RU2805850C1 - Method for cryoconcentrating butter milk - Google Patents

Abstract

FIELD: food industry.

SUBSTANCE: Cryoconcentration of butter milk is carried out in a capacitive cryoconcentrator in two stages: at the first stage, the temperature of the heat exchange surface is minus 2°C, freezing is carried out until the amount of ice formed reaches 2% of the mass of the original solution, then the concentrate is sent to the second stage, where freezing is carried out at a heat exchange surface temperature of minus 4°C until the amount of ice formed reaches 75% of the mass of the original solution, and the ice formed at both stages after melting is mixed and sent to a parallel freezing stage at a heat exchange surface temperature of minus 2°C until the amount of ice formed reaches 50% of the mass of the original solution. After this, the concentrate obtained in the parallel stage is sent back to the first freezing stage.

EFFECT: increasing the concentration of dry substances by 2.6 times, and the use of a parallel stage makes it possible to reduce the loss of dry substances in the resulting ice to 2.3%.

1 cl, 1 dwg, 4 ex

Description

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к производству концентрированной пахты.The invention relates to the food industry, namely to the production of concentrated buttermilk.

Известен способ вакуумного концентрирования соков прямого отжима (патент RU 2677982, опубл. 22.01.2019), который заключается в том, что сок подвергается вакуумной сушке при остаточном давлении 4-5 кПа и толщине слоя 20 мм. Для подвода теплоты при этом используется импульсный способ, а интенсивность нагрева контролируется по температуре продукта, которая на протяжении всего процесса не превышает 35°С.There is a known method for vacuum concentration of directly pressed juices (patent RU 2677982, published on January 22, 2019), which consists in the fact that the juice is subjected to vacuum drying at a residual pressure of 4-5 kPa and a layer thickness of 20 mm. A pulsed method is used to supply heat, and the heating intensity is controlled by the temperature of the product, which does not exceed 35°C throughout the entire process.

Недостатком указанного способа является высокая металлоемкость применяемой установки так как требуется обеспечить большую площадь испарения при небольшой толщине слоя продукта.The disadvantage of this method is the high metal consumption of the installation used, since it is necessary to provide a large evaporation area with a small thickness of the product layer.

Известен способ концентрирования водных растворов (патент RU 94036655, опубл. 27.07.1996), который состоит в том, что в концентрируемый раствор вводят жидкость с температурой кипения ниже 0°С (например, жидкий азот) с последующим отделением кристаллов льда. При этом раствору создают пленочный режим течения в поле центробежных сил, а жидкость вводят в раствор в направлении к оси вращения поля центробежных сил в виде сверхзвукового закрученного потока.There is a known method for concentrating aqueous solutions (patent RU 94036655, published on July 27, 1996), which consists of introducing a liquid with a boiling point below 0°C (for example, liquid nitrogen) into the concentrated solution, followed by the separation of ice crystals. In this case, the solution is created in a film flow mode in the field of centrifugal forces, and the liquid is introduced into the solution in the direction to the axis of rotation of the field of centrifugal forces in the form of a supersonic swirling flow.

Недостатком указанного способа являются относительно высокие потери сухих веществ в образующемся льду из-за большой скорости вымораживания.The disadvantage of this method is the relatively high loss of dry matter in the resulting ice due to the high freezing rate.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому изобретению является способ концентрирования органических примесей в водных растворах и устройство для его осуществления (патент SU 701651, опубл. 05.12.1979). Данный способ заключается в том, что вымораживание осуществляют в цилиндрическом контейнере, теплоту от стенок которого отводят с помощью хладагента, а в центральную часть емкости вводят подают теплоноситель с одновременным перемешиванием раствора в этой зоне. Перепад температуры между центральной зоной и периферией равен 10-35 °С.The closest technical solution to the proposed invention is a method for concentrating organic impurities in aqueous solutions and a device for its implementation (patent SU 701651, published 12/05/1979). This method consists in the fact that freezing is carried out in a cylindrical container, heat is removed from the walls of which using a refrigerant, and a coolant is introduced into the central part of the container with simultaneous mixing of the solution in this zone. The temperature difference between the central zone and the periphery is 10-35 °C.

