Щоб витягти з молока все цінне, що в ньому є, потрібно його випити. А якщо не хочеться пити молоко? Якщо хочеться, скажімо, до чаю - бутерброд з маслом і сиром або сир зі сметаною?
У цьому випадку частина корисних речовин молока нам вже не дістанеться, бо коли роблять сир, збивають масло, віджимають сир і т. п., В сироватці залишають багато цінних речовин. А в ній по країні - вдумаймось - тисячі тонн найкращого, молочного, неповторного білка, лактози, вітамінів, мінеральних солей..
Максимальне використання сировоки
Звичайно, цій сироватці намагаються знайти застосування. Скажімо, для випоювання телят. Але, по-перше, це не кращий прикорм, і, як наслідок, пропозиція перевищує попит; а по-друге, концентрація сухих речовин в сироватці мала, і доводиться ганяти від молокозаводу до ферми цистерни, в яких майже одна вода. Ну і всетаки добре б людям, а не телятам!
На Володимирському молочному комбінаті, в приміщенні колишнього складу, з 1982 року працювала лінія ультрафільтрації сирної сироватки. Вона виглядає просто і невибагливо, в чому і полягає її технічна краса; що відбувається всередині, в апаратах, обплутаних трубками, показано на схемі.
Суть і серцевина схеми - зібрані в модулі рамки з полістиролу, всередині яких - найтонші мембрани, виготовлені з ацетату целюлози або полісульфонаміду. Їх пори коливаються в межах від 100 до 500 ангстрем - якраз стільки потрібно, щоб затримати білкові молекули, пропустивши воду і розчинені в ній низькомолекулярні речовини.
Цей процес називають ультрафільтрацією. Тонкість його в тому, що рідина не продавлюється крізь фільтр, а рухається, гнана від низу до верху насосами, уздовж мембрани по вузькому зазору між нею і рамкою. Якби не було цього, осад миттєво забив би і без того мізерні пори. Але швидкість в каналі досягає 2,5 м/с, виникають турбулентні завихрення, і вони просто не дають осадку затриматися, змивають його з поверхні.
Або, якщо розшифрувати, то процес йде від жовто-зеленої, малоапетитної на вигляд сироватки до білкового концентрату, нагадуючого дуже хорошу, сільську сметану.
Ця сироватка проходить по черзі три ступені, і за годину двадцять п'ять кубометрів її протікають вздовж мембран і знову повертаються в трубу, з якої вийшли, але вже не в повному обсязі, тому що рідина, яка просочилася крізь мембрану, за прозорими трубочкам видаляється зі схеми, а та, що залишилася концентрується все більш, або, на мові фахівців, «підзгущується». Ця підзгущена маса переходить до наступних модулів - і так до тих пір, поки рефрактометр, вмонтований в останню сходинку, не покаже, що зміст сухих речовин досягнув заданого рівня. А саме: 21% (харчовий концентрат), або 10,5% (кормовий), або 16% (для креслярської плівки, якась теж вимагає такої білкової емульсії).
За винятком 5% (молочний цукор і солі, які не пішли у фільтрат), все інше - це чисті сироваткові білки, легко засвоювані і тому особливо цінні.
У величезній ванні, літрів примірно на шістьсот, білковий концентрат пастеризують в щадячому режимі, при 60°С, помішуючи, щоб не пригорів. Потім ванну охолоджують крижаною водою - і все: справа зроблена.
Не виключено, що концентрат і сам по собі придатний в їжу, це питання смаку і звички. З нього можна готувати досить таки смачні молочні напої чи додавати в плавлені сири. Що ж, від низькосортної сироватки до сиру «Янтар» - правистойна дистанція.
Застосування мембран для переробки сироватки
Тепер що до самих мембран. Їх історія починається з бичачих міхурів, потім були коллодієві гільзи, потім целофан і, нарешті, ацетат целюлози: більше півстоліття тому було виявлено, що ацетатна плівка здатна пропускати воду і затримувати розчинені в ній речовини.
Для технічного втілення ідеї були потрібні дуже тонкі плівки з хорошою затримуючою здатністю; а де тонко, там і рветься, і липне, і електризується. Не зупиняючись на подробицях, зауважимо, що один з найбільш вдалих варіантів - асиметрична мембрана, щільна, майже монолітна з одного боку і пориста - з іншого. Таку плівку використовують в установках зворотного осмосу, на яких опріснюють солону воду.
Тут ми забігли трохи наперед; трохи раніше треба було сказати, що є три типи мембран: для зворотного осмосу (розмір пір важкоуявний, порядку ангстрему), для вже знайомої нам ультрафільтрації (100-1000 ангстрем) і для мікрофільтрації. У першому випадку, коли пори мінімальні, потрібні великі тиску і складна апаратура, зате один квадратний метр плівки дозволяє отримувати щодоби 150 літрів прісної води. Ультрафільтрація дає можливість відокремити високомолекулярні речовини (скажімо, білки) від низькомолекулярних (в нашому випадку - цукрів і солей). Нарешті, мікрофільтри здатні розділяти бактерії та інші біологічні об'єкти. Якщо через такий фільтр пропустити лікарську речовину, то вийде стерильний препарат, бо жоден мікроорганізм через мембрану не пройде.
Ультрафільтрація займає проміжне положення і, як то часто буває, обіцяє самі економічні рішення, бо дає хороший вихід при помірних витратах.
Розділяюча здатність полісульфонаміда (ПСА) для мембрани досягає 98%, але він насилу витримує мийку - ту зверхдотошну мийку, яка прийнята на підприємствах харчової промисловості, з використанням лугів і кислот.
Не втомлюючи подробицями, зауважимо лише, що дуже важко було зістикувати мембранну технологію з постійною і суворої мийкою обладнання. І не тому, що мембрани неміцні, а з тієї причини, що можливий осад (скажімо, кальцій з молока + сірчана кислота з миючого розчину = гіпс) наглухо забиває делікатний фільтр. А кислоту азотну, та й луг теж, ацетат не витримує.
Коротше, була потрібна мембрана, яка не руйнувалася б в міцних кислотах і лугах. Вона знайшлася: ПСА, здатний тримати діапазон рН від 1 до 12.
Є багато способів отримати мікропористі мембрани: наповнення, розтягування, вимивання. У Володимирському інституті сповідують переробку через розчини: пори утворюються, коли з плівки видаляється розчинник. Це важкий і тонкий спосіб, зате універсальний.
Мембрани з ПСА отримують мокрим способом: формувальний розчин наноситься на барабан, який обертається в осаджувальній ванні, там з щойно отриманої плівки вимивається розчинник, і з барабана змотується в рулон звичайнісінька на вигляд плівка; ну а пори видно тільки в електронний мікроскоп...
Ця установка працює на Володимирському хімзаводі; називається вона «Мембрана-1».
Про практичність застосування мамбран
В теорії полімерних мембран дуже багато неясного. Якщо вважати, що ми маємо справу просто з молекулярним ситом, дірки якого співмірні з розміром молекул, то рішуче незрозуміло, чому, наприклад, фенол проходить через ацетатну плівку легше, ніж кухонна сіль, хоча його молекули є набагато більшими. Сольватація? Екранування? Хімічна спорідненість? Спорідненість електричних зарядів?
Поки залишимо ці питання без відповіді. У наукових справах часто буває так: треба виходити в практику, не чекаючи теоретичних рішень, бо уповільнення загрожує великими збитками. Ліки стерилізуються? Вода опріснюється? Білки з сироватки витягуються? Ось і добре. А тим часом можна продовжувати дослідження в області теорії поділу розчинів.
Повернемося знову до сироватки. Ось з неї зробили білковий концентрат, пустили його на виготовлення сиру. А решта як? Це не порожнє питання, тому що в фільтраті, який стікав по прозорим трубочкам, - лактоза.
Але лактозу не здобути ультрафільтрацією. Тут потрібні зворотний осмос, ще більш дрібні пори і тиск, що вимірюється десятками атмосфер. А длявідділення мінеральних солей від лактози і це занадто слабо, потрібен вже електродіаліз, поділ через мембрану під дією напруги. Втім, установка і в цьому випадку виглядає напрочуд просто: труби і насоси. Коли дивишся на такі пристрої, смутно підозрюєш, що автомобільний двигун з його численними деталями, каліброваними отворами, тягами, приводами і. переривниками - ще не пік інженерної думки...
Молокозаводів в країні багато, і багато ще сироватки витікає даремно, змушуючи очисні споруди працювати з повним навантаженням. Достойно подиву: на знешкодження і в каналізацію - не відходи хімічного
Мембранна технологія потребує чистоти, скрупульозності і тонкого виконання. Пори в плівці вимірюються ангстрема; бруд, який проникає всюди, - мікронами. Навіть водопровідна вода не годиться, необхідний дистилят або щонайменше конденсат.
Використання білків молочної сироватки дозволить збільшити вироблення сиру на 15- 20%, твердих сирів на 5-10%, і це не рахуючи нових продуктів.
Але для фахівців з полімерним мембран світ не зійшовся клином на молоці. Плоскорамна ультрафільтрація дозволяє виловити білки і жири з відходів крохмального виробництва. Про це якось не замислюєшся, але справді - коли з картоплі або рису готують крохмаль, куди діваються ті жири і білки, які згадуються в довідниках з хімічного складу харчових продуктів? І взагалі, стічні, вторинні і інші води різноманітних харчових виробництв - яке ж велике поле діяльності!
Два приклади наостанок. Коли свіжоскошену траву подрібнюють, щоб отримати трав'яне борошно, то тече трав'яний сік. Ідея полягає в тому, щоб відомим уже читачеві способом зконцентрувати цей сік і здобрити корм концентратом. Інша ідея: на рибзаводах виловлювати білок з води, що безглуздо зливається, та висушувати його до прийнятної вологості, і це буде продукт краще криля. У всякому разі, смачніше, тому що ми якось більше звикли до риби, ніж до дрібної антарктичної креветки...
