способ очистки и концентрирования кукурузного экстракта

Формула изобретения

Способ очистки и концентрирования кукурузного экстракта, предусматривающий стадии тонкой очистки и стерилизации, предварительного концентрирования и доконцентрирования, причем очистку экстракта проводят на микрофильтрационных мембранах с диаметром пор 0,2 и 0,45 мкм или крупнопористых ультрафильтрационных мембранах с рейтингом по молекулярной массе 150-170 кДа, а глубокое концентрирование до концентрации 25-30% СВ осуществляют на высокоселективных обратноосмотических мембранах с селективностью 99,5-99,8% при давлении до 100 МПа, а окончательное концентрирование до содержания 55-65% СВ осуществляют на вакуум-выпарной установке.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к кукурузокрахмальному производству, а именно к способам переработки кукурузного экстракта, образующегося при переработке кукурузы на крахмал на стадии ее замачивания, являющегося побочным продуктом крахмалопаточного производства.

Общее суммарное содержание растворенных и взвешенных сухих веществ (СВ) в исходном экстракте в зависимости от метода замачивания (стационарного или диффузионного), качества кукурузы и экстрагента составляет 5-12%.

Наиболее ценными веществами экстракта являются находящиеся в растворенном состоянии углеводы, белки, полипептиды, аминокислоты, витамины, стимуляторы роста, микроэлементы и другие биологически активные вещества. Экстракт используется в составе питательных сред при производстве антибиотиков, незаменимых аминокислот, витаминов, ферментов, органических кислот, дрожжей и др. продуктов микробиосинтеза; при производстве пищевых добавок и медицинских препаратов, кормов, органических удобрений и других продуктов.

В связи с низкой хранимоспособностью нативного экстракта и большим объемом его концентрируют различными способами.

Известен метод выделения и концентрирования белковой массы из экстракта химической коагуляцией в две ступени. Патент РФ № 2422039. На первом этапе pH экстракта с 4,2-4,4 доводят щелочным реагентом (смесью гидроксида кальция и гидроксида натрия) до pH 6 и выделяют скоагулированную белковую массу декантацией, на втором значение pH доводят до 8 и также выделяют скоагулированную белковую массу с помощью декантации.

Недостатком этого способа является относительно небольшая степень концентрирования экстракта по объему (всего в 3,125 раза), которая при рекомендуемых параметрах коагуляции составляет всего 31,8% по массе. Кроме того, белок за счет химической коагуляции является денатурированным и, следовательно, обладает пониженной усвояемостью.

Известен способ сгущения экстракта с помощью выпаривания (Романенко В.Н., Филиппова Н.И. Комплексное использование сырья в крахмалопаточном производстве. - М.: Агропромиздат, 1985, 138-139 с.) до максимальной концентрации 45-48%.

В настоящее время для этих целей используют процесс вакуум-выпаривания, который имеет ряд существенных недостатков: накипе- и нагарообразование, загорание поверхностей нагрева, интенсивное пенообразование, коррозионный износ и высокие энергозатраты (порядка 500 МДж/м³).

Кроме того, выпарка не обеспечивает химической и микробиологической чистоты экстракта, необходимой для производства пищевых добавок и медицинских препаратов, а также для использования при микробиосинтезе.

Технический результат заключается в концентрировании кукурузного экстракта, сокращении его объема, поступающего на выпаривание, и соответственно снижении энергозатрат.

Технический результат достигается тем, что очистка и концентрирование кукурузного экстракта предусматривает тонкую очистку и стерилизацию, предварительное концентрирование и доконцентрирование, причем очистку экстракта проводят на микрофильтрационных мембранах с диаметром пор 0,2 и 0,45 мкм или крупнопористых ультрафильтрационных мембранах с рейтингом по молекулярной массе 150-170 кДа, а глубокое концентрирование до концентрации 25-30% СВ осуществляют на высокоселективных обратноосмотических мембранах с селективностью 99,5-99,8% при давлении до 100 МПа, а окончательное концентрирование до содержания 55-65% СВ осуществляют на вакуум-выпарной установке.

Изобретение поясняется блок-схемой на фиг.1, где:

1 - микрофильтрационная или ультрафильтрационная установка;

2 - обратноосмотическая установка;

3 - вакуум-выпарная установка.

Способ осуществляют следующим образом. Исходный экстракт подают в мембранную установку 1, где из него удаляются и переходят в ультраконцентрат (УФ-концентрат) содержащиеся в нем остатки крахмала, зерна и другие взвешенные вещества, коллоиды и микроорганизмы.

УФ-концентрат смешивается с мезгой и используется в составе жидких или сухих кормов.

Прозрачный, не содержащий взвесей ультрапермеат (фильтрат, прошедший через мембрану) подают в мембранную обратноосмотическую установку 2, где он концентрируется от 5-9% СВ до 25-30% СВ. ОО-концентрат далее доконцентрируется на вакуум-выпарной установке 3 до концентрации 55-65% СВ с получением продукта - экстраконцентрата экстракта. ОО-пермеат с концентрацией не более 0,3-0,5 СВ возвращается на стадию замачивания кукурузы.