Недостатком указанного способа являются повышенные энергозатраты так как теплота от теплоносителя в конечном счете передается хладагенту, что обуславливает повышенные энергозатраты на производство искусственного холода и нагрева теплоносителя для обеспечения требуемого перепада температуры между центральной зоной и периферией.The disadvantage of this method is increased energy consumption since the heat from the coolant is ultimately transferred to the refrigerant, which causes increased energy consumption for the production of artificial cold and heating of the coolant to ensure the required temperature difference between the central zone and the periphery.

Техническим результатом настоящего изобретения является снижение потерь сухих веществ в образующемся льду при высокой степени концентрирования пахты.The technical result of the present invention is to reduce the loss of dry substances in the resulting ice at a high degree of buttermilk concentration.

Технический результат достигается тем, что криоконцентрирование пахты производится в емкостном криоконцентраторе в 2 ступени: на первой ступени температура теплообменной поверхности составляет минус 2°С, вымораживание ведут до достижения количества образовавшегося льда 75% от массы исходного раствора, далее концентрат направляют на вторую ступень, где вымораживание производят при температуре теплообменной поверхности минус 4°С до достижения количества образовавшегося льда 50% от массы исходного раствора, а лед, образующийся на обеих ступенях после плавления смешивается и направляется на параллельную ступень вымораживания при температуре теплообменной поверхности минус 2°С до достижения количества образовавшегося льда 26% от массы исходного раствора. После этого концентрат, полученный на параллельной ступени, направляется обратно на первую ступень вымораживания. The technical result is achieved by the fact that cryoconcentration of buttermilk is carried out in a capacitive cryoconcentrator in 2 stages: at the first stage, the temperature of the heat exchange surface is minus 2°C, freezing is carried out until the amount of ice formed reaches 75% of the mass of the original solution, then the concentrate is sent to the second stage, where freezing is carried out at a heat exchange surface temperature of minus 4°C until the amount of ice formed reaches 50% of the mass of the original solution, and the ice formed at both stages after melting is mixed and sent to a parallel freezing stage at a heat exchange surface temperature of minus 2°C until the amount of ice formed reaches ice 26% by weight of the original solution. After this, the concentrate obtained in the parallel stage is sent back to the first freezing stage.

Технологическая схема данного способа приведена на фиг. 1.The technological diagram of this method is shown in Fig. 1.

За счет использования двухступенчатой технологии вымораживания удается повысить концентрацию сухих веществ в 2,6 раза, а использование параллельной ступени позволяет сократить потери сухих веществ в образующемся льду до 2,3%.Through the use of two-stage freezing technology, it is possible to increase the concentration of dry substances by 2.6 times, and the use of a parallel stage allows reducing the loss of dry substances in the resulting ice to 2.3%.

Пример 1. Пример одноступенчатого криоконцентрирования.Example 1. Example of one-stage cryoconcentration.

Исходную пахту с содержанием сухих веществ 8,5% подвергают вымораживанию при температуре теплообменной поверхности минус 4°С до достижения степени вымораживания 75%. Лед плавят и удаляют из системы, полученный концентрат характеризуется содержанием сухих веществ 11,4%. Содержание сухих веществ в удаляемом льду при этом составляет 7,4%. The original buttermilk with a solids content of 8.5% is subjected to freezing at a heat exchange surface temperature of minus 4°C until a freezing degree of 75% is achieved. The ice is melted and removed from the system, the resulting concentrate is characterized by a dry matter content of 11.4%. The dry matter content in the removed ice is 7.4%.

Таким образом, степень концентрирования составляет 1,3, а потери сухих веществ составляют 66%, что является крайней низким показателем эффективности.Thus, the degree of concentration is 1.3, and the loss of solids is 66%, which is an extremely low efficiency indicator.

