乳清濃縮工藝技術

1、乳清濃縮工藝技術干酩副產(chǎn)物乳清量大且稀，其中豐富的營養(yǎng)物質必須通過濃縮才能得到有效的利用。目前，常用于乳品濃縮的方法主要有膜分離技術（包括反滲透、納濾、超濾、微濾等n蒸慣、萃取、離P交換、蛋白沉淀,也|U采JI【閃蒸濃縮的方迖超濾主要用分離溶液屮蛋白質、多骯等大分子化合物，其膜孔徑在10-lOOnm將截留標準有機物的分子定作為超濾膜截留性能的評判標準+超濾的分T訛范由一般為1000-30000S因此超濾膜能截留人分產(chǎn)有機物尤其是蛋白質、懸浮固體及膠體,廣泛用r污水處理、料液澄清、人分子有機物分離提取。超濾的機理是,在一宦壓力的驅動下.使溶液屮的小分子（包括溶劑和低分子帰溶質）穿過膜I的微孔到達

2、列一側,高分T物質但扌舌高分子瘠質,乳化膠素團等）被截留在膜表面丄,實現(xiàn)篩孔分離,去除溶液屮小分子*濃縮高分子物質的目的T乳清液屮人分子物質茫要包括乳球蛋白、乳白蛋白、免疫球蛋白、乳鐵傳遞蛋白、牛血清球蛋白、各種酶等其屮乳白蛋白分子眉約為14004乳球蛋門介門I過勺為1旳（）山Tl清球歩門釣為斶000呦。閃蒸技術繪早是在海水淡化處理屮使用的一種技術，現(xiàn)已逐漸應用到火丿J發(fā)電廠、石汕化匸廠、印染匸廠、造紙匸廠的廢水處理和冋收屮,以及仿品行業(yè)如提高鮮奶屮干物質倉最、回收酒糟液屮妓酒含最等如5牛奶屮脂肪、蛋白質、酶茨都是熱敏性物質加熱易發(fā)生變性、.脂肪氧化使原何的芭、香、味虞生改變,產(chǎn)生氧化異味，破

3、壞牛奶的【I感,尤其泠卻fli這種令人不愉快的異味很容易被消費者品嘗出來。趙忐華等人的研究表明利.111標準化閃蒸系統(tǒng)，采I冃低溫真空濃縮原理，可以蒸發(fā)一宦比例的水分,去除牛奶'11的膻味、不良氣味，改善乳品品質,提訃了牛乳LI1乳周體的含ht*-在消IJIJ乳殆工業(yè)帀場屮是仍f的叫屮空纖維超濾膜是近年來開發(fā)的新品種，其不僅具仃誠留一定分子定蛋白質的作用,而且還具有殺菌功效因此木丈采用的屮空纖維超濾膜能截留6kDa以I.相對分就仃機物，一級一段循環(huán)式超濾裝置濃縮乳清,探討了操作溫度對膜通定的影響、溶液pH對膜通定的影響、及出【I壓丿J對膜滲透通危的影響,并初步研究了閃蒸濃縮乳清的匸藝技

4、術,并將這兩種方迖進彳亍了比較乳清,山東省農(nóng)科院興牛乳業(yè)有限公司,馬蘇干酪副產(chǎn)物;牛血清白蛋白（BSA）,濟南潤達化學試劑有限公司.儀器與設備中空纖維超濾裝置（DHUF）河北華泰凈化技術匸程仃限公訶：多級閃蒸器（JMF-320型）河南金珮科技發(fā)展有限公司低速臺式離心機（TDL-4013）上海安亭科學儀器廠；型分光光度計（V-1100D）上海美譜達仃限公司；電子天平（YP3001N熨）上海楕密儀器科儀器冇限公司；數(shù)顯恒溫水浴鍋江蘇金壇市金城國盛實驗儀器廠；電熱恒溫鼓風干燥箱（DHG-9140A型）上海精宏實驗設備何限公司；其他試驗儀器為實驗室常用儀器。3.2試驗方法1料液成分檢測方法（1）蛋白質

