Maitopohjaisten sivuvirtojen demineralisointi

No Thumbnail Available

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Kemian tekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Ask about the availability of the thesis by sending email to the Aalto University Learning Centre oppimiskeskus@aalto.fi

Authors

Date

2017-06-13

Department

Major/Subject

Biotekniikka

Mcode

CHEM3022

Degree programme

Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering

Language

fi

Pages

102+52

Series

Abstract

Meijeriteollisuudessa syntyy laktoosia ja heraa sisältäviä sivuvirtoja, joita voidaan hyödyntää elintarviketeollisuudessa. Korkea mineraalipitoisuus hankaloittaa kuitenkin monien sivuvirtojen hyödyntämistä eikä kaikkien sivuvirtojen demineralisointi ole nykyisin kannattavaa. Tämän työn tarkoituksena oli selvittää, voidaanko erilaisia maitopohjaisia sivuvirtoja demineralisoida tutkimuksen demineralisointiprosesseilla. Tavoitteena oli selvittää, minkälainen demineralisointiaste prosesseilla kyetään saavuttamaan ja miten demineralisointi vaikuttaa sivuvirtojen koostumukseen. Tutkimuksessa testattavina virtoina olivat maidon ja heran ultrasuodatuksen permeaatit, happohera, ideaalihera sekä maidon kromatografiasta saatava laktoosijae. Tutkimus suoritettiin kahdella erilaisella pilot-mittakaavan demineralisointiprosessilla. Ensimmäisessä demineralisointiprosessissa ajettava liuos nanosuodatettiin ensin, minkä jälkeen suoritetiin kationin- ja anioninvaihto. Toisessa demineralisointiprosessissa ajettava liuos ajettiin ensin kationinvaihtajan ja sekapedin läpi, minkä jälkeen liuos nano- ja diasuodatettiin. Diasuodatuksen jälkeen liuos ajettiin kationin- ja anioninvaihtajan läpi. Mineraalien lisäksi tutkimuksessa mitattiin orgaanisten happojen ja ei-proteiinitypen poistumista sekä hiilihydraattien ja proteiinien hävikkiä prosessissa. Tulosten perusteella molemmilla prosesseilla saavutettiin vähintään 99 %:n demineralisointiaste lukuun ottamatta ideaaliheran koeajoa. Ideaaliheran sisältämän kaseiinin havaittiin saostuvan kationinvaihtopylvääseen, minkä takia kumpikaan demineralisointiprosessi ei soveltunut ideaaliheralle. Laktoosijakeen todettiin sisältävän myös pieniä määriä kaseiinia. Teollisessa mittakaavassa kaseiinin saostuminen aiheuttaisi ongelmia laktoosijakeen demineralisoinnissa. Galaktoosin ja glukoosin permeabiliteetti oli suuri happoheran nanosuodatuksissa, minkä takia galaktoosin ja glukoosin hävikki demineralisoinneissa oli noin 30–60 %. Hiilihydraattien suuren hävikin takia happoheran demineralisointi ei ole kannattavaa tutkimuksessa käytettyjen nanosuodatuskalvojen kanssa. Tulosten perusteella maidon ja heran ultrasuodatuksen permeaatteja voitaisiin demineralisoida tutkimuksessa käytettyjen demineralisointiprosessien avulla. Jatkotutkimuksia tarvitaan erityisesti laktoosijakeen, ideaaliheran ja happoheran demineralisoinnin osalta.

High mineral content hinders the usage of different milk-based side streams created in the dairy industry. Lactose and whey in these side streams can be utilized by the food industry. However, some of the side streams are not currently utilized due to the high mineral content. The aim of this study was to determine if demineralization processes used in this study would be suitable for the different side streams. The objective was to find out the demineralization rate that could be achieved with the demineralization processes and how the demineralization affects the composition of the side streams. Side streams that were tested in this study were the permeates of ultrafiltrated milk and whey, acid whey, ideal whey and lactose stream from the chromatography of milk. The study was carried out with two different pilot-scale demineralization processes. In the first demineralization process the tested stream was nanofiltrated after which it was run through a cation and anion exchangers. In the second demineralization process the tested stream was run through a cation exchanger and mixed bed ion-exchanger after which it was nano- and diafiltrated. After the nanofiltration the liquid was fed to cation and anion exchangers. The removal of minerals, organic acids and non-protein nitrogen was measured as well as the retention of carbohydrates and proteins. Based on the results, the demineralization rate was at least 99 % in both demineralization processes for all the side streams except ideal whey. The casein in the ideal whey was observed to precipitate in the cation exchanger. Due to the precipitation of casein neither of the demineralization processes were suitable for ideal whey. Lactose stream also had minute amounts of casein. In industrial scale the precipitation of this casein would cause problems. The loss of galactose and glucose in the demineralization of acid whey was 30–60 % because of the high permeability of galactose and glucose in nanofiltration. Hence, the demineralization of acid whey was not profitable with the nanofiltration membranes used in this study. It was concluded that the permeates of ultrafiltrated milk and whey could be demineralized with the processes used in this study. Further investigation of demineralization of lactose stream, ideal whey and acid whey is needed.

Description

Supervisor

Linder, Markus

Thesis advisor

Kallioinen, Harri
Partonen, Antti-Pekka

Keywords

demineralisointi, ioninvaihto, nanosuodatus, hera, laktoosi

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201707045928

Collections

[dipl] Kemian tekniikan korkeakoulu / CHEM