乳清浓缩工艺技术

1、乳清浓缩工艺技术干酩副产物乳清量大且稀，其中丰富的营养物质必须通过浓缩才能得到有效的利用。目前，常用于乳品浓缩的方法主要有膜分离技术（包括反渗透、纳滤、超滤、微滤等n蒸慣、萃取、离P交换、蛋白沉淀,也|U采JI【闪蒸浓缩的方迖超滤主要用分离溶液屮蛋白质、多肮等大分子化合物，其膜孔径在10-lOOnm将截留标准有机物的分子定作为超滤膜截留性能的评判标准+超滤的分T讹范由一般为1000-30000S因此超滤膜能截留人分产有机物尤其是蛋白质、悬浮固体及胶体,广泛用r污水处理、料液澄清、人分子有机物分离提取。超滤的机理是,在一宦压力的驱动下.使溶液屮的小分子（包括溶剂和低分子帰溶质）穿过膜I的微孔到达

2、列一侧,高分T物质但扌舌高分子瘠质,乳化胶素团等）被截留在膜表面丄,实现筛孔分离,去除溶液屮小分子*浓缩高分子物质的目的T乳清液屮人分子物质茫要包括乳球蛋白、乳白蛋白、免疫球蛋白、乳铁传递蛋白、牛血清球蛋白、各种酶等其屮乳白蛋白分子眉约为14004乳球蛋门介门I过勺为1旳（）山Tl清球歩门釣为斶000呦。闪蒸技术绘早是在海水淡化处理屮使用的一种技术，现已逐渐应用到火丿J发电厂、石汕化匸厂、印染匸厂、造纸匸厂的废水处理和冋收屮,以及仿品行业如提高鲜奶屮干物质倉最、回收酒糟液屮妓酒含最等如5牛奶屮脂肪、蛋白质、酶茨都是热敏性物质加热易发生变性、.脂肪氧化使原何的芭、香、味虞生改变,产生氧化异味，破

3、坏牛奶的【I感,尤其泠却fli这种令人不愉快的异味很容易被消费者品尝出来。赵忐华等人的研究表明利.111标准化闪蒸系统，采I冃低温真空浓缩原理，可以蒸发一宦比例的水分,去除牛奶'11的膻味、不良气味，改善乳品品质,提讣了牛乳LI1乳周体的含ht*-在消IJIJ乳殆工业帀场屮是仍f的叫屮空纤维超滤膜是近年来开发的新品种，其不仅具仃诚留一定分子定蛋白质的作用,而且还具有杀菌功效因此木丈采用的屮空纤维超滤膜能截留6kDa以I.相对分就仃机物，一级一段循环式超滤装置浓缩乳清,探讨了操作温度对膜通定的影响、溶液pH对膜通定的影响、及出【I压丿J对膜渗透通危的影响,并初步研究了闪蒸浓缩乳清的匸艺技

4、术,并将这两种方迖进彳亍了比较乳清,山东省农科院兴牛乳业有限公司,马苏干酪副产物;牛血清白蛋白（BSA）,济南润达化学试剂有限公司.仪器与设备中空纤维超滤装置（DHUF）河北华泰净化技术匸程仃限公诃：多级闪蒸器（JMF-320型）河南金珮科技发展有限公司低速台式离心机（TDL-4013）上海安亭科学仪器厂；型分光光度计（V-1100D）上海美谱达仃限公司；电子天平（YP3001N熨）上海楕密仪器科仪器冇限公司；数显恒温水浴锅江苏金坛市金城国盛实验仪器厂；电热恒温鼓风干燥箱（DHG-9140A型）上海精宏实验设备何限公司；其他试验仪器为实验室常用仪器。3.2试验方法1料液成分检测方法（1）蛋白质

5、测定：采用GB5009.5-2010分光光度法测定，楕确称取5g左右样品经消化定容后，取5mL稀释样品液，滴加显色剂（山屮醛和乙酰丙酮配置），氢氧化钠及乙酸在00C加热反应15min后,在波长400nm卜测定含氮量,再乘以乳品蛋白换算系数6.38,即为样品中的蛋白质的含童。（2）乳糖测定：依WGB5413.5-2010|«莱茵埃农氏法测定，样品用一定吊草酸钾磷酸氢二钠和乙酸铅溶液除蛋门,定容到250mL后过滤，转移到滴定管中,取5mL费林甲液、5mL乙液及20mL蒸饰水p250mL三角烧瓶屮，放入玻隅珠，以次甲基兰为指示剂，在加热条件卜-滴定至蓝色褪尽，读取消耗样液体积，计算所含乳糖

