ein bis dreimal mit jeweils frischer Natriumhydroxidlösung wiederholt werden. Anschließend wird mit Wasser alkalifrei gewaschen. Um sicher zu gehen, daß auch in den Aktivkohle körnern alles Alkali vollständig entfernt ist, ist es zweckmäßig, die Säule mit einer verdünnten wäßrigen Säure lösung nachzuspülen und nochmals mit Wasser zu waschen.

Als wäßrige Säurelösungen eignen sich eins- bis fünfpro zentige Lösungen von anorganischen Säuren wie beispiels weise Salzsäure, Salpetersäure oder Phosphorsäure oder organischen Säuren wie beispielsweise Milchsäure oder Zitronensäure.

Bei Verwendung von erfindungsgemäß mit verdünnter Lauge regenerierbaren Aktivkohleadsorptionssäulen kann die Entfärbung von Süßmolkenpermeat praktisch kontinuierlich durchgeführt werden, wenn mehrere Aktivkohleadsorptions säulen zu einer Entfärbeeinheit zusammengefaßt sind, in welcher jeweils von einer erschöpften Säule auf eine frisch regenerierte Säule umgeschaltet werden kann.

Aus dem durch Aktivkohle entfärbten Süßmolkenpermeat wird in dem nachfolgenden Verfahrensschritt d) Lactose aus kristallisiert. Hierzu wird das Süßmolkenpermeat zunächst auf einen Trockensubstanzgehalt von 60 bis 80 Gew.-% eingeengt. Das Einengen des Süßmolkenpermeates kann bei Temperaturen zwischen 45 und 95°C, gegebenenfalls unter vermindertem Druck auf an sich bekannte Weise durchgeführt werden. So kann dieses Aufkonzentrieren des Süßmolkenper meates auf an sich bekannte Weise in einem handelsüblichen Eindampfer, insbesondere einem Dünnschichteindampfer, erfolgen. Das anschließende Kristallisieren der Lactose aus dem Süßmolkenpermeatkonzentrat findet auf an sich bekannte Weise, beispielsweise als Kühlkristallisation, statt. Hierzu wird das Süßmolkenpermeatkonzentrat langsam, z. B. über einen Zeitraum von mehreren Stunden, z. B. 15-30, insbesondere 20-25 Stunden, auf Temperaturen zwischen 5°C und Raumtemperatur, insbesondere 10-15°C, gekühlt. Die Kühlkristallisation kann in einem geeigneten Kristallisa tionstank, z. B. einem mit Doppelmantelkühlung versehenen Tank, unter Rühren stattfinden. Zweckmäßig wird mit kristalliner Lactose angeimpft. Aufgrund der erfindungsge mäßen Verfahrensdurchführung in den vorangehenden Verfah rensschritten a) bis c) und den vorstehend angegebenen Bedingungen der Kristallisation kommt es bei der Kühlkri stallisation in dem Süßmolkenpermeatkonzentrat nur zu einer Ausfällung von Lactose, während noch in dem Süßmol kenpermeat vorhandene Mineralsalze und sonstige Molkenin haltsstoffe in der Kristallauge weitestgehend in Lösung bleiben.

Die kristalline Lactose kann von der Mutterlauge in an sich bekannter Weise abgetrennt werden. Beispielsweise kann die Auftrennung des Kristallbreies in einem handels üblichen Decanter erfolgen. Nach Waschen und Trocknen der Lactosekristalle wird ein reinweißes Produkt mit einem außerordentlich hohen Reinheitsgrad, das ist mit einem Lactosegehalt von über 99,5% bezogen auf Trockensubstanz, erhalten, in welchem die Gehalte an Calcium, Phosphat oder Proteinen und NPN jeweils unter 0,02% liegen.

