分离牛奶生产酪蛋白和乳清蛋白的装置
分离牛奶生产酪蛋白和乳清蛋白的装置技术领域[0001] 本实用新型涉及一种分离牛奶生产酪蛋白和乳清蛋白的装置，特别是用陶瓷膜 微滤系统分离牛奶生产酪蛋白和乳清蛋白的装置，属于乳品加工生产设备技术领域。背景技术[0002] 干酪是液态乳经过凝乳、排乳清、发酵成熟而制成的一种营养价值很高的发酵 乳制品，它除了含有丰富的蛋白质、脂肪外，还富含维生素和微量元素等。干酪中的多 数蛋白质已经被降解为多肽和氨基酸，其吸收率高达96%以上，部分的脂肪已经被降解 为不饱和脂肪酸，有助于降低人体的血清胆固醇，有利于预防心血管疾病。干酪中的乳 糖多数已经分解为葡萄糖和半乳糖，尤其适合于有乳糖不耐症的消费群体，而且干酪的 含钙量较高，有助于儿童的生长发育，预防老年人的骨质疏松。[0003] 全世界有1/3以上的原料乳用于干酪的生产加工。干酪作为一种高营养价值的 食品，其方便食用及品种多样等特点使其在全球的销售额占到乳品总销售额的30%。随 着人们生活水平的提高及对干酪营养价值认识的加深，我国的干酪消费处于快速的增长 时期。[0004] 我国干酪产品加工的大环境已经基本成熟，但是生产加工中也遇到了一些问 题。首先，干酪加工过程利用的主要是酪蛋白，绝大多数的乳清蛋白以副产物的形式随 着乳清排出，其加工过程中的热处理过程不可避免的会引起乳清蛋白的变性、聚合甚至 沉淀，其中的某些抑制剂成分也会带来负面的影响，例如，脂肪球膜对乳清蛋白的起泡 性起着抑制作用，只有纯净的、天然的乳清蛋白才能获得良好的功能性质。如何处理乳 清并利用乳清生产出高附加值的乳清产品一直是乳品企业争相研究的内容。其次，原料 乳的成分含量随着泌乳期、气候、饲喂繁殖等多种因素的变化而有一定的差异，若原料 乳的蛋白质含量较低，凝乳较差，损失于乳清中的酪蛋白较高，便会致使干酪的产量降 低。因此干酪生产厂商往往需要对原料乳进行一定的标准化过程，目前的标准化方法主 要有：脱脂或者加入稀奶油增加脂肪含量；加入脱脂乳粉增加蛋白质含量。但是额外加 入脱脂乳粉存在着这样的弊端：脱脂乳粉中乳糖的含量占总固形物的50%以上，因此， 除非将该乳粉稀释后加入原料乳中，否则干酪中乳糖含量必定有所增加。而如果稀释后 再加入则违背了增加产量的初衷。这样，干酪生产者不得不花较大代价进行加工过程的 调整，通过增加干酪的酸度来减少乳糖的含量，进而避免干酪成熟过程中色泽的变深或 者加热过程中的褐变，其操作工序复杂，成本高。[0005] 因此，采用一定的技术手段来提高原料乳的质量，进而增加干酪产品的均一 性，是当前迫切需要解决的问题。[0006] 中国专利文献CN2741372公开了一种长保质期鲜奶的加工生产设备， CN1679403公开了一种长保质期鲜奶及其生产设备，应用梯度膜过滤的方式对原料乳中 的体细胞、细菌等进行截留，提高了原料乳的质量，延长了产品的货架期。这两项发明 在一定程度上解决了原料乳质量的改善问题，但依然没有实现在干酪加工之前分离酪蛋白与乳清蛋白的目的。 发明内容[0007] 本实用新型的目的在于：提供一种分离牛奶生产酪蛋白和乳清蛋白的装置。