FI80574C

FI80574C - Elektrolytiskt foerfarande foer avsaltning av vassla eller naogon pao vassla baserad vaerska och foer producering av livsmedelsyra och -bas.

Info

Publication number: FI80574C
Application number: FI874925A
Authority: FI
Inventors: Matti Harju; Matti Heikonen
Original assignee: Valio Meijerien
Priority date: 1987-11-06
Filing date: 1987-11-06
Publication date: 1990-07-10
Also published as: US4855056A; FI80574B; FI874925A0; EP0315135A2; FI874925A; EP0315135A3; US4971701A

Description

1 80574

Elektrolyyttinen menetelmä heran tai jonkin herapohjäisen nesteen sisältämien suolojen poistamiseksi ja elintarvi-kehapon ja -emäksen tuottamiseksi 5 Keksinnön kohteena on menetelmä, jolla elektrolyy sin avulla samanaikaisesti poistetaan ainakin osa heran tai jonkin herapohjaisen nesteen sisältämistä suoloista ja tuotetaan elintarviketeollisuudessa käyttökelpoiset happoseos ja emässeos. Lisäksi keksintö koskee tällä mene-10 telmällä saatavia, elintarviketeollisuudessa käyttökelpoisia happoseosta ja emässeosta.

Juuston ja kaseiinin valmistuksen sivutuotteena syntyvän heran elintarvikekäytön suurimpana esteenä on sen korkea suolapitoisuus. Demineralisoidulle herajauheelle 15 on kuitenkin monia käyttösovellutuksia lastenruoka-, jäätelö- ja leipomoteollisuudessa. Heran suolanpoistoon on jo pitkään käytetty elektrodialyysiä ja ioninvaihtoa. Demi-neralisointitehon ja taloudellisuuden parantamiseksi on myöhemmin kehitetty myös näiden menetelmien yhdistelmiä 20 (ks. esim. GB-patenttijulkaisu 1 583 814). Kaikille edellä mainituille menetelmille on tyypillistä, että heran sisältämät suolat ja jonkin verran heran muuta kuiva-ainetta, t.s. laktoosia ja proteiinia, joutuu jätevesiin. Tämä aiheuttaa suolanpoistoprosessille huomattavan lisäkustannuk-25 sen jätevedenkäsittelystä ja saattaa jopa estää prosessin käyttöönoton. Koska jätevesimääräykset tulevat yhä tiukkenemaan, tähän asiaan on etsitty ratkaisuja ja äskettäin on kehitetty uusi ioninvaihtoon perustuva suolanpoistome-netelmä, jossa osa regenerointikemikaaleista voidaan käyt-30 tää uudelleen (ks. esim. US-patenttijulkaisu 4 159 350). Tästäkin prosessista syntyy kuitenkin huomattavia määriä jätevesiä, joten edelleenkin on tarvetta uusista menetelmistä, joita käyttämällä jätevesien aiheuttamat ongelmat vältetään tai ainakin saadaan vähenemään oleellisesti.

35 Toisaalta on jo pitkään ollut tunnettua, että elek- 2 80574 trolyysikennossa, joka on kationinvaihto- ja anioninvaih-tokalvoilla jaettu neljään osastoon, voidaan suolaliuoksesta valmistaa vastaavaa emästä ja happoa (ks. esi. FR-patenttijulkaisu 1 324 549). Tätä menetelmää on kuitenkin 5 sovellettu vain puhtaiden epäorgaanisten ja orgaanisten suolojen käsittelyyn. Elektrolyysiä sinänsä on kokeiltu myös maidon käsittelyssä (ks. esim. GB-patenttijulkaisu 2 100 289 A), mutta esimerkeissä kuvattu kennorakenne on ollut kaksi- tai kolmeosastoinen eikä tavoitteena ole ol-10 lut suolanpoisto vaan maidon pH:n säätö.

Nyt on yllättäen havaittu, että heran, kuten juus-toheran tai happoheran tai jonkin herapohjäisen nesteen, kuten permeaatin tai laktoosin valmistuksen emäliuoksen, suolanpoistoon liittyvältä, suolaisten jätevesien aiheut-15 tamalta jätevesiongelmalta vältytään, kun suolanpoistoon käytetään neliosaista elektrolyysikennoa. Samalla käsiteltävän heran tai jonkin herapohjaisen nesteen sisältämien suolojen anionit ja kationit saadaan talteen happo- ja emäskiertoliuoksiin, joita puolestaan voidaan käyttää hap-20 poina ja emäksinä esimerkiksi elintarviketeollisuudessa. Täten esimerkiksi herasta voidaan valmistaa happoa ja emästä samalla kun hera demineralisoituu.