Aus der nach Abtrennen der Lactosekristalle verbleibenden Mutterlauge können weitere wertvolle in der Nahrungsmit tel- und Getränkeindustrie, der Futtermittelindustrie und der Fermentationsindustrie verwendbare Produkte erhalten werden. So kann in Verfahrensschritt f) durch Mikrofil tration aus der Mutterlauge ein Feststoffgemisch II abge trennt werden, welches ein Calciumphosphat-reiches Mine ralsalzgemisch darstellt, welches außerdem noch bis zu 15 Gew.-% bezogen auf Trockensubstanz an Lactose und bis zu 40 Gew.-% bezogen auf Trockensubstanz an Proteinen und NPN enthalten kann. Beispielsweise kann dieses Feststoff gemisch II einen Calciumgehalt von zwischen 6,5 und 8 Gew.-%, einen Phosphatgehalt von 7 bis 9 Gew.-%, einen Lactosegehalt von 10 bis 15 Gew.-% und einen Gehalt an Proteinen und NPN von 30 bis 40 Gew.-% bezogen auf Trockensubstanz enthalten. Dieses Feststoffgemisch eignet sich als natürlicher Mineralsalzzusatzstoff zu Nahrungs mitteln und Getränken, beispielsweise Limonaden und kann auch als Futtermittelzusatz Verwendung finden.

Die Mikrofiltration der nach Abtrennung der Lactose kristalle verbleibenden Mutterlauge kann auf an sich bekannte Weise in handelsüblichen Mikrofiltrationsanlagen durchgeführt werden. Die Mikrofiltration kann beispiels weise bei Temperaturen von 10 bis 95°C erfolgen.

Das bei der Mikrofiltration anfallende Filtrat kann auf an sich bekannte Weise zur Trockene eingeengt werden. Hierbei wird ein Feststoffgemisch III erhalten, welches neben Mineralsalzen der Molke zwischen 50 und 60 Gew.-% Lactose und 1 bis 3 Gew.-% Proteine und NPN bezogen auf Trocken substanz enthält. Dieses Produkt kann in der Fermentati onsindustrie als wertvoller Zusatzstoff zu Nährmedien für Fermentationsprozesse Verwendung finden.

Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne jedoch ihren Umfang zu beschränken.

Beispiel 1 Aufarbeitung eines Süßmolkenpermeats

Als Ausgangsprodukt wurde ein Süßmolkenpermeat eingesetzt, welches aus einer Süßmolke mit 5,5 Gew.-% Trockensubstanz in einer Ultrafiltrationsanlage erhalten und anschließend in einem Eindampfer bei einer Temperatur von 60°C auf einen Trockensubstanzgehalt von 31 Gew.-% eingeengt worden war und dessen pH-Wert nach Verlassen des Eindampfers durch Zugabe von wäßriger verdünnter Natriumhydroxidlösung unter Rühren auf einen pH-Wert von 6,8 bis 7,2 eingestellt worden war. Dieses Süßmolkenpermeat hatte einen Calcium gehalt von 0,13 Gew.-%, einen Phosphatgehalt von 0,61 Gew.-%, einen Lactosegehalt von 25,30 Gew.-% und einen Gehalt an Proteinen und NPN von 1,39 Gew.-%. Das so vorbereitete Süßmolkenpermeat wurde in einer in Fig. 1 schematisch dargestellten Aufbereitungsanlage wie folgt verarbeitet.

Das Permeat wurde zunächst in einen Durchlauferhitzer (A) vom Typ eines Plattenwärmeaustauschers geleitet und dort ohne weiteres Einengen auf eine Temperatur von 90°C erhitzt und 30 bis 45 Minuten bei dieser Temperatur gehalten. Die gebildete Suspension von Feststoffgemisch I in Süßmolkenpermeat wurde mittels einer Förderpumpe (P) mit einer Durchlaufgeschwindigkeit von 30 1 pro Stunde durch einen Separator (B) gepumpt. Der das Feststoff gemisch I enthaltende abgeschiedene Separatorschlamm wurde nach jeweils 15 Minuten abgezogen und in eine Mikrofiltrationsanlage (C) geleitet.

