分離牛奶生產(chǎn)酪蛋白和乳清蛋白的裝置
分離牛奶生產(chǎn)酪蛋白和乳清蛋白的裝置技術(shù)領域[0001] 本實用新型涉及一種分離牛奶生產(chǎn)酪蛋白和乳清蛋白的裝置，特別是用陶瓷膜 微濾系統(tǒng)分離牛奶生產(chǎn)酪蛋白和乳清蛋白的裝置，屬于乳品加工生產(chǎn)設備技術(shù)領域。背景技術(shù)[0002] 干酪是液態(tài)乳經(jīng)過凝乳、排乳清、發(fā)酵成熟而制成的一種營養(yǎng)價值很高的發(fā)酵 乳制品，它除了含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪外，還富含維生素和微量元素等。干酪中的多 數(shù)蛋白質(zhì)已經(jīng)被降解為多肽和氨基酸，其吸收率高達96%以上，部分的脂肪已經(jīng)被降解 為不飽和脂肪酸，有助于降低人體的血清膽固醇，有利于預防心血管疾病。干酪中的乳 糖多數(shù)已經(jīng)分解為葡萄糖和半乳糖，尤其適合于有乳糖不耐癥的消費群體，而且干酪的 含鈣量較高，有助于兒童的生長發(fā)育，預防老年人的骨質(zhì)疏松。[0003] 全世界有1/3以上的原料乳用于干酪的生產(chǎn)加工。干酪作為一種高營養(yǎng)價值的 食品，其方便食用及品種多樣等特點使其在全球的銷售額占到乳品總銷售額的30%。隨 著人們生活水平的提高及對干酪營養(yǎng)價值認識的加深，我國的干酪消費處于快速的增長 時期。[0004] 我國干酪產(chǎn)品加工的大環(huán)境已經(jīng)基本成熟，但是生產(chǎn)加工中也遇到了一些問 題。首先，干酪加工過程利用的主要是酪蛋白，絕大多數(shù)的乳清蛋白以副產(chǎn)物的形式隨 著乳清排出，其加工過程中的熱處理過程不可避免的會引起乳清蛋白的變性、聚合甚至 沉淀，其中的某些抑制劑成分也會帶來負面的影響，例如，脂肪球膜對乳清蛋白的起泡 性起著抑制作用，只有純凈的、天然的乳清蛋白才能獲得良好的功能性質(zhì)。如何處理乳 清并利用乳清生產(chǎn)出高附加值的乳清產(chǎn)品一直是乳品企業(yè)爭相研究的內(nèi)容。其次，原料 乳的成分含量隨著泌乳期、氣候、飼喂繁殖等多種因素的變化而有一定的差異，若原料 乳的蛋白質(zhì)含量較低，凝乳較差，損失于乳清中的酪蛋白較高，便會致使干酪的產(chǎn)量降 低。因此干酪生產(chǎn)廠商往往需要對原料乳進行一定的標準化過程，目前的標準化方法主 要有：脫脂或者加入稀奶油增加脂肪含量；加入脫脂乳粉增加蛋白質(zhì)含量。但是額外加 入脫脂乳粉存在著這樣的弊端：脫脂乳粉中乳糖的含量占總固形物的50%以上，因此， 除非將該乳粉稀釋后加入原料乳中，否則干酪中乳糖含量必定有所增加。而如果稀釋后 再加入則違背了增加產(chǎn)量的初衷。這樣，干酪生產(chǎn)者不得不花較大代價進行加工過程的 調(diào)整，通過增加干酪的酸度來減少乳糖的含量，進而避免干酪成熟過程中色澤的變深或 者加熱過程中的褐變，其操作工序復雜，成本高。[0005] 因此，采用一定的技術(shù)手段來提高原料乳的質(zhì)量，進而增加干酪產(chǎn)品的均一 性，是當前迫切需要解決的問題。[0006] 中國專利文獻CN2741372公開了一種長保質(zhì)期鮮奶的加工生產(chǎn)設備， CN1679403公開了一種長保質(zhì)期鮮奶及其生產(chǎn)設備，應用梯度膜過濾的方式對原料乳中 的體細胞、細菌等進行截留，提高了原料乳的質(zhì)量，延長了產(chǎn)品的貨架期。這兩項發(fā)明 在一定程度上解決了原料乳質(zhì)量的改善問題，但依然沒有實現(xiàn)在干酪加工之前分離酪蛋白與乳清蛋白的目的。 發(fā)明內(nèi)容[0007] 本實用新型的目的在于：提供一種分離牛奶生產(chǎn)酪蛋白和乳清蛋白的裝置。