專利名稱：對牛奶進行分離以生產(chǎn)酪蛋白和乳清蛋白的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種對牛奶進行分離以生產(chǎn)酪蛋白和乳清蛋白的方法及裝置，特別是 用陶瓷膜微濾系統(tǒng)對牛奶進行分離以生產(chǎn)酪蛋白和乳清蛋白的方法及裝置，屬于乳品加工 生產(chǎn)的技術領域。
背景技術：
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、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，預防老年人的骨質疏松。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。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。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 尚ο因此，采用一定的技術手段來提高原料乳的質量，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。中國專利文獻CN2741372公開了一種長保質期鮮奶的加工生產(chǎn)設備，CN1679403 公開了一種長保質期鮮奶及其生產(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)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種對牛奶進行分離以生產(chǎn)酪蛋白和乳清蛋白的方法及 裝置。本發(fā)明針對現(xiàn)有干酪用乳標準化技術的不足，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，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。本發(fā)明所采用的技術方案對牛奶進行分離以生產(chǎn)酪蛋白和乳清蛋白的方法為 牛奶經(jīng)過預過濾，然后升溫，進行稀奶油的離心分離，所得脫脂乳進行巴氏殺菌，冷卻后進 入陶瓷膜微濾系統(tǒng)，根據(jù)產(chǎn)品品種選擇不同的濃縮因子，截留液富集的是酪蛋白，透過液富 集的是乳清蛋白。更具體的方法為新鮮牛奶經(jīng)過預過濾，然后升溫到55 °C，進行稀奶油的離心分 離，所得脫脂乳升溫至72°C，保溫15s后進行巴氏殺菌，再冷卻至50°C，進入陶瓷膜微濾系 統(tǒng)，其流速為5m/s，跨膜壓力為0. 5Bar ；根據(jù)不同產(chǎn)品品種對鈣含量的要求選擇不同的濃 縮因子，截留液富集的是酪蛋白，與離心分離所得稀奶油混合后用于生產(chǎn)干酪，或者用于干 酪用乳的標準化過程；透過液富集的是乳清蛋白，用于加工生產(chǎn)乳清蛋白制品。用前述方法對牛奶進行分離以生產(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。上述換熱設備即換熱器，所述離心脫脂設備為奶油分離機。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燒而成的具有多孔結構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。前述陶瓷膜微濾系統(tǒng)中的微濾膜孔徑為0. 14ym (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)。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。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明分離方法操作簡單，可連續(xù)生產(chǎn)，清洗方便，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。


圖1是結合裝置設備表示的本發(fā)明工藝流程框圖； 圖2是本發(fā)明所述陶瓷膜的內部剖視結構圖3是本發(fā)明所述陶瓷膜的端面結構及局部放大圖； 圖4是本發(fā)明陶瓷膜微濾系統(tǒng)的結構簡圖； 圖5是脫脂乳、透過液、截留液的實物對照圖； 圖6是透過液的凝膠電泳圖片。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；τ 溫度傳感器；R 脫脂乳；Yl 透過液；Y2 截留液；I : β -乳球蛋白；II α-乳白蛋白；III、IV :MF透過液；V 脫脂乳；VI:酪蛋白。
具體實施例方式以下實施方案用于說明本發(fā)明，但是不用來限制本發(fā)明的范圍。新鮮牛奶(細菌總數(shù)< 200，000個/ml)在平衡罐內經(jīng)過預過濾，然后經(jīng)換熱器一 升溫到55°C，用奶油分離機進行稀奶油的離心分離，所得脫脂乳升溫至72°C，保溫15s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 液富集了酪蛋白，透過液富集了乳清蛋白。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 的空氣，通過控制閥門(VI VII)來控制過濾系統(tǒng)內的跨膜壓力。生產(chǎn)結束后由料液罐9 的出口閥放出截留液。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、 酪蛋白/總蛋白、鈣)均呈現(xiàn)出按照濃縮因子增加的趨勢。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。表1不同濃縮因子下通量的比較(50°C)
