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(lǐng)域[0001] 本實(shí)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(shè)備技術(shù)領(lǐng)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(yíng)養(yǎng)價(jià)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(dá)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(yù)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(fèi)群體，而且干酪的 含鈣量較高，有助于兒童的生長(zhǎng)發(fā)育，預(yù)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(yíng)養(yǎng)價(jià)值的 食品，其方便食用及品種多樣等特點(diǎn)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(duì)干酪營(yíng)養(yǎng)價(jià)值認(rèn)識(shí)的加深，我國(guó)的干酪消費(fèi)處于快速的增長(zhǎng) 時(shí)期。[0004] 我國(guó)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(huì)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(huì)帶來負(fù)面的影響，例如，脂肪球膜對(duì)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(zhēng)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(huì)致使干酪的產(chǎn)量降 低。因此干酪生產(chǎn)廠商往往需要對(duì)原料乳進(jìn)行一定的標(biāo)準(zhǔn)化過程，目前的標(biāo)準(zhǔn)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(jià)進(jìn)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(jìn)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(fù)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(jìn)而增加干酪產(chǎn)品的均一 性，是當(dāng)前迫切需要解決的問題。[0006] 中國(guó)專利文獻(xiàn)CN2741372公開了一種長(zhǎng)保質(zhì)期鮮奶的加工生產(chǎn)設(shè)備， CN1679403公開了一種長(zhǎng)保質(zhì)期鮮奶及其生產(chǎn)設(shè)備，應(yīng)用梯度膜過濾的方式對(duì)原料乳中 的體細(xì)胞、細(xì)菌等進(jìn)行截留，提高了原料乳的質(zhì)量，延長(zhǎng)了產(chǎn)品的貨架期。這兩項(xiàng)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(shí)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(shí)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(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有干酪用乳標(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)化過程，解決了干酪用乳 標(biāo)準(zhǔn)化的問題；所得到的純凈、天然的“理想”乳清，營(yíng)養(yǎng)成分及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值沒有發(fā)生改 變，簡(jiǎn)化了進(jìn)一步將其加工成乳清產(chǎn)品的過程。[0008] 本實(shí)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(shè) 備、離心脫脂設(shè)備和巴氏殺菌設(shè)備，平衡罐與換熱設(shè)備一、離心脫脂設(shè)備、巴氏殺菌設(shè) 備、換熱設(shè)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(gè)出口分別連接截 留液儲(chǔ)罐、透過液儲(chǔ)罐，截留液儲(chǔ)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(shè)備即換熱器，所述離心脫脂設(shè)備為奶油分離機(jī)。[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(jī)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(xì)超濾層和納濾層）呈非對(duì)稱分 布。多孔支撐層的作用是增加膜的機(jī)械強(qiáng)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(duì)物料實(shí)現(xiàn)有效的截留。整個(gè)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(duì)稱的分布。其加工特點(diǎn)是在壓力的 推動(dòng)下料液平行于膜面流動(dòng)，把膜面上的滯留物帶走，從而使得膜污染保持一個(gè)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(zhǎng)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(guó)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(zhǎng)）。[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(shí)用新型所采用的裝置操作簡(jiǎn)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(fù)配直接用于干酪的加工生產(chǎn)，為干酪 用乳的標(biāo)準(zhǔn)化過程提供了新的途徑；同時(shí)得到的“理想”乳清無菌、無脂、成分均一， 容易控制，簡(jiǎn)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(shè)備表示的流程圖；[0015] 圖2是本實(shí)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(shí)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(shí)用新型陶瓷膜微濾系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。[0018] 圖中各標(biāo)號(hào)所表示的含義為：1 :納濾層；2 ：精細(xì)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(shí)施方式[0019] 實(shí)施例1 ：[0020] 新鮮牛奶在平衡罐內(nèi)進(jìn)行預(yù)過濾，然后經(jīng)換熱器一升溫到55°C，用奶油分離機(jī) 離心分離，所得脫脂乳在巴氏殺菌設(shè)備中升溫至72°C，保溫1?后進(jìn)行巴氏殺菌，再經(jīng) 換熱器二冷卻至50°C，進(jìn)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(duì)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(chǔ)罐中，透過液富集的是乳清蛋白，收集在透過液儲(chǔ)罐中。[0021] 其中，陶瓷膜微濾系統(tǒng)的工作過程為：奶油分離機(jī)分離得到的脫脂乳經(jīng)過巴氏 殺菌后換熱，進(jìn)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(jìn)入膜過濾系統(tǒng)進(jìn)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(shí)，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(shì)。[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(shí)，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(shí)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(jiǎn)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(jìn)一步處理生產(chǎn)乳清濃 縮蛋白產(chǎn)品，簡(jiǎn)化了處理步驟，增加了產(chǎn)品的附加值。[0030] 本實(shí)用新型的應(yīng)用效果如下：[0031] 陶瓷膜微濾系統(tǒng)采用錯(cuò)流過濾的方式，在壓力的推動(dòng)下料液平行于膜面流動(dòng)， 把膜面上的滯留物帶走，從而使得膜污染保持一個(gè)較低的水平；同時(shí)沿著膜長(zhǎng)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(zhǎng)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(jiān)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(jī)械性能好及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。其連續(xù)運(yùn)行時(shí)間可以達(dá)到IOh 以上。清洗過程采用CIP清洗（原位清洗）方式，水通量恢復(fù)效果佳。[0033] 通過嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)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(duì)酪蛋白進(jìn)行了濃縮，與離心分離所得稀奶油復(fù)配可直接用于干酪的生產(chǎn)加 工過程，簡(jiǎn)化了干酪用乳的標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)一步加工成高附加值的乳清產(chǎn)品。