Das aus dem Separator ablaufende Filtrat hatte einen Trockensubstanzgehalt von 28,90 Gew.-%, einen Calciumge halt von 0,03 Gew.-%, einen Phosphatgehalt von 0,40 Gew.-% und einen Gehalt an Proteinen und NPN von 1,19 Gew.-%. Dieses Permeat wurde bei einer Temperatur von 50 bis 60°C über eine Aktivkohlegranulat enthaltende Adsorptionssäule (D) mit einer Temperatur von 50 bis 60°C geleitet. Die Durchflußgeschwindigkeit wurde so einreguliert, daß aus der Adsorptionssäule ein vollständig entfärbtes Süßmolken permeat ablief. Die Entfärbeleistung der Säule wurde durch photometrische Messung der Extinktion bei ca. 340 nm im Eluat überprüft. Sobald bei gleichbleibender Durchfluß geschwindigkeit die Extinktion im Eluat auf 20% der Extinktion im unbehandelten Süßmolkenpermeat ansteigt, muß die Adsorptionssäule durch eine frische Säule ersetzt werden.

In der Mikrofiltrationsanlage (C) wurde der Separator schlamm mit entmineralisiertem Wasser gewaschen, bis der Lactosegehalt in dem Retentat der Mikrofiltration bis auf 0,25 Gew.-% abgesunken war. Das so gereinigte Retentat wurde in einem Sprühtrockner (E) mit einer Eintritts temperatur von 180°C und einer Austrittstemperatur von 80°C getrocknet. Nach dem Trocknen wurde ein Feststoff produkt Ia erhalten, welches einen Trockensubstanzgehalt von 96,50 Gew.-% mit den nachfolgend angegebenen Gehalten an Calcium, Phosphat, Lactose und Proteinen hatte:

Trockensubstanz (= TS)
96,50 Gew.-%
Calcium	17,70 Gew.-% bezogen auf TS
Phosphat	34,32 Gew.-% bezogen auf TS
Lactose	1,50 Gew.-% bezogen aus TS
Protein + NPN	36,90 Gew.-% bezogen aus TS
(berechnet als Gew.-% Gesamtstickstoff × 6,38)

Dieses Feststoffgemisch Ia eignet sich als Zusatzstoff zur Calciumphosphatanreicherung in Lebensmitteln und Geträn ken, insbesondere Limonaden.

Die lactosehaltigen Waschwässer aus der Mikrofiltrations anlage (C) wurden in den Adsorber (D) zur Entfärbung ge leitet und mit dem entfärbten Süßmolkenpermeat vereinigt.

Das aus der Adsorptionssäule (D) ablaufende entfärbte Süßmolkenpermeat wurde in einem Eindampfer (F) bei einer Temperatur von 60°C unter vermindertem Druck auf einen Trockensubstanzgehalt von 70 Gew.-% eingeengt und dann in einen mit Doppelmantelkühlung und Rührer versehenen Kristallisationstank (G) überführt und dort unter Rühren langsam innerhalb von 24 Stunden auf eine Temperatur von 10 bis 15°C abgekühlt. Zum Impfen wurde gepulverte kristalline Lactose zugegeben.

Mittels eines Decanters (H) wurden die Lactosekristalle aus dem gebildeten Kristallbrei abgetrennt, nochmals mit Wasser gewaschen und getrocknet. Es wurde eine reinweiße kristalline Lactose erhalten. Die Analyse ergab 99,9 Gew.-% Lactose bezogen auf Trockensubstanz, die Gehalte an Calcium, Phosphat und stickstoffhaltigen Substanzen lagen jeweils unter 0,01%. Die Ausbeute betrug ca. 60% des Lactosegehaltes des eingesetzten Süßmolkenpermeates.

Die nach Abtrennung der Lactosekristalle verbleibende Mutterlauge wurde in eine Mikrofiltrationsanlage (I) geleitet und dort über eine Mikrofiltrationsmembran filtriert. Nach Trocknen des Retentats in einem Trockner (J) wurde das Feststoffgemisch II mit einem Trockensub stanzgehalt von 95,30 Gew.-% und den nachfolgend angege benen Gehalten an Calcium, Phosphat, Lactose und Proteinen erhalten:

Trockensubstanz (= TS)
95,30 Gew.-%
Calcium	7,15 Gew.-% bezogen auf TS
Phosphat	7,93 Gew.-% bezogen auf TS
Lactose	13,50 Gew.-% bezogen auf TS
Protein + NPN	34,20 Gew.-% bezogen auf TS
(berechnet als Gew.-% Gesamtstickstoff × 6,38)

Dieses Feststoffgemisch II eignet sich als Zusatzstoff in der Lebensmittelindustrie.