本 實用新型針對現(xiàn)有干酪用乳標準化技術(shù)的不足，利用陶瓷膜微濾系統(tǒng)作為連續(xù)式料液處 理系統(tǒng)處理原料乳（牛奶），實現(xiàn)了在干酪加工之前分離酪蛋白與乳清蛋白的目的，所 得到的酪蛋白可直接用于干酪的生產(chǎn)加工或者干酪用乳的標準化過程，解決了干酪用乳 標準化的問題；所得到的純凈、天然的“理想”乳清，營養(yǎng)成分及營養(yǎng)價值沒有發(fā)生改 變，簡化了進一步將其加工成乳清產(chǎn)品的過程。[0008] 本實用新型的技術(shù)方案：分離牛奶生產(chǎn)酪蛋白和乳清蛋白的裝置，包括換熱設 備、離心脫脂設備和巴氏殺菌設備，平衡罐與換熱設備一、離心脫脂設備、巴氏殺菌設 備、換熱設備二、陶瓷膜微濾系統(tǒng)依次相連接，陶瓷膜微濾系統(tǒng)的兩個出口分別連接截 留液儲罐、透過液儲罐，截留液儲罐還經(jīng)過回流管與陶瓷膜微濾系統(tǒng)相連接。[0009] 上述換熱設備即換熱器，所述離心脫脂設備為奶油分離機。[0010] 前述的陶瓷膜微濾系統(tǒng)為Isoflux均一跨膜壓力微濾系統(tǒng)，無機陶瓷膜是以氧 化鋁、氧化鈦或氧化鋯等高溫結(jié)燒而成的具有多孔結(jié)構(gòu)的精密的陶瓷過濾材料，多孔支 撐層、中間過濾層及膜層（含微濾層、粗糙超濾層、精細超濾層和納濾層）呈非對稱分 布。多孔支撐層的作用是增加膜的機械強度；中間過濾層的孔徑比支撐層小，作用是防 止膜層制備過程中的顆粒向多孔支撐層滲透；膜層對物料實現(xiàn)有效的截留。整個陶瓷膜 的孔徑分布由多孔支撐層至膜層逐漸減小，形成不對稱的分布。其加工特點是在壓力的 推動下料液平行于膜面流動，把膜面上的滯留物帶走，從而使得膜污染保持一個較低的 水平。陶瓷膜各層的厚度也是從多孔支撐層、中間過濾層到膜層呈梯度逐漸減小，使得 透過液的通量沿著膜長的方向保持均一的跨膜壓力，過濾效果更佳。[0011] 前述陶瓷膜微濾系統(tǒng)中的微濾膜孔徑為0.14μιη (膜材為法國海得科膜分離有限 公司的0.14 μ m陶瓷膜，單只23通道，0.35m2膜面積，1178mm膜長）。[0012] 前述的陶瓷膜微濾系統(tǒng)為連續(xù)式的料液處理系統(tǒng)（參見附圖4)，包括Isoflux陶 瓷膜、供料泵、循環(huán)泵、排氣閥、流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、控制閥和換 熱器；還可包括料液罐和濾液罐。[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型所采用的裝置操作簡單，可連續(xù)生產(chǎn)，清洗方 便，用該裝置分離牛奶得到的酪蛋白可與稀奶油復配直接用于干酪的加工生產(chǎn)，為干酪 用乳的標準化過程提供了新的途徑；同時得到的“理想”乳清無菌、無脂、成分均一， 容易控制，簡化了將其加工成高附加值乳清產(chǎn)品的過程。附圖說明[0014] 圖1是用裝置設備表示的流程圖；[0015] 圖2是本實用新型所述陶瓷膜的內(nèi)部剖視結(jié)構(gòu)圖；[0016] 圖3是本實用新型所述陶瓷膜的端面結(jié)構(gòu)及局部放大圖；[0017] 圖4是本實用新型陶瓷膜微濾系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖。[0018] 圖中各標號所表示的含義為：1 :納濾層；2 ：精細超濾層；3 ：粗糙超濾層；4：微濾層；5:中間過濾層；6:多孔支撐層；7:料液通道；8:支撐體；9:料液 罐；10 :濾液罐；11 ：供料泵；12 ：循環(huán)泵；VO ：排氣閥；Vl?Vll ：控制閥；A ：換熱器；B ：陶瓷膜；F ：流量傳感器；P ：壓力傳感器；T ：溫度傳感器。具體實施方式[0019] 實施例1 ：[0020] 新鮮牛奶在平衡罐內(nèi)進行預過濾，然后經(jīng)換熱器一升溫到55°C，用奶油分離機 離心分離，所得脫脂乳在巴氏殺菌設備中升溫至72°C，保溫1?后進行巴氏殺菌，再經(jīng) 換熱器二冷卻至50°C，進入孔徑為0.14 μ m的陶瓷膜微濾系統(tǒng)，流速5m/s，跨膜壓力為 0.5Bar。根據(jù)不同干酪品種對鈣含量的具體要求，選擇不同的濃縮因子，截留液富集的是 酪蛋白，收集在截留液儲罐中，透過液富集的是乳清蛋白，收集在透過液儲罐中。[0021] 其中，陶瓷膜微濾系統(tǒng)的工作過程為：奶油分離機分離得到的脫脂乳經(jīng)過巴氏 殺菌后換熱，進入陶瓷膜微濾系統(tǒng)的料液罐9，經(jīng)過供料泵11、循環(huán)泵12打入膜過濾 系統(tǒng)，換熱器A保溫下在膜過濾系統(tǒng)中循環(huán)，過濾膜殼外通冷卻水以維持料液的過濾溫 度，截留液再次進入膜過濾系統(tǒng)進一步循環(huán)，透過液收集到濾液罐10中。通過排氣閥VO 來排除過濾系統(tǒng)內(nèi)的空氣，通過控制閥門（VI?VII)來控制過濾系統(tǒng)內(nèi)的跨膜壓力。 生產(chǎn)結(jié)束后由料液罐9的出口閥放出截留液。[0022] 在上述條件下，選擇不同濃縮因子時，通量及截留液成分的變化如表1及表2所 示。與原料脫脂乳相比，截留液（retentate，以下用“R”表示）的成分（總固形物、 蛋白質(zhì)、酪蛋白/總蛋白、鈣）均呈現(xiàn)出按照濃縮因子增加的趨勢。[0023] 0.14 μ m陶瓷膜微濾過程使得水分、乳糖、α-乳白蛋白、β-乳球蛋白、可溶 性礦物質(zhì)及非蛋白氮等成分成為透過液。這樣，透過液的成分均一，比較容易控制，無 脂、無菌、乳清蛋白以天然的形式存在，可以用來加工生產(chǎn)一系列的乳清蛋白產(chǎn)品。與 此同時，截留液富集了酪蛋白，可與稀奶油混合用于干酪的生產(chǎn)，節(jié)省了生產(chǎn)空間。[0024] 表1不同濃縮因子下通量的比較（50°C)[0025]
[0026] 表2不同濃縮因子下截留液成分的變化[0027]
[0028] 2XR，4XR，6XR，8XR，9 XR分別表示濃縮因子為2，4，6，8，9時的截留液。[0029] 微濾透過液含有α-乳白蛋白及β-乳球蛋白，酪蛋白幾乎全部被截留液所截 留，其成分較脫脂乳要簡單的多。透過液的成分均一，比較容易控制，無脂、無菌、乳清蛋白以天然的形式存在，可以直接加工生產(chǎn)乳清濃縮蛋白或者進一步處理生產(chǎn)乳清濃 縮蛋白產(chǎn)品，簡化了處理步驟，增加了產(chǎn)品的附加值。[0030] 本實用新型的應用效果如下：[0031] 陶瓷膜微濾系統(tǒng)采用錯流過濾的方式，在壓力的推動下料液平行于膜面流動， 把膜面上的滯留物帶走，從而使得膜污染保持一個較低的水平；同時沿著膜長的方向， 膜層的厚度呈現(xiàn)梯度變化，從而使得透過液的通量沿著膜長的方向保持均一的跨膜壓 力，過濾效果更佳。[0032] 陶瓷膜質(zhì)地堅硬，具有良好的耐熱性（500°C)、耐酸堿性（pHl?14)、清 洗方便、易消毒處理、機械性能好及使用壽命長等優(yōu)點。其連續(xù)運行時間可以達到IOh 以上。清洗過程采用CIP清洗（原位清洗）方式，水通量恢復效果佳。[0033] 通過嚴格的實驗證明，該陶瓷膜微濾系統(tǒng)能夠?qū)⒗业鞍缀腿榍宓鞍子行У胤?離，截留液對酪蛋白進行了濃縮，與離心分離所得稀奶油復配可直接用于干酪的生產(chǎn)加 工過程，簡化了干酪用乳的標準化過程，節(jié)約了生產(chǎn)空間，而透過液為“理想”乳清， 成分均一，無菌無脂，利于進一步加工成高附加值的乳清產(chǎn)品。