5、測定：采用GB5009.5-2010分光光度法測定，楕確稱取5g左右樣品經(jīng)消化定容后，取5mL稀釋樣品液，滴加顯色劑（山屮醛和乙酰丙酮配置），氫氧化鈉及乙酸在00C加熱反應15min后,在波長400nm卜測定含氮量,再乘以乳品蛋白換算系數(shù)6.38,即為樣品中的蛋白質的含童。（2）乳糖測定：依WGB5413.5-2010|«萊茵埃農(nóng)氏法測定，樣品用一定吊草酸鉀磷酸氫二鈉和乙酸鉛溶液除蛋門,定容到250mL后過濾，轉移到滴定管中,取5mL費林甲液、5mL乙液及20mL蒸飾水p250mL三角燒瓶屮，放入玻隅珠，以次甲基蘭為指示劑，在加熱條件卜-滴定至藍色褪盡，讀取消耗樣液體積，計算所含乳糖

6、最。（3）脂肪測定：按GBT14772-2008里面的索氏提取法測定,待測稀樣品液經(jīng)加熱除水后,轉移到索氏提取裝置中，用乙醛萃取10h,通過萃取前后兩次稱量Z差即可得到脂肪含量。（4）灰分測定：按GB5009.4-2010JH面的馬列爐灰化法測定，用9JI；爐在550C左右灼燒4h,冷卻后,通過灼燒前后的稱僦之差即町得到樣液灰分的含就。（5）固形物測定：按GB5009.3-2010里的常壓干燥法測定，用蒸發(fā)皿加熱除去大最水后，用烘箱加熱干燥，干燥前后稱靈之差即為樣液固形物含量。超濾濃縮工藝的研究（丨）乳清前處理：乳清液75C巴士殺菌15s,常溫卜離心、過濾除去脂肪和酪蛋白，得到乳清澄清液,用于

7、超濾.（2）溫度對膜通駅的切響：在料液pH值為5.5,Hill壓力0.1MPa的條件下,為提離膜通就，11考慮到中空纖維超濾膜耐受溫度50C和過高的溫度會導致蛋匸I變性、細菌生長，將料液溫度分別設置為15、25、35'C過濾、濃縮，考察在不同溫度條件K料液的膜通駅的變化。（3）pH對膜通駅的影響：占慮到乳球蛋門在pH5.0產(chǎn)生沉淀，設置料液溫度為25°C,出L1壓力O.IMPa的條件下，用檸椽酸和氫氧化訥條節(jié)料液pH值分別為:4、4.5、5、5.5、6,測定膜通量的變化情況。（4）出丨I樂力對膜通杲影響：考虎到超濾穩(wěn)定性，設宣料液溫度為25°C、料液pHffi為5.

8、5的條件下,考察不同出口壓力（0.05、0、05MPa）對超濾性能的影響，以膜通址為考察指標。（5）膜通戰(zhàn)測泄方法：膜通砒為一定膜|僑枳卜，一定時間內(nèi)透過水的溶劑吊，其計算公式為【回：Jw=W/AtJw為超濾的膜通量，單位LhF,W為透過的水凰，單位為L,A為膜的有效而枳，單位為】£,I超濾過程的透水時間，單位為h。閃蒸濃縮工藝的探究（1）儀器調(diào)試：忤先用5%氮氧化鈉溶液（體枳比）或5%的鹽酸溶液（體枳比）將設備內(nèi)外消洗卡凈。按照說明書將水泵、其空泵涂上潤滑油，調(diào)試端動泵進料,流速是否可正常調(diào)整。檢查工作系統(tǒng)的密閉性，保證真空度人J-0.08Mpa,否則會影響濃縮效果。最厲檢測預熱一

9、、預熱及貞空家的溫度調(diào)試足否IE常。（2）儀器的操作:打開真空泵、冷卻水閥門,夾上濃縮液和溶劑回收液排出管,打開濃縮液與溶劑回收液回收瓶上的閥門:將濃縮液真空/常壓轉換閥、回收溶劑真空/常斥轉換閥分別處真空狀態(tài)：將一級預熱溫度設為105°C,二級預熱溫度設置IIO°C:用90°C熱水將設備進行殺菌15min后放出；抽真空育到真空負壓達到0.085Mpa以上，待加熱拆示溫度達到低J-設定溫度510C時，打開蠕動泵開關,將蠕動泵導向開關調(diào)到順時針方位后,開始進液,為了保持閃蒸管溫度一定,分別試驗為75、65C、55C、50*C,為得到般人濃縮效率，其相應的進料流晟分別

10、設置為60、70、80、90mL/min,.實驗過程中,保持料液蒸發(fā)時間在一分鐘以內(nèi),溶劑蒸發(fā)吊為冋收溶劑質駅占總進料磧的質乗rr分數(shù).3.3結果與分析3.2. 1超濾濃縮工藝(1) 不同溫度對超濾的影響-定壓力,不同的料液溫度15、25、35£條件，對澄消的乳清液進行超濾濃縮試驗,結果如圖3.1所示，膜的透水通駅威著溫度的上升而增加，在25達到最大值,之后緩慢下降,這主要是因為溫度升高后,乳清的黏度下降,傳質能力増強,加快了料液在膜表面間隙中的擴散速度，降低了形成濃差極化的程度,因而可茯得較大的透液通呆當溫度超過25*C后,透水通鼠開始降低,這是由于隨著溫度的上升，膜表而的吸附能力

11、冇所増加，造成膜孔址賽，加市膜的污染，使得透水通鼠降低，而且溫度人高會影響乳清性質和膜的性能。因此，超濾濃縮選擇25*C為宜，并且在實際操作中，該溫度也比較容易維持和控制。圖31透水通吊溫度變化圖(2) 不同pH值對超濾的影響蛋白質具有酸堿雙車性，隨著溶液pH值變化，其在水中所帶電荷性發(fā)生變化,膜表面對蛋白質的吸附作用也發(fā)生變化。以透水通最為測定指標，得到不同料液pH值4、4.5、5、5.5、6與膜通量之間的關系曲線見圖3.2。從圖中可知,當溫度、壓力一定時，隨著pH的增加膜通戰(zhàn)在pH4.5時增加，然后降低，在pH5.5時乂上升。這是因為乳清中乳白蛋白等電點為4.27.5,乳球蛋白等電點在5左

12、右，蛋白質分子在等電點附近不帶電荷，分子間沒仃了靜電排斥力，溶質溶劑作用力降低,使得料液中蛋白質易析出,聚集在膜表面，形成蛋白吸附層,所以該pH值膜的透水通量最小.當料液pH值遠離蛋白質等電點時,S白質分子間靜電排斥力增加，溶質與溶劑Z間的相互作川力増加,阻礎蛋白質分片在膜表面聚集,捉升了蛋白質溶解度,pH人J-5時，膜透水通就増加。因此,選擇最佳操作pH范國為5.56.0。圖3.2透水通-PH變化圖(3) 不同出丨I壓力對超濾的影響超濾濃縮中選擇適當?shù)某隹趬翰粌H能擺脫小分物質而且還能避免“凝膠層”在膜衣而形成，獲得超濾的域佳效果。本試驗超濾裝置的最人出門壓力足0.3MPa,考慮到6kDa的膜

13、操作穩(wěn)定性,分別設置0.05、0、0.15MPa出【I壓力進行操作得到試驗結果如圖3.3從圖中可以看出,提高操作壓力對膜透水通駅影響很明顯，本裝置通過調(diào)節(jié)晞動泉轉速來改變膜的操作壓力，壓力加人，料液進入速度加快，蛋白質分子的流動速度提高，與膜Z間的相互作用力提高,減緩“凝膠層”在膜表而的聚集和址塞，保持膜的仃效過濾而積，所以膜透水通駅隨壓力增加而增加。半壓力提高到0.15MPa后，超濾通晟稍仃卜降。原因是為操作壓力較小時，與膜的透水通最成正相關,隨著操作壓力的増加,大分子蛋白質在般表面吸附、聚集形成的凝膠層會達到飽和,若繼續(xù)加大操作壓力,凝膠層的厚度會増加,但此時溶劑的流通量沒有增加，時間長了

14、易產(chǎn)生膜堵塞,降低循環(huán)速度,最終使設備運轉難以維持穩(wěn)定，因此為降低損耗，選擇O.IMPa為操作壓力。圖3.3透水通駅一出