6、最。（3）脂肪测定：按GBT14772-2008里面的索氏提取法测定,待测稀样品液经加热除水后,转移到索氏提取装置中，用乙醛萃取10h,通过萃取前后两次称量Z差即可得到脂肪含量。（4）灰分测定：按GB5009.4-2010JH面的马列炉灰化法测定，用9JI；炉在550C左右灼烧4h,冷却后,通过灼烧前后的称僦之差即町得到样液灰分的含就。（5）固形物测定：按GB5009.3-2010里的常压干燥法测定，用蒸发皿加热除去大最水后，用烘箱加热干燥，干燥前后称灵之差即为样液固形物含量。超滤浓缩工艺的研究（丨）乳清前处理：乳清液75C巴士杀菌15s,常温卜离心、过滤除去脂肪和酪蛋白，得到乳清澄清液,用于

7、超滤.（2）温度对膜通駅的切响：在料液pH值为5.5,Hill压力0.1MPa的条件下,为提离膜通就，11考虑到中空纤维超滤膜耐受温度50C和过高的温度会导致蛋匸I变性、细菌生长，将料液温度分别设置为15、25、35'C过滤、浓缩，考察在不同温度条件K料液的膜通駅的变化。（3）pH对膜通駅的影响：占虑到乳球蛋门在pH5.0产生沉淀，设置料液温度为25°C,出L1压力O.IMPa的条件下，用柠椽酸和氢氧化讷条节料液pH值分别为:4、4.5、5、5.5、6,测定膜通量的变化情况。（4）出丨I乐力对膜通杲影响：考虎到超滤稳定性，设宣料液温度为25°C、料液pHffi为5.

8、5的条件下,考察不同出口压力（0.05、0、05MPa）对超滤性能的影响，以膜通址为考察指标。（5）膜通战测泄方法：膜通砒为一定膜|侨枳卜，一定时间内透过水的溶剂吊，其计算公式为【回：Jw=W/AtJw为超滤的膜通量，单位LhF,W为透过的水凰，单位为L,A为膜的有效而枳，单位为】£,I超滤过程的透水时间，单位为h。闪蒸浓缩工艺的探究（1）仪器调试：忤先用5%氮氧化钠溶液（体枳比）或5%的盐酸溶液（体枳比）将设备内外消洗卡净。按照说明书将水泵、其空泵涂上润滑油，调试端动泵进料,流速是否可正常调整。检查工作系统的密闭性，保证真空度人J-0.08Mpa,否则会影响浓缩效果。最厉检测预热一

9、、预热及貞空家的温度调试足否IE常。（2）仪器的操作:打开真空泵、冷却水阀门,夹上浓缩液和溶剂回收液排出管,打开浓缩液与溶剂回收液回收瓶上的阀门:将浓缩液真空/常压转换阀、回收溶剂真空/常斥转换阀分别处真空状态：将一级预热温度设为105°C,二级预热温度设置IIO°C:用90°C热水将设备进行杀菌15min后放出；抽真空育到真空负压达到0.085Mpa以上，待加热拆示温度达到低J-设定温度510C时，打开蠕动泵开关,将蠕动泵导向开关调到顺时针方位后,开始进液,为了保持闪蒸管温度一定,分别试验为75、65C、55C、50*C,为得到般人浓缩效率，其相应的进料流晟分别

10、设置为60、70、80、90mL/min,.实验过程中,保持料液蒸发时间在一分钟以内,溶剂蒸发吊为冋收溶剂质駅占总进料磧的质乗rr分数.3.3结果与分析3.2. 1超滤浓缩工艺(1) 不同温度对超滤的影响-定压力,不同的料液温度15、25、35£条件，对澄消的乳清液进行超滤浓缩试验,结果如图3.1所示，膜的透水通駅威着温度的上升而增加，在25达到最大值,之后缓慢下降,这主要是因为温度升高后,乳清的黏度下降,传质能力増强,加快了料液在膜表面间隙中的扩散速度，降低了形成浓差极化的程度,因而可茯得较大的透液通呆当温度超过25*C后,透水通鼠开始降低,这是由于随着温度的上升，膜表而的吸附能力

11、冇所増加，造成膜孔址赛，加市膜的污染，使得透水通鼠降低，而且温度人高会影响乳清性质和膜的性能。因此，超滤浓缩选择25*C为宜，并且在实际操作中，该温度也比较容易维持和控制。图31透水通吊温度变化图(2) 不同pH值对超滤的影响蛋白质具有酸碱双車性，随着溶液pH值变化，其在水中所带电荷性发生变化,膜表面对蛋白质的吸附作用也发生变化。以透水通最为测定指标，得到不同料液pH值4、4.5、5、5.5、6与膜通量之间的关系曲线见图3.2。从图中可知,当温度、压力一定时，随着pH的增加膜通战在pH4.5时增加，然后降低，在pH5.5时乂上升。这是因为乳清中乳白蛋白等电点为4.27.5,乳球蛋白等电点在5左