本 实用新型针对现有干酪用乳标准化技术的不足，利用陶瓷膜微滤系统作为连续式料液处 理系统处理原料乳（牛奶），实现了在干酪加工之前分离酪蛋白与乳清蛋白的目的，所 得到的酪蛋白可直接用于干酪的生产加工或者干酪用乳的标准化过程，解决了干酪用乳 标准化的问题；所得到的纯净、天然的“理想”乳清，营养成分及营养价值没有发生改 变，简化了进一步将其加工成乳清产品的过程。[0008] 本实用新型的技术方案：分离牛奶生产酪蛋白和乳清蛋白的装置，包括换热设 备、离心脱脂设备和巴氏杀菌设备，平衡罐与换热设备一、离心脱脂设备、巴氏杀菌设 备、换热设备二、陶瓷膜微滤系统依次相连接，陶瓷膜微滤系统的两个出口分别连接截 留液储罐、透过液储罐，截留液储罐还经过回流管与陶瓷膜微滤系统相连接。[0009] 上述换热设备即换热器，所述离心脱脂设备为奶油分离机。[0010] 前述的陶瓷膜微滤系统为Isoflux均一跨膜压力微滤系统，无机陶瓷膜是以氧 化铝、氧化钛或氧化锆等高温结烧而成的具有多孔结构的精密的陶瓷过滤材料，多孔支 撑层、中间过滤层及膜层（含微滤层、粗糙超滤层、精细超滤层和纳滤层）呈非对称分 布。多孔支撑层的作用是增加膜的机械强度；中间过滤层的孔径比支撑层小，作用是防 止膜层制备过程中的颗粒向多孔支撑层渗透；膜层对物料实现有效的截留。整个陶瓷膜 的孔径分布由多孔支撑层至膜层逐渐减小，形成不对称的分布。其加工特点是在压力的 推动下料液平行于膜面流动，把膜面上的滞留物带走，从而使得膜污染保持一个较低的 水平。陶瓷膜各层的厚度也是从多孔支撑层、中间过滤层到膜层呈梯度逐渐减小，使得 透过液的通量沿着膜长的方向保持均一的跨膜压力，过滤效果更佳。[0011] 前述陶瓷膜微滤系统中的微滤膜孔径为0.14μιη (膜材为法国海得科膜分离有限 公司的0.14 μ m陶瓷膜，单只23通道，0.35m2膜面积，1178mm膜长）。[0012] 前述的陶瓷膜微滤系统为连续式的料液处理系统（参见附图4)，包括Isoflux陶 瓷膜、供料泵、循环泵、排气阀、流量传感器、压力传感器、温度传感器、控制阀和换 热器；还可包括料液罐和滤液罐。[0013] 与现有技术相比，本实用新型所采用的装置操作简单，可连续生产，清洗方 便，用该装置分离牛奶得到的酪蛋白可与稀奶油复配直接用于干酪的加工生产，为干酪 用乳的标准化过程提供了新的途径；同时得到的“理想”乳清无菌、无脂、成分均一， 容易控制，简化了将其加工成高附加值乳清产品的过程。附图说明[0014] 图1是用装置设备表示的流程图；[0015] 图2是本实用新型所述陶瓷膜的内部剖视结构图；[0016] 图3是本实用新型所述陶瓷膜的端面结构及局部放大图；[0017] 图4是本实用新型陶瓷膜微滤系统的结构简图。[0018] 图中各标号所表示的含义为：1 :纳滤层；2 ：精细超滤层；3 ：粗糙超滤层；4：微滤层；5:中间过滤层；6:多孔支撑层；7:料液通道；8:支撑体；9:料液 罐；10 :滤液罐；11 ：供料泵；12 ：循环泵；VO ：排气阀；Vl〜Vll ：控制阀；A ：换热器；B ：陶瓷膜；F ：流量传感器；P ：压力传感器；T ：温度传感器。