Hera on monessa suhteessa hankalampi liuos elektrolyysin kannalta kuin puhdas suolaliuos. Hera sisältää 25 proteiineja, jotka helposti saostuvat varsinkin lähellä isoelektristä pistettään (pH 4 - 5). Lisäksi juustohera sisältää aina ns. "juustopölyä" eli hienojakoista kaseii-nisakkaa. Hera sisältää myös jäännösrasvaa ja suhteellisen paljon kalsiumia, joka herkästi saostuu varsinkin korkeas-30 sa pH:ssa. Esimerkiksi elektrodialyysilaitteistoissa joudutaan heraa demineralisoitaessa lisäämään suolaliuospuo-lelle jatkuvasti suolahappoa kalsiumsaostumien estämiseksi. Tämän takia oli hyvin yllättävää, että heran elektrolyysikokeissa ei voitu havaita saostusmisongelmia eikä 35 suolanpoistoteho oleellisesti riippunut heran pH:sta, kuli 3 80574 ten jäljempänä esitetyistä esimerkeistä nähdään.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle, jolla elektrolyysin avulla samanaikaisesti poistetaan ainakin osa heran tai jonkin herapohjäisen nesteen sisältämistä suoloista 5 ja tuotetaan elintarviketeollisuudessa käyttökelpoiset happoseos ja emässeos, on tunnusomaista, että heran tai jonkin herapohjaisen nesteen elektrolysointiin käytetään neliosastoista elektrolyysikennoa, jossa on peräkkäin (1) anodilevyn ja ensimmäisen kationinvaihtokalvon rajaama 10 anolyyttiosasto, (2) ensimmäisen kationinvaihtokalvon ja anioninvaihtokalvon rajaama happo-osasto, (3) anioninvaih-tokalvon ja toisen kationinvaihtokalvon rajaama heraosasto käsiteltävälle heralle tai muulle herapohjaiselle nesteelle sekä (4) toisen kationinvaihtokalvon ja katodilevyn 15 rajaama emäsosasto ja johon elektrolyysikennoon on liitetty itsenäiset nestekierrot kaikkiin neljään osastoon, jolloin heraosastoon liitetyssä nestekierrossa käytetään läh-töliuoksena juustoheraa, happoheraa, permeaattia tai laktoosin valmistuksen emäliuosta sellaisenaan tai konsen-20 troituna korkeintaan 40 paino-%:n kuiva-ainepitoisuuteen, happo-osastoon liitetyssä happokierrossa käytetään lähtö-liuoksena happoliuosta, joka anionikoostunnukseltaan vastaa käsiteltävää heraa tai muuta herapohjaista nestettä, tai maitohappoa, emäsosastoon liitetyssä emäskierrossa käyte-25 tään lähtöliuoksena emäsliuosta, joka kationikoostumuksel-taan vastaa käsiteltävää heraa tai muuta herapohjaista nestettä, tai natriumhydroksidia, ja anolyyttiosastoon liitetyssä anolyyttikierrossa käytetään lähtöliuoksena hapon vesiliuosta, joka edullisesti on 0,5 - 3 paino-% 30 happoa sisältävä vesiliuos.

Kuvassa 1 on esitetty kaaviokuvana keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettävän neliosastoisen elektrolyysi kennon käyttö heran suolanpoistossa ja samanaikaisessa happoseoksen ja emässeoksen tuottamisessa.

35 Anodina voidaan käyttää tavanomaisia, elektrolyysi- 4 80574 kennoissa käytettäviä levyelektrodeja, kuten platinoitua titaanielektrodia ja katodina voidaan käyttää vastaavasti tavanomaisia elektrolyysikennoissa käytettäviä levyelektrodeja, kuten ruostumatonta terästä.

5 Anodilla ja katodilla tapahtuvat seuraavat netto- reaktiot: 2H2 O---> 02 + 4H+ + 4e- 4H20 + 4e'---> 2H2 + 40H- 10 Ioninvaihtokalvoina voidaan käyttää tavanomaisia, elektrodialyysissä käytettäviä ioniselektiivisiä puoliläpäiseviä kationinvaihtokalvoja ja anioninvaihtokalvoja. Kennossa ioninvaihtokalvot ja elektrodilevyt on koottu pakaksi, jossa ioninvaihtokalvot on erotettu toisistaan 15 ja/tai elektrodilevyistä tavanomaisilla välikkeillä. Yk sittäisiä kennoja voidaan kytkeä sarjaan ja/tai rinnan.