В мембранной установке 1 используют мембраны с низкой селективностью (задерживающей способностью) по растворенным белкам и другим сухим веществ (СВ), находящимся в растворенном состоянии при 100%-ном задержании всех взвешенных веществ и коллоидов.

Как показали приведенные в таблице 1 результаты опытов, для этой стадии могут использоваться микрофильтрационные (МФ) мембраны с диаметром пор от 0,45 до 0,2 мкм и крупнопористые ультрафильтрационные (УФ) мембраны с паспортной задерживающей способностью по молекулярной массе (рейтингом) от 150 до 170 кДа.

Таблицa № 1
Наименование образцов	Концентрация СВ по рефрактометру, %	Селективность мембран по СВ, %	Доля белка, % на а.с.в.	Селективность мембран по белку, %	Рейтинг мембран по MM, кДа
Исходный экстракт	12 (C1)	-	32,5	-	-
			(С3)
МФ-пермеат	11,3 (С2)	5,8	31,8	2,2	-
Керамическая мембрана с Ø пор 0,45 мкм			(С4)
МФ-пермеат	11,2 (С2)	6,7	31,6	2,8	-
Керамическая мембрана с Ø пор 0,2 мкм			(С4)
УФ-пермеат	11 (С2)	8,3	31	3,4	150
УФ-мембрана из полисульфенамида УПМ-200			(С4)
УФ-пермеат	10,9 (С2)	9,2	31,2	4,0	110
УФ-мембрана УПМ-100			(С4)
УФ-пермеат	10,4 (С2)	13,3	31,1	4,3	64,5
УФ-мембрана УПМ-50М			(С4)
УФ-пермеат	10,2 (С2)	15	30,5	6,2	17
УФ-мембрана УПМ-20			(С4)
УФ-пермеат	9,6 (С2 )	20	30,2	7,1	12,7
УФ-мембранаУПМ-10			(С4)
МФ-пермеат	11,2 (С2)	6,7	31,6	2,8	-
Металлокерамическая мембрана с Ø пор 0,2 мкм			(С4)
Примечание: Результаты получены при скорости потока над мембранами 5 м/с, температуре 50°С. Концентрация СВ и белка определялась в общем пермеате при степени концентрирования по объему 12 раз
Селективность мембран по СВ рассчитывали по формуле [(C1-C2)/C 1]·100%, а селективность по белкам - по формуле [(С 3-C4)/C3]·100%.
Коллоидный индекс SDI (15 мин) во всех пермеатах был меньше 4,5.

В мембранной установке 2 используют мембраны, позволяющие осуществлять максимальное концентрирование кукурузного экстракта по объему с получением концентрата с максимально высокой концентрацией СВ при минимальной концентрации СВ и белка в обратноосмотическом пермеате (ОО-пермеате).

Проведенные и представленные в табл.2 результаты исследований по селективности нанофильтрационных и обратноосмотических мембран по сухим веществам (СВ) и белку показали, что они могут использоваться для концентрирования УФ-пермеата, предварительно очищенного на МФ- и УФ-мембранах.

Таблица 2
Основные обобщенные показатели пермеатов, полученных при концентрировании (предварительно осветленного на МФ- и УФ-мембранах) кукурузного экстракта на нанофильтрационных (НФ) и обратноосмотических (ОО) мембранах
Наименова- Ние образцов	Концентрация СВ по рефрактометру, %	Селективность мембран по СВ, %	Доля белка, % на а.с.в.	Селективность мембран по белку, %
Исходный осветленный экстракт	12 (С1)	-	32,5	-
			(С3)
НФ-пермеат	15 (С2)	87,5	2,9 (С4)	91
НФ-мембрана ОПМН-П
ОО-пермеат	0,8 (С2)	93,3	1,5 (С4)	95,4
ОО-мембрана XLE
ОО-пермеат	0,4 (С2)	96,7	0,55	98,3
ОО-мембрана SWS			(С4)
Примечание: 1. Паспортная селективность: мембран ОПМН-П - 55% по 0,15% NaCl; мембран XLE - 98%; мембран SWS - 99,8%;
Селективность мембран по СВ рассчитывали по формуле [(С1-C2)/C 1]·100%, а селективность по белкам - по формуле [(С 3-С4)/С3]·100%.

Высокая степень концентрирования по сухим веществам достигается на обратноосмотических мембранах с высокой селективностью - 99,8% и составляет 25-30%.

Для получения ОО-концентрата с концентрацией до 20% СВ используются мембраны с селективностью по NaCl - 98%, а для получения ОО-концентрата с концентрацией СВ 15% используются нанофильтрационные мембраны.

Более глубокая степень концентрирования (до 65%) достигается за счет дополнительного упаривания обратноосмотического концентрата на вакуум - выпарной установке.