12、右，蛋白质分子在等电点附近不带电荷，分子间没仃了静电排斥力，溶质溶剂作用力降低,使得料液中蛋白质易析出,聚集在膜表面，形成蛋白吸附层,所以该pH值膜的透水通量最小.当料液pH值远离蛋白质等电点时,S白质分子间静电排斥力增加，溶质与溶剂Z间的相互作川力増加,阻础蛋白质分片在膜表面聚集,捉升了蛋白质溶解度,pH人J-5时，膜透水通就増加。因此,选择最佳操作pH范国为5.56.0。图3.2透水通-PH变化图(3) 不同出丨I压力对超滤的影响超滤浓缩中选择适当的出口压不仅能摆脱小分物质而且还能避免“凝胶层”在膜衣而形成，获得超滤的域佳效果。本试验超滤装置的最人出门压力足0.3MPa,考虑到6kDa的膜

13、操作稳定性,分别设置0.05、0、0.15MPa出【I压力进行操作得到试验结果如图3.3从图中可以看出,提高操作压力对膜透水通駅影响很明显，本装置通过调节晞动泉转速來改变膜的操作压力，压力加人，料液进入速度加快，蛋白质分子的流动速度提高，与膜Z间的相互作用力提高,减缓“凝胶层”在膜表而的聚集和址塞，保持膜的仃效过滤而积，所以膜透水通駅随压力增加而增加。半压力提高到0.15MPa后，超滤通晟稍仃卜降。原因是为操作压力较小时，与膜的透水通最成正相关,随着操作压力的増加,大分子蛋白质在般表面吸附、聚集形成的凝胶层会达到饱和,若继续加大操作压力,凝胶层的厚度会増加,但此时溶剂的流通量没有增加，时间长了

14、易产生膜堵塞,降低循环速度,最终使设备运转难以维持稳定，因此为降低损耗，选择O.IMPa为操作压力。图3.3透水通駅一出丨1压力的变化图图3.3透水通駅一出丨1压力的变化图工_)>超滤浓缩最佳参数试验在超滤最佳试验温度25°C、操作压力的条件卜，浓缩乳清液营养成分与氐液的营养成分测定数据如表3。按质最分数讣算,蛋白质占总固形物比例从原乳清中9.46%提高到47.07%,因此，经过超滤膜技术可以得到蛋白含駅较高的浓缩液产品，貝有很高的经济效益。表31超滤工艺最佳参数试验数据表蛋白质/%脂肪/%乳糖/%干物质/%含水駅/%灰分妙乳清0.670.984.577.0892.720.53

15、浓缩乳消液3.530.093.277.5092.500.27闪蒸浓缩工艺闪蒸是料液乞负压作川卜快速通过加热系统(川仃效避免待料液中仃效成分因长时间受热而受到破坏)，达到一定的温度进入闪蒸室后，控制所述闪蒸室的压力,使其低于乳清液中水的饱和蒸汽压,所以一旦热乳清液进入闪蒸室,就可转变为过热水，快速气化，溶剂水受热便会裁发，乳消浓缩液温度得到降低，实现乳清的浓缩过程。真空压力0.085MPa,分别设置进料流量为60、70、80、90mL/min,同时对应的闪蒸管温度分别为75C、65°C、55C、50°C,测定蒸发杲和乳清浓缩液中蛋门质和乳糖，脂肪及固形物含鼠,试验结果在农3.

16、2中.农3.2闪蒸浓缩试验设计数据表设置最小进料流HI：60mL/min,蒸发时间1min.It试验结果发生氧化反应，产生异味现線,表明若真空室的蒸发温度趙过750则乳清液品质将会受很大影响:2、3、4兮样的感官品质差别不人，但由进料速疫加快，浓缩效果降低，蒸发駁依次降低，固形物含殳液依次降低，由j:闪蒸能耗高，进料速度人慢无疑会増加生产成本，因此选择蒸发温度65°C、进料流HI：70mL/m.n,真空度0.085MPa,蒸发时间一分钟为最佳工艺参数值，在该条件卜测得，乳清蛋白占固形物含最由原液中9.46%提高到10.76%。样枯号蒸发温度/C进料流鼠/mL/min蒸发杲浓缩液主要成分的倉彊脂肪蛋门乳糖固形物1号756070%浓缩液屮有氧化异味产生2V657065.83%2.01%1.93%12.87%17.94%3号558054%1.29%1.09%8.26%12.09%4号509039%1.12%0.97%7.99%11.33%从表3.2可知，真空压力0.085MPa,控制1号样料液的蒸发温度在75C,（1）马苏干酪乳清中乳糖含量最高为4.57%、蛋白质含量为0.67%、脂肪含最0.98%、灰分0.53%、固形物含量7.08%,营养物质丰富,通过不同浓缩方式可以得到组分含最不同的液态乳品，具有实际应丿IJ意义。（2）从产品品质角度分析，膜浓缩