Kennon eri osastoihin liitetyissä itsenäisissä nes-tekierroissa on omat pumput, säiliöt ja ulosotot. Kierrot, erityisesti happo-, emäs- ja anolyyttikierrot voidaan 20 liittää toisten kennojen vastaaviin kiertoihin.

Keksinnön mukainen menetelmä voidaan toteuttaa pa-nosprosessina, jolloin demineralisoitunut neste ja syntyneet happoseos- ja emässeosliuokset otetaan talteen. Menetelmä voidaan toteuttaa myös jatkuvana prosessina, jolloin 25 demineralisoitavan nesteen kiertoon voidaan jatkuvasti syöttää uutta nestettä samalla kun demineralisoitua nestettä poistetaan kierrosta. Happo- ja emäskierrot voidaan tehdä vastaavalla tavalla jatkuviksi.

Käytettäessä useita kennoja mainitut kierrot voi-30 daan kytkeä toisen tai toisten kennojen vastaaviin kiertoihin.

Anolyyttiosastoon liitetyssä anolyyttikierrossa käytetään lähtöliuoksena hapon vesiliuosta, joka edullisesti on 0,5 - 3 paino-% happoa sisältävä vesiliuos. Sopi-35 vin anolyyttiliuos on 1 paino-%:inen rikkihapon vesiliuos.

11 5 80574

Happo-osastoon liitetyssä happokierrossa käytetään lähtöliuoksena happoliuosta, joka anionikoostumukseltaan vastaa käsiteltävää heraa tai muuta herapohjäistä nestettä tai maitohappoa. Sopivin happokierron lähtöliuos on mai-5 nittu happoliuos 1 paino-%:isena.

Emäsosastoon liitetyssä emäskierrossa käytetään lähtöliuoksena emäsliuosta, joka kationikoostumukseltaan vastaa käsiteltävää heraa tai muuta herapohjaista nestettä, tai natriumhydroksidia. Sopivin emäskierron lähtöliuos 10 on mainittu emäsliuos 1 paino-%:isena.

Heraosastoon liitetyssä nestekierrossa käytetään lähtöliuoksena juustoheraa, happoheraa, permeaattia tai laktoosin valmistuksen emäliuosta sellaisenaan tai konsentroituna korkeintaan 40 paino-%:n kuiva-ainepitoisuu-15 teen. Sopivimpia lähtöliuoksia ovat juustohera ja happo-hera.

Sopiva prosessilämpötila on 0 - 60 °C, edullisesti 20-50 °C.

Keksinnön mukainen menetelmä soveltuu erityisesti 20 heran suolanpoistoon. Tyypillisen juustoheran koostumus on esitetty taulukossa 1; happoheran koostumus on pääosin juustoheran koostumuksen kaltainen.

r~ _____ e 30574

Taulukko 1

Tyyopillisen juustoheran koostumus

Kuiva-aine 6,0 % 5 Laktoosi 4,5 %

Proteiini 0,7 %

Rasva 0,1%

Tuhka 0,5 % 10 Kalsium 350 mg/1

Magnesium 90 "

Natrium 450 "

Kalium 1400 "

Fosfori 450 " 15 Kloridi 1000 "

Maitohappo 900 "

Sitruunahappo 1400 "

Taulukosta 1 nähdään heran kationi- ja anionikoos-20 tumus. Kuvan 1 kuvaamassa elektrolyysikennossa herakierron sisältämät kationit, kuten K+- ja Na*-ionit kulkeutuvat kationinvaihtokalvon läpi emäskiertoon, missä ne muodostavat katodilla syntyvien OH*-ionien kanssa hydroksideja, jolloin emäskierto väkevöityy ja ko. ioneja vastaavien 25 hydroksidien määrä emäskierrossa kasvaa. Jos emäskierron lähtöliuoksena käytetään natriumhydroksidin vesiliuosta, se muuttuu prosessin kuluessa kalium-, natrium-, kalsium-ja magnesiumhydroksidien vesiliuosten seokseksi. Samalla herakierron sisältämät anionit, kuten Cl' ja PO3*4-ionit 30 kulkeutuvat anioninvaihtokalvon läpi happokiertoon, missä ne muodostavat anolyyttikierrosta kationinvaihtokalvon läpi happokiertoon kulkeutuneiden H*-ionien kanssa vastaavia happoja, jolloin happokierto väkevöityy. Jos happo-kierron lähtöliuoksena käytetään maitohapon vesiliuosta, 35 se muuttuu prosessin kuluessa sitruuna-, maito-, suola- 7 80574 ja fosforihappojen vesiliuosten seokseksi.