Пример 2. Пример одноступенчатого криоконцентрирования.Example 2. Example of one-stage cryoconcentration.

Исходную пахту с содержанием сухих веществ 8,5% подвергают вымораживанию при температуре теплообменной поверхности минус 2°С до достижения степени вымораживания 75%. Лед плавят и удаляют из системы, полученный концентрат характеризуется содержанием сухих веществ 14,8%. Содержание сухих веществ в удаляемом льду при этом составляет 6,4%. The original buttermilk with a solids content of 8.5% is subjected to freezing at a heat exchange surface temperature of minus 2°C until a freezing degree of 75% is achieved. The ice is melted and removed from the system, the resulting concentrate is characterized by a dry matter content of 14.8%. The dry matter content in the removed ice is 6.4%.

Таким образом, степень концентрирования составляет 1,7, а потери сухих веществ составляют 56%, что является низким показателем эффективности.Thus, the degree of concentration is 1.7, and the loss of solids is 56%, which is a low efficiency indicator.

Пример 3. Пример двухступенчатого криоконцентрирования без параллельной ступени.Example 3. Example of two-stage cryoconcentration without a parallel stage.

Исходную пахту с содержанием сухих веществ 8,5% подвергают вымораживанию при температуре теплообменной поверхности минус 2°С до достижения степени вымораживания 75%. Лед плавят и удаляют из системы, полученный концентрат характеризуется содержанием сухих веществ 14,8%. Содержание сухих веществ в удаляемом льду при этом составляет 6,4%. The original buttermilk with a solids content of 8.5% is subjected to freezing at a heat exchange surface temperature of minus 2°C until a freezing degree of 75% is achieved. The ice is melted and removed from the system, the resulting concentrate is characterized by a dry matter content of 14.8%. The dry matter content in the removed ice is 6.4%.

Далее концентрат направляется на вторую ступень вымораживания при температуре теплообменной поверхности минус 4°С до достижения количества образовавшегося льда 50% от массы исходного раствора. Концентрат, получаемый на второй ступени, характеризуется содержанием сухих веществ 22,3%. Содержание сухих веществ в удаляемом льду при этом составляет 7,3%.Next, the concentrate is sent to the second stage of freezing at a heat exchange surface temperature of minus 4°C until the amount of ice formed reaches 50% of the mass of the original solution. The concentrate obtained at the second stage is characterized by a dry matter content of 22.3%. The dry matter content in the removed ice is 7.3%.

Лед на обеих ступенях плавится и удаляется из системы. Таким образом, степень концентрирования составляет 2,6, а потери сухих веществ составляют 67%, что является низким показателем эффективности.The ice in both stages is melted and removed from the system. Thus, the degree of concentration is 2.6, and the loss of solids is 67%, which is a low efficiency indicator.

Пример 4. Пример двухступенчатого криоконцентрирования с параллельной ступенью.Example 4. Example of two-stage cryoconcentration with a parallel stage.

Исходную пахту с содержанием сухих веществ 8,5% подвергают вымораживанию при температуре теплообменной поверхности минус 2°С до достижения степени вымораживания 75%. Лед плавят и удаляют из системы, полученный концентрат характеризуется содержанием сухих веществ 14,8%. Содержание сухих веществ в удаляемом льду при этом составляет 6,4%. The original buttermilk with a solids content of 8.5% is subjected to freezing at a heat exchange surface temperature of minus 2°C until a freezing degree of 75% is achieved. The ice is melted and removed from the system, the resulting concentrate is characterized by a dry matter content of 14.8%. The dry matter content in the removed ice is 6.4%.

Далее концентрат направляется на вторую ступень вымораживания при температуре теплообменной поверхности минус 4°С до достижения количества образовавшегося льда 50% от массы исходного раствора. Концентрат, получаемый на второй ступени, характеризуется содержанием сухих веществ 22,3%. Содержание сухих веществ в удаляемом льду при этом составляет 7,3%.Next, the concentrate is sent to the second stage of freezing at a heat exchange surface temperature of minus 4°C until the amount of ice formed reaches 50% of the mass of the original solution. The concentrate obtained at the second stage is characterized by a dry matter content of 22.3%. The dry matter content in the removed ice is 7.3%.