具体实施方式[0019] 实施例1 ：[0020] 新鲜牛奶在平衡罐内进行预过滤，然后经换热器一升温到55°C，用奶油分离机 离心分离，所得脱脂乳在巴氏杀菌设备中升温至72°C，保温1¾后进行巴氏杀菌，再经 换热器二冷却至50°C，进入孔径为0.14 μ m的陶瓷膜微滤系统，流速5m/s，跨膜压力为 0.5Bar。根据不同干酪品种对钙含量的具体要求，选择不同的浓缩因子，截留液富集的是 酪蛋白，收集在截留液储罐中，透过液富集的是乳清蛋白，收集在透过液储罐中。[0021] 其中，陶瓷膜微滤系统的工作过程为：奶油分离机分离得到的脱脂乳经过巴氏 杀菌后换热，进入陶瓷膜微滤系统的料液罐9，经过供料泵11、循环泵12打入膜过滤 系统，换热器A保温下在膜过滤系统中循环，过滤膜壳外通冷却水以维持料液的过滤温 度，截留液再次进入膜过滤系统进一步循环，透过液收集到滤液罐10中。通过排气阀VO 来排除过滤系统内的空气，通过控制阀门（VI〜VII)来控制过滤系统内的跨膜压力。 生产结束后由料液罐9的出口阀放出截留液。[0022] 在上述条件下，选择不同浓缩因子时，通量及截留液成分的变化如表1及表2所 示。与原料脱脂乳相比，截留液（retentate，以下用“R”表示）的成分（总固形物、 蛋白质、酪蛋白/总蛋白、钙）均呈现出按照浓缩因子增加的趋势。[0023] 0.14 μ m陶瓷膜微滤过程使得水分、乳糖、α-乳白蛋白、β-乳球蛋白、可溶 性矿物质及非蛋白氮等成分成为透过液。这样，透过液的成分均一，比较容易控制，无 脂、无菌、乳清蛋白以天然的形式存在，可以用来加工生产一系列的乳清蛋白产品。与 此同时，截留液富集了酪蛋白，可与稀奶油混合用于干酪的生产，节省了生产空间。[0024] 表1不同浓缩因子下通量的比较（50°C)[0025]
[0026] 表2不同浓缩因子下截留液成分的变化[0027]
[0028] 2XR，4XR，6XR，8XR，9 XR分别表示浓缩因子为2，4，6，8，9时的截留液。[0029] 微滤透过液含有α-乳白蛋白及β-乳球蛋白，酪蛋白几乎全部被截留液所截 留，其成分较脱脂乳要简单的多。透过液的成分均一，比较容易控制，无脂、无菌、乳清蛋白以天然的形式存在，可以直接加工生产乳清浓缩蛋白或者进一步处理生产乳清浓 缩蛋白产品，简化了处理步骤，增加了产品的附加值。[0030] 本实用新型的应用效果如下：[0031] 陶瓷膜微滤系统采用错流过滤的方式，在压力的推动下料液平行于膜面流动， 把膜面上的滞留物带走，从而使得膜污染保持一个较低的水平；同时沿着膜长的方向， 膜层的厚度呈现梯度变化，从而使得透过液的通量沿着膜长的方向保持均一的跨膜压 力，过滤效果更佳。[0032] 陶瓷膜质地坚硬，具有良好的耐热性（500°C)、耐酸碱性（pHl〜14)、清 洗方便、易消毒处理、机械性能好及使用寿命长等优点。其连续运行时间可以达到IOh 以上。清洗过程采用CIP清洗（原位清洗）方式，水通量恢复效果佳。[0033] 通过严格的实验证明，该陶瓷膜微滤系统能够将酪蛋白和乳清蛋白有效地分 离，截留液对酪蛋白进行了浓缩，与离心分离所得稀奶油复配可直接用于干酪的生产加 工过程，简化了干酪用乳的标准化过程，节约了生产空间，而透过液为“理想”乳清， 成分均一，无菌无脂，利于进一步加工成高附加值的乳清产品。