Kun kyseiset emäs- ja happoseokset on eristetty elintarvikkeesta, niitä voitaneen pitää sellaisenaan elin-tarvikekelpoisina. Liuoksia voitaisiin näin käyttää esi-5 merkiksi pesuissa ja pH:n säädöissä omalla tehtaalla tai tarvittaessa konsentroinnin jälkeen myydä elintarviketeollisuudelle.

Demineralisoitu neste, kuten hera otetaan talteen sellaisenaan tai konsentroidaan ja kuivataan jauheeksi 10 jatkokäyttöä varten.

Hera on edullista konsentroida ennen elektrolyysiä johtokyvyn ja siitä riippuvaisen suolanpoistotehon parantamiseksi. Menetelmää voidaan käyttää myös muiden maitoja herapohjaisten nesteiden, kuten ultrasuodatuspermeaa-15 tin, laktoosin valmistuksessa syntyvän emäliuoksen ja rasvattoman maidon käsittelyssä. Näitä mahdollisuuksia on myös esitelty esimerkeissä, joissa prosentit tarkoittavat painoprosenttej a.

Esimerkki 1 20 Kokeet tehtiin Ionics Inc.:n Stackpack-elektrolyy- silaitteistolla, jossa oli 18 neliosastoista elektrolyysi-kennoa. Kunkin kennon tehokas kalvopinta-ala oli 232 cm2, joten koko pakan tehokas kalvopinta-ala oli 0,42 m2. Kokeet tehtiin panoksina siten, että hera-, happo- ja emäs-25 osastot olivat omina kiertoinaan pumppuineen ja säiliöineen ja lisäksi anolyyttiosastossa oli oma kierto, jossa käytettiin 1 %:ista rikkihappoa. Happokiertoon laitettiin perusliuokseksi 3 %:ista maitohappoa ja emäskiertoon 3 %:ista natriumhydroksidia. Raaka-aineena käytettiin 20 30 %:ista juustoheratiivistettä, jonka pH oli 5,3. Taulukossa 2 on esitetty kokeen ajoarvot ja taulukossa 3 kokeen tulokset.

Λ λ * r< * 8 ö U ö / 4

•H

-μ P ro o .h <η cn ro

^ V S «· K

>1 in n m ro ro ro

rH

o d :td (0

H CO

>i. co— ro >h ro ro *r m >i :nJG*· -*··* * H 0 -H in ro ro ro ro ro O co CU e μ 0 \

P cd rH

Ai PO'-' Q) ddinroro^J'·^·'» l—I -H Qj QJ £> cd CN i—I tH f—C t—4 i—(

Xl :<d co co <d vo co oo en o (D d * ·* * ·* - «

:(d QJrHOOOOrH

P XI

P CU

P CO

>1 >1

:rd CU

Ai χί — •hcn o o o o o o P P e 00 VO in ro rH 00

O CÖ *- —I f—1 T—I r—I rH

> p < M d —

fO -H

O > ro cd rv) o

d C

oo d

Ai P CU

Ai to Ai 0 -H \ — n- co o <N ro m i—tO 0) > *»·>**» 0 0, p — m in vo vo vo vo

rt d -H

B (0 d Ή d O :td 0 ^

CO

— O

ro C

* d in CU <n t~~ rr o in oo

Ai— *

ffi *^<C ro ro ro (N rH

d Π3 *- — P d d -h Q) >

CU

P

CO CO

•H rH

> -H —

d P U

H :0 0 'tooiH^rvooo P di*- cn cn ro ro ro ro to e M :td CU dl x: o p — tn m d d Ai-H oooooo 0 -H E rH cn ro in 1-3 <i *-

II

Taulukko 3

Juustoheratiivisteen (pH 5,3) suolanpoiston tulokset käytettäessä elektrolyysiä 9 80574

Aika (min) 0 10 20 30 40 50

Herakierto

Kuiva-ainepit. (°Brix) 19,0 18,5 18,2 18,1 17,9 17,6

Johtokyky (mS/cm) 9,5 4,3 3,0 2,0 1,2 0,7

Fosfori, liukoinen (mg/kg) 830 550 390 280 200 140

Kloridi (g/kg) 3,7 1,1 0,65 0,35 0,18 0,10 pH 5,3 5,2 5,0 4,8 4,6 4,3

Tuhka (%) 1,5 0,24

Kalsium (mg/kg) 1100 290

Magnesium (mg/kg) 230 74

Natrium (mg/kg) 1600 320

Kalium (mg/kg) 4400 430

Proteiini (%) 2,5 2,6

Laktoosi (%) 13,7 13,8

Liuostilavuus (1) 7,3 6,7

Happokierto Titrattava happamuus (% maitohappoa) 2,2 2,8 3,1 3,3 3,4 3,5

Johtokyky (mS/cm) 3,3 22 28 31 33 34 pH 2,2 1,4 1,3 1,2 1,2 1,2

Fosfori, liukoinen (mg/kg) 10 150 260 380 470 540

Kloridi (g/kg) 0,12 2,2 2,9 3,2 3,3 3,3

Liuostilavuus (1) 6,1 8,1

Emäskierto

Titrattava emäksisyys (% natriumhydroksidia) 2,4 2,6 2,7 2,9 3,1 3,2

Johtokyky (mS/cm) 74 78 83 88 90 93

Liuostilavuus (1) 4,6 4,6 ίο 80 574

Virran voimakkuus säädettiin ajon alussa arvoon 4,2 A/kenno, eikä sitä säädetty ajon aikana. Laitteistossa ei ollut lämpötilan säätöä, joten liuokset lämpenivät ajon aikana. Taulukon 3 mukaisesti heran suolat poistuvat kuten 5 perinteisissä suolanpoistomenetelmissä ja samalla syntyy happoa ja emästä. Laktoosia ja proteiinia ei merkittävästi siirry kalvojen läpi.

Esimerkki 2

Esimerkki 1 toistettiin sillä erolla, että hera-10 tiivisteen pH säädettiin ajossa (a) ennen ajoa arvoon 6,3 ja ajossa (b) ennen ajoa arvoon 4,3. Näillä muutoksilla ei ollut mitään oleellista vaikutusta koetuloksiin.

Esimerkki 3

Raaka-aineena käytettiin kaseiinin valmistuksessa 15 syntyvää happoheraa, joka oli konsentroitu tiivisteeksi. Taulukossa 4 on esitetty ajoarvot ja taulukossa 5 analyysitulokset. Raaka-ainetta lukuunottamatta olosuhteet olivat samat kuin esimerkissä 1.

Esimerkki 4 20 Esimerkki 3 toistettiin sillä erolla, että raaka- aineena käytettiin happoheraa, joka oli konsentroitu tiivisteeksi. Tiivisteen pH säädettiin kuitenkin arvoon 6,1 ennen elektrolyysiä. Tällä muutoksella ei ollut mitään oleellista vaikutusta koetuloksiin.

25 Esimerkki 5

Raaka-aineena käytettiin heran ultrasuodatuksessa syntyvää permeaattia, joka oli konsentroitu tiivisteeksi. Taulukossa 6 on esitetty ajoarvot ja taulukossa 7 koetulokset. Muuten olosuhteet olivat samat kuin esimerkissä 30 1.

Esimerkki 6

Suolanpoistokoe tehtiin kuten esimerkissä 1, mutta raaka-aineena käytettiin konsentroimatonta heraa (kuiva-ainepitoisuus 6 %). Taulukossa 8 on esitetty tärkeimmät 35 ajoarvot ja tulokset.

Il n 80574

H

G

>1 TT o O O rH

>1 ‘ ‘ * h ir» ro ro n n

O G td tfd •H

10 CO -—. O O rH O

>1 Λ C ' >· ·· « » >ι ίο 6 -H in ro ro ro ro H 3 0) e O td

M G rH

G MO'-' Λί ·γΗ ft in ro O' o< o' d) Oj ^ *. ^ ^ r—t (d CN Γ*Η rH *—I i—(

(U .G

:id tn td vd ["· oo <n o

tn M

O d) rH o o O t—1 »d Ig

G

d) Ui G >1 >i d) —* :td G)tN o o o O o X -H g oo r' in (N oo

G \ |H rH rH iH

G td <

O G

> M

M -rl G > o •ro

(d O

G

G G

o a> OG X —. roininoro ,14 Ui —. i> «· « * * * 14 -H a) in in in m in

GO G

Ή Oi -H

G G G

G td G

Eh rH :td

Oh)