Лед на обеих ступенях плавится, смешивается и направляется на параллельную ступень вымораживания при температуре теплообменной поверхности минус 2°С до достижения количества образовавшегося льда 26% от массы исходного раствора. После этого концентрат, полученный на параллельной ступени с содержанием сухих веществ 9,8%, направляется обратно на первую ступень вымораживания. Лед, образуемый на параллельной ступени вымораживания, характеризуется содержанием сухих веществ 0,88%.The ice at both stages melts, mixes and is sent to a parallel freezing stage at a heat exchange surface temperature of minus 2°C until the amount of ice formed reaches 26% of the mass of the original solution. After this, the concentrate obtained in the parallel stage with a dry matter content of 9.8% is sent back to the first freezing stage. The ice formed at the parallel freezing stage is characterized by a dry matter content of 0.88%.

Степень повышения концентрации сухих веществ по данной технологии составляет 2,6, а потери сухих веществ 2,3%, что является высоким показателем эффективности криоконцентрирования.The degree of increase in the concentration of dry substances using this technology is 2.6, and the loss of dry substances is 2.3%, which is a high indicator of the efficiency of cryoconcentration.

Таким образом, предлагаемая двухступенчатая технология криоконцентрирования обеспечивает увеличение степени повышения сухих веществ пахты, а параллельная ступень вымораживания позволяет заметно снизить потери сухих веществ по сравнению с обычной технологией одноступенчатого криоконцентрирования.Thus, the proposed two-stage cryoconcentration technology provides an increase in the degree of increase in buttermilk dry matter, and a parallel freezing step can significantly reduce the loss of dry matter compared to the conventional single-stage cryoconcentration technology.

Claims (1)

Способ криоконцентрирования пахты, при котором вымораживание осуществляется в криоконцентраторе емкостного типа, отличающийся тем, что криоконцентрирование производится в 2 ступени: на первой ступени исходную пахту с содержанием сухих веществ 8,5% подвергают вымораживанию при температуре теплообменной поверхности минус 2°С, вымораживание ведут до достижения вымораживания 75% от массы исходного раствора, лед плавят и удаляют из криоконцентратора, полученный концентрат с содержанием сухих веществ 14,8% направляют на вторую ступень, где вымораживание производят при температуре теплообменной поверхности минус 4°С до достижения вымораживания 50% от массы исходного раствора, лед плавят и удаляют из криоконцентратора, полученный концентрат с содержанием сухих веществ 22,3%, при этом лед, образующийся на обеих ступенях после плавления, смешивают и направляют на параллельную ступень вымораживания при температуре теплообменной поверхности минус 2°С до достижения вымораживания 26% от массы исходного раствора, полученный концентрат с содержанием сухих веществ 9,8% направляют обратно на первую ступень вымораживания.A method for cryoconcentrating buttermilk, in which freezing is carried out in a capacitive-type cryoconcentrator, characterized in that cryoconcentration is carried out in 2 stages: in the first stage, the original buttermilk with a solids content of 8.5% is subjected to freezing at a heat exchange surface temperature of minus 2°C, freezing is carried out to Freezing reaches 75% of the initial solution mass, the ice is melted and removed from the cryoconcentrator, the resulting concentrate with a dry matter content of 14.8% is sent to the second stage, where freezing is carried out at a heat exchange surface temperature of minus 4°C until freezing reaches 50% of the initial mass solution, the ice is melted and removed from the cryoconcentrator, the resulting concentrate with a dry matter content of 22.3%, while the ice formed at both stages after melting is mixed and sent to a parallel freezing stage at a heat exchange surface temperature of minus 2°C until freezing is achieved 26 % by weight of the original solution, the resulting concentrate with a dry matter content of 9.8% is sent back to the first freezing stage.