Das aus der Mikrofiltrationsanlage (I) ablaufende blanke Filtrat wurde in einem Eindampfer (K) bei einer Temperatur von 60°C zur Trockene eingeengt. Das getrocknete Fest stoffprodukt III hatte einen Trockensubstanzgehalt von 95,30 Gew.-% mit den nachfolgend angegebenen Gehalten an Calcium, Phosphat, Lactose und Proteinen:

Trockensubstanz (= TS)
95,30 Gew.-%
Calcium	0,38 Gew.-% bezogen auf TS
Phosphat	5,18 Gew.-% bezogen auf TS
Lactose	53,50 Gew.-% bezogen auf TS
Protein + NPN	1,58 Gew.-% bezogen auf TS
(berechnet als Gew.-% Gesamtstickstoff × 6,38)

Dieses Feststoffgemisch III eignet sich als Zusatz zu Nährmedien für Fermentationsprozesse.

Beispiel 2 Regenerierung der Aktivkohle der Adsorptionssäule (D)

Aus der in Beispiel 1 zur Entfärbung des Süßmolkenpermeats eingesetzt gewesenen Aktivkohle-Adsorptionssäule wurde noch an der Kohle haftendes Permeat zunächst mit Wasser ausgespült. Hierzu wurde Wasser mit einer Durchfluß geschwindigkeit von 5 BV/h durch die Säule gegeben. Nach Einspülen von 1,5 BV Wasser waren 97% des in der Säule vorhandenen Permeats ausgespült worden. Dieses Spülwasser kann zur weiteren Aufarbeitung in das entfärbte Süßmolken permeat zurückgeführt herden. Die nachfolgende Regenera tion der Aktivkohle erfolgte durch Behandlung mit Natron lauge. Hierzu wurde in einem Behälter Wasser vorgelegt und mit einer Pumpe im Kreislauf über die Säule mit einer Durchflußgeschwindigkeit von 5 BV/h gepumpt. In das Wasser wurde eine 50 prozentige wäßrige Natriumhydroxidlösung zudosiert bis nach vollständiger Vermischung eine Endkon zentration von 2% Natriumhydroxid in der Regenerations flüssigkeit erreicht wurde. Die Natriumhydroxidkonzentra tion in der Regenerationslösung wurde durch Leitfähig keitsmessung überprüft. Es wurde bei einer Temperatur von 50°C gearbeitet. Die Regenerationsflüssig keit nahm mit der Zeit eine orange/braune bis dunkelbraune Farbe an. Nach zwei Stunden wurde der Kreislauf unterbrochen und die Regenerationsflüssigkeit wurde mit Wasser aus der Säule herausgespült. Dann wurde dieselbe Behandlung mit frisch bereiteter Natronlauge noch zwei Mal wiederholt. Sodann wurde die Säule mit Wasser mit einer Durchflußgeschwindig keit von 15 BV/h gespült. Nach Verbrauch einer Spülwasser menge von ca. 12 BV war das ablaufende Wasser fast farb los. Anschließend wurde die Säule mit wäßriger 2%-iger Salzsäurelösung gespült und wiederum mit Wasser nachge spült.

Die derart regenerierte Säure konnte erneut zur Entfärbung von Süßmolkenpermeat eingesetzt werden.

Claims

1. Verfahren zur Aufarbeitung von Süßmolkenpermeat unter Gewinnung von Lactose, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) ein bis auf einen Trockensubstanzgehalt von 30 bis 60 Gew.-% eingeengtes und auf einen pH-Wert von 6,8 bis 7,2 eingestelltes Süßmolkenpermeat zur Ausfäl lung eines Calciumphosphat-angereicherten Lactose/- Protein/Mineralsalz-Feststoffgemisches I auf eine unterhalb der Siedetemperatur liegende Temperatur von mindestens 80°C während einer zur Ausfällung des bei dieser Temperatur fällbaren Anteils des Ge samt-Calciumphosphatgehaltes des Süßmolkenpermeates ausreichenden Zeitdauer erhitzt,
b) das ausgefällte Feststoffgemisch I abtrennt,
c) das nach der Abtrennung des Feststoffgemisches I verbleibende Süßmolkenpermeat für eine zur Entfär bung ausreichende Zeitdauer mit Aktivkohle kontak tiert und sodann von der Aktivkohle abtrennt,
d) das von der Aktivkohle abgetrennte entfärbte Süß molkenpermeat auf einen Trockensubstanzgehalt von 60 bis 80 Gew.-% einengt und die Lactose auskri stallisieren läßt,
e) die auskristallisierte Lactose von einer verblei benden Mutterlauge abtrennt, und
f) die verbleibende Mutterlauge durch Mikrofiltration in ein Mineralsalz/Protein/Lactose-Feststoffgemisch II und ein Filtrat auftrennt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in Verfahrensschritt b) abgetrennte Feststoff gemisch I 65-85 Gew.-% Lactose, 7 bis 9,5 Gew.-% Pro teine und Nichtproteinstickstoffverbindungen (berech net als 6,38×Gew.-% Gesamtstickstoff), 1 bis 4 Gew.-% Calcium und 4 bis 8 Gew.-% Phosphat bezogen auf Trockensubstanz und weitere Mineralsalze der Molke enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich net, daß das in Verfahrensschritt b) abgetrennte Fest stoffgemisch I zwischen 4 und 14 Gew.-% des ursprüng lichen Gesamttrockensubstanzgehaltes des Süßmolkenper meats enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß das in Verfahrensschritt b) abgetrennte Fest stoffgemisch I mindestens 50%, insbesondere zwischen 65 und 80%, des ursprünglichen Calciumgehaltes und mindestens 20%, insbesondere zwischen 25 und 50%, des ursprünglichen Phosphatgehaltes des Süßmolkenpermeates enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeich net, daß aus dem im Verfahrensschritt b) abgetrennten Feststoffgemisch I die Lactose so weit ausgewaschen wird, daß ein zwischen 10 und 60 Gew.-% Calciumphos phat und 20 bis 40 Gew.-%, insbesondere 30 bis 40 Gew.-%, Proteine und Nichtproteinstickstoffverbindun gen (berechnet als 6,38×Gew.-% Gesamtsstickstoff) bezogen auf Trockensubstanz und weitere Mineralsalze der Molke enthaltendes Feststoffgemisch Ia von lactosehaltigem Waschwasser abgetrennt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das lactosehaltige Waschwasser gemäß den Verfahrens schritten c) bis f) des Anspruches 1 weiterverarbeitet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Verfahrensschritt c) das Süßmolkenpermeat mit der Aktivkohle bei einer Temperatur von 40-95°C, insbesondere 45 bis 60°C, kontaktiert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in Verfahrensschritt c) nach Abtrennung des Süß molkenpermeates verbleibende Aktivkohle zur Regenerie rung mit wäßriger Alkalimetallhydroxidlösung kontak tiert und anschließend alkalifrei gewaschen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Verfahrensschritt d) das entfärbte Süßmolkenpermeat bei einer Temperatur von 45 bis 95°C eingeengt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1 und 9, dadurch gekennzeich net, daß in Verfahrensschritt d) das eingeengte Süß molkenpermeat zur Auskristallisation der Lactose langsam unter Rühren auf Temperaturen von 5-15°C abgekühlt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in Verfahrensschritt f) erhaltene Feststoffgemisch II 10 bis 20 Gew.-% Calciumphoshat, 8 bis 18 Gew.-% Lactose und 30 bis 40 Gew.-% Proteine und Nichtpro teinstickstoffverbindungen (berechnet als 6,38× Gew.-% Gesamtsstickstoff), bezogen auf Trockensubstanz neben weiteren Mineralsalzen der Molke enthält.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man durch Einengen des in Verfahrensschritt f) erhal tenen Filtrates zur Trockene ein Feststoffgemisch III gewinnt, welches 40 bis 60 Gew.-% Lactose und 1 bis 3 Gew.-% Proteinstoffe (berechnet als 6,38×Gew.-% Gesamtsstickstoff), bezogen auf Trockensubstanz neben Mineralsalzen der Molke enthält.