G

to

O

— G

Ή G

- d) o· M — cn o o· r"- oo \ rtj ^ ^ ^

11 td -- O' o· ro cn rH

CU G

— M

•rl G > d) d) G td

to r-H

H -H -— > G U r~ cn m r- o H :00 <n ro ro ro ro H Oi'—' G g td :td

M G

d)

G

0 ~

01 td G

Oi M -h ooooo td -H g rH m ro rr K < — i2 80574

Taulukko 5

Happoheratiivisteen (pH 4,1) suolanpoiston tulokset käytettäessä elektrolyysiä

Aika (min) 0 10 20 30 40

Herakierto

Kuiva-ainepit. (°Brix) 15,8 14,9 14,6 14,1 13,9

Johtokyky (mS/cm) 12,3 6,7 3,6 1,4 0,5

Fosfori, liukoinen (mg/kg) 1200 1090 870 550 200

Kloridi (g/kg) 9,1 4,1 1,9 0,55 0,12 pH 4,1 4,1 4,0 4,2 4,3

Liuostilavuus (1) 3,2 2,8

Happokierto Titrattava happamuus (% maitohappoa) 2,2 3,0 3,5 3,7 3,9

Johtokyky (mS/cm) 2,2 20 28 34 35 pH 2,3 1,4 1,2 1,1 1,1

Fosfori, liukoinen (mg/kg) 9 43 100 220 390

Kloridi (g/kg) 0,1 3,1 4,5 5,4 5,8

Liuostilavuus (1) 5,5 5,6

Emäskierto

Titrattava emäksisyys (% natriumhydroksidia) 2,5 2,7 2,8 2,9 3,0

Johtokyky (mS/cm) 63 66 68 70 71

Liuostilavuus (1) 4,1 4,0 tl 13 80574

•H

-μ •μ >ι (N o tN η >1 *· «* »· « ιΗ tn m n ro Ο β (0 10 3 rö to .—. in r—I' ro in •P :Λ C - - - > μ g -H in ro ro ro -h a) e > ·ν t—i ad •H Or m ro *=r

tfl Oi -s V

id (N »—I i—I <—I

>1 JZ

i—I

O

μ td oo σ> σ> o -μ μ *.«.«. «.

M O) rH O O rH

0) Ä i—I d) to :rd >i

Ui Q) ^ m xxn d> -μ g o o o o :td -μ ^ oo io rH io μ td c i—i ih i—i μ μ " <u μ μ ·η >1 > :td Λί

O

μ c «3 0 c > Ο) Ο μ Μ —- m r- <ν ιη X ιΰ \ > * * * * ,¾ Ο 0)" in in ιο ιο 3 ·η μ f-H Id Ή 3 β m β β Η Ο :ίΰ μ ^ (0 Ή Ο Ο

Or β β β id Ο) fN ό m m γΗ μ — ' O \ <£ τ* ro cn γη 3 id " tn μ μ β ·Η 0) >

(U

μ

Ui id

•H H

5» ·Η - -H μ u I" iH in ιο H OO cm ro ro ro μ o." μ μι 3 id o — e id β μ x -h o o o o O -H g iH CM ro cu k —

Taulukko 7

Permeaattitiivisteen suolanpoiston tulokset käytet täessä elektrolyysiä 14 80574

Aika (min) 0 10 20 30

Herakierto

Kuiva-ainepit. (°Brix) 17,2 16,5 16,2 16,1

Johtokyky (mS/cm) 9,1 3,0 1,0 0,3

Fosfori, liukoinen (mg/kg) 750 440 180 60

Kloridi (g/kg) 3,5 0,1 pH 5,25,14,33,4

Liuostilavuus (1) 3,8 3,6

Happokierto Titrattava happamuus (% maitohappoa) 2,2 2,8 3,1 3,2

Johtokyky (mS/cm) 3,7 21 24 25 pH 2,11,51,41,3

Liuostilavuus (1) 6,0 6,6

Emäskierto

Titrattava emäksisyys (% natriumhydroksidia) 2,3 2,5 2,6 2,7

Johtokyky (mS/cm) 75 81 84 87

Liuostilavuus (1) 4,8 4,8

II

lt 80574 1 b

Taulukko 8

Konsentroimattoman juustoheran suolanpoiston tärkeimmät ajoarvot ja tulokset

Aika Lämpötila Virta/ Jännite/ Virta- Heran johtokyky (min) (°C) kenno kenno tiheys (mS/cm) (A) (V) (A/m2) 0 21 4,2 6,7 180 3,1 5 24 1,9 7,7 82 1,2 10 26 1,2 8,0 52 0,6

Taulukosta nähdään, että myös konsentroimaton hera demineralisoituu hyvin, mutta virta ja virtatiheys laskevat nopeasti johtokyvyn pienuuden takia. Tästä johtuen on edullisempaa demineralisoida konsentroitua heraa.

Taulukko 9

Laktoosin valmistuksessa syntyvän emäliuoksen suolanpoiston tärkeimmät ajoarvot ja tulokset

Aika Lämpö- Virta- Emäliuoksen Hapon joh- Emäksen joh- (min) tila tiheys johtokyky tokyky tokyky (°C) (A/m2) (mS/cm) (mS/cm) (mS/cm) 0 24 180 17 2,8 79 10 29 180 9,5 25 84 20 32 170 6,7 35. 90 30 35 150 4,3 40 95 40 36 110 2,8 42 98 50 39 86 1,8 43 100 60 41 68 1,2 43 102

Taulukosta nähdään, että menetelmä soveltuu hyvin myös laktoosin valmistuksessa syntyvälle emäliuokselle.

16 80574

Esimerkki 7

Suolanpoistokoe tehtiin kuten esimerkissä 1, mutta raaka-aineena käytettiin laktoosin valmistuksessa syntyvää emäliuosta, jonka kuiva-ainepitoisuus oli noin 20 %. Tau-5 lukossa 9 on esitetty tärkeimmät ajoarvot ja tulokset.

Esimerkki 8

Raaka-aineena käytettiin samaa juustoheratiivistet-tä kuin esimerkissä 1 ja ajo-olosuhteet olivat samat, mutta happokiertoon laitettiin lähtöliuokseksi 3 %risen mai-10 tohapon sijasta 1 %:inen happoliuos, joka anionikoostumuk-seltaan vastasi heraa. Vastaavasti emäskierron perusliuok-seksi laitettiin 3 %risen natriumhydroksidin sijasta 1 %rinen emäsliuos, joka kationikoostumukseltaan vastasi heraa. Näiden liuosten koostumukset on esitetty taulukossa 15 10. Ensimmäisen ajon jälkeistä happo- ja emäskiertoliuosta käytettiin seuraavassa ajossa lähtöliuoksena. Toisen ajon jälkeistä happo- ja emäskiertoliuosta käytettiin kolmannessa ajossa taas lähtöliuoksena. Kolmannen ajon jälkeen liuosten koostumukset analysoitiin ja ne on esitetty tau-20 lukossa 10 ja 11.

Esimerkki 9

Esimerkissä 8 valmistettua happoa konsentroitiin haihduttamalla 30-prosenttiseksi. Liuos oli täysin kirkas ja väriltään hieman kellertävä. Hapolla säädettiin hera-25 juoman pH 4,5:stä 3,8ran. Normaalisti pHrn säätö tehdään sitruunahapolla. Aistinvaraisessa arvostelussa ei havaittu minkäänlaista eroa verrattaessa happoliuoksella säädettyä juomaa normaalituotteeseen.

Esimerkki 10 30 Esimerkissä 8 valmistettua emästä käytettiin rah- kaheran pH r n säätöön 4,5 r stä 6,0:an ennen kuivausta. Normaalisti pHrn säätöön käytetään natriumhydroksidia. Emäs-liuoksella neutraloidun rahkaheran kuivaus onnistui yhtä hyvin kuin normaalituotteen ja maultaan jauheet olivat 35 yhtä hyviä.

li 17 80574

Taulukko 10

Happoliuoksen koostumus ennen ensimmäistä ajoa ja kolmannen ajon jälkeen

Suola- Fosfori- Maito- Sitruuna-happo happo happo happo

Happo ennen I ajoa 0,25 % 0,25 % 0,25 % 0,25 %

Happo III ajon jälkeen 0,83 % 0,60 % 0,78 % 0,67 %

Taulukko 11

Emäsliuoksen koostumus ennen ensimmäistä ajoa ja kolmannen ajon jälkeen KOH NaOH Ca(OH)2 Mg(OH)2

Emäs ennen I ajoa 0,65 % 0,22 % . 0,11 % 0,02 %

Emäs III ajon jälkeen 2,1 % 0,68 % 0,25 % 0,04 %

Claims

1. Menetelmä, jolla elektrolyysin avulla samanaikaisesti poistetaan ainakin osa heran tai jonkin herapoh- 5 jäisen nesteen sisältämistä suoloista ja tuotetaan elintarviketeollisuudessa käyttökelpoiset happoseos ja emäs-seos, tunnettu siitä, että heran tai jonkin he-rapohjäisen nesteen elektrolysointiin käytetään neliosas-toista elektrolyysikennoa, jossa on peräkkäin (1) anodi-10 levyn ja ensimmäisen kationinvaihtokalvon rajaama anolyyt-tiosasto, (2) ensimmäisen kationinvaihtokalvon ja anionin-vaihtokalvon rajaama happo-osasto, (3) anioninvaihtokalvon ja toisen kationinvaihtokalvon rajaama heraosasto käsiteltävälle heralle tai muulle herapohjaiselle nesteelle sekä 15 (4) toisen kationinvaihtokalvon ja katodilevyn rajaama emäsosasto ja johon elektrolyysikennoon on liitetty itsenäiset nestekierrot kaikkiin neljään osastoon, jolloin heraosastoon liitetyssä nestekierrossa käytetään lähtö-liuoksena juustoheraa, happoheraa, permeaattia tai laktoo-20 sin valmistuksen emäliuosta sellaisenaan tai konsentroituna korkeintaan 40 paino-%:n kuiva-ainepitoisuuteen, happo-osastoon liitetyssä happokierrossa käytetään lähtö-liuoksena happoliuosta, joka anionikoostumukseltaan vastaa käsiteltävää heraa tai muuta herapohjaista nestettä, tai 25 maitohappoa, emäsosastoon liitetyssä emäskierrossa käytetään lähtöliuoksena emäsliuosta, joka kationikoostumuksel-taan vastaa käsiteltävää heraa tai muuta herapohjaista nestettä, tai natriumhydroksidia, ja anolyyttiosastoon liitetyssä anolyyttikierrossa käytetään lähtöliuoksena 30 hapon vesiliuosta, joka edullisesti on 0,5 - 3 paino-% happoa sisältävä vesiliuos.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että heraosastoon liitetyssä nestekierrossa käytetään lähtöliuoksena juusto- tai happohe- II 19 80574 raa sellaisenaan tai konsentroituna korkeintaan 40 paino-%:n kuiva-ainepitoisuuteen, happo-osastoon liitetyssä hap-pokierrossa käytetään lähtöliuoksena 1 paino-%:ista hap-poliuosta, joka anionikoostumukseltaan vastaa käsiteltävää 5 heraa, emäsosastoon liitetyssä emäskierrossa käytetään lähtöliuoksena 1 paino-%ista emäsliuosta, joka kationi-koostumukseltaan vastaa käsiteltävää heraa, ja anolyytti-osastoon liitetyssä anolyyttikierrossa käytetään lähtö-liuoksena rikkihapon 1 paino-%:ista vesiliuosta.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että prosessilämpötila on 0 -60 °C, edullisesti 20 - 50 eC.

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että happokierto ote- 15 taan talteen sellaisenaan; happokierto johdetaan toisen elektrolyysikennon happokiertoon tai toisten elektrolyysi-kennojen happokiertoihin; tai happokierto käytetään elin-tarvikehappona, esimerkiksi pH:n säätöön tai pesuliuokse-na, sellaisenaan tai konsentroituna.

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen me netelmä, tunnettu siitä, että emäskierto otetaan talteen sellaisenaan; emäskierto johdetaan toisen elektrolyysikennon emäskiertoon tai toisten elektrolyysikennojen emäskiertöihin; tai emäskierto käytetään elintarvike-emäk- 25 senä, esimerkiksi pH:n säätöön tai pesuliuoksena, sellaisenaan tai konsentroituna.

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että heran tai muun herapohjäisen nesteen muodostama herakierto otetaan tal- 30 teen sellaisenaan tai konsentroidaan ja kuivataan jauheeksi.

7. Elintarviketeollisuudessa käyttökelpoinen happo-seos, tunnettu siitä, että se on valmistettu jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukaisella menetelmällä 35 ja että happokierrosta talteenotetun happoseoksen anioni- 20 80574 koostumus vastaa heran anionikoostumusta.

8. Elintarviketeollisuudessa käyttökelpoinen emäs-seos, tunnettu siitä, että se on valmistettu jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukaisella menetelmällä 5 ja että emäskierrosta talteenotetun emässeoksen kationi-koostumus vastaa heran kationikoostumusta. Il 2i 80574