濃縮因子(CF)24689通量(L/h ·ιη2)93. 2 士 5.571. 5 士 4. 030. 1± 6. 314. 3+ 3. 113. 2 士 3. 1
表2不同濃縮因子下截留液成分的變化
2XR，4XR，6XR，8XR，9XR分別表示濃縮因子為2，4，6，8，9時的截留液。原料脫脂乳、透過液及截留液的實物如圖5所示。透過液因乳清蛋白中的核黃素 而呈現(xiàn)出透明清澈的黃綠色狀態(tài)。圖6的凝膠電泳圖片證實了 “理想乳清”的蛋白質成分。微濾透過液含有α -乳 白蛋白及乳球蛋白，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。本發(fā)明的應用效果如下
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。陶瓷膜質地堅硬，具有良好的耐熱性(500°C)、耐酸堿性(ρΗ 1 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。通過嚴格的實驗證明，該陶瓷膜微濾系統(tǒng)能夠將酪蛋白和乳清蛋白有效地分離， 截留液對酪蛋白進行了濃縮，與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。
權利要求
對牛奶進行分離以生產(chǎn)酪蛋白和乳清蛋白的方法，其特征在于牛奶經(jīng)過預過濾，然后升溫，進行稀奶油的離心分離，所得脫脂乳進行巴氏殺菌，冷卻后進入陶瓷膜微濾系統(tǒng)，根據(jù)產(chǎn)品品種選擇不同的濃縮因子，截留液富集的是酪蛋白，透過液富集的是乳清蛋白。
2.按照權利要求1所述對牛奶進行分離以生產(chǎn)酪蛋白和乳清蛋白的方法，其特征在 于新鮮牛奶經(jīng)過預過濾，然后升溫到55°C，進行稀奶油的離心分離，所得脫脂乳升溫至 720C，保溫15s后進行巴氏殺菌，再冷卻至50°C，進入陶瓷膜微濾系統(tǒng)，其流速為5m/s，跨膜 壓力為0. 5Bar ；根據(jù)不同產(chǎn)品品種對鈣含量的要求選擇不同的濃縮因子，截留液富集的是 酪蛋白，透過液富集的是乳清蛋白。
3.用權利要求1或2所述方法對牛奶進行分離以生產(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，其特征在于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。
4.按照權利要求3所述對牛奶進行分離以生產(chǎn)酪蛋白和乳清蛋白的裝置，其特征在 于所述換熱設備即換熱器，所述離心脫脂設備為奶油分離機。
5.按照權利要求3所述對牛奶進行分離以生產(chǎn)酪蛋白和乳清蛋白的裝置，其特征在 于所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 化鈦或氧化鋯高溫結燒而成的具有多孔結構的陶瓷過濾材料，多孔支撐層(6)、中間過濾層 (5)、膜層(4、3、2、1)的孔徑依次逐漸減小，呈不對稱分布，各層的厚度從多孔支撐層(6)、 中間過濾層(5 )到膜層(4、3、2、1)呈梯度逐漸減小。
6.按照權利要求3-5中任一項所述對牛奶進行分離以生產(chǎn)酪蛋白和乳清蛋白的裝置， 其特征在于所述陶瓷膜微濾系統(tǒng)中的微濾膜孔徑為0. 14 μ m。
7.按照權利要求3-5中任一項所述對牛奶進行分離以生產(chǎn)酪蛋白和乳清蛋白的裝置， 其特征在于所述的陶瓷膜微濾系統(tǒng)為連續(xù)式的料液處理系統(tǒng)，包括Isoflux陶瓷膜(B)、 供料泵(11)、循環(huán)泵(12)、排氣閥(V0)、流量傳感器(F)、壓力傳感器(P)、溫度傳感器(T)、 控制閥(VI VII)和換熱器(A)。
8.按照權利要求7所述對牛奶進行分離以生產(chǎn)酪蛋白和乳清蛋白的裝置，其特征在 于所述的陶瓷膜微濾系統(tǒng)還包括料液罐(9)和濾液罐(10)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種酪蛋白和乳清蛋白的生產(chǎn)方法及裝置，具體的說，是采用陶瓷膜微濾系統(tǒng)對牛奶進行分離以生產(chǎn)酪蛋白和乳清蛋白的方法及裝置。所述方法為牛奶經(jīng)過預過濾，然后升溫，進行稀奶油的離心分離，所得脫脂乳進行巴氏殺菌，冷卻后進入陶瓷膜微濾系統(tǒng)，根據(jù)產(chǎn)品品種選擇不同的濃縮因子，截留液富集的是酪蛋白，透過液富集的是乳清蛋白。本發(fā)明分離方法操作簡單，可連續(xù)生產(chǎn)，清洗方便，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。
文檔編號A23J1/20GK101926408SQ20101011246
公開日2010年12月29日 申請日期2010年2月23日 優(yōu)先權日2010年2月23日
發(fā)明者周偉民, 董晶瑩, 陳歷俊 申請人:北京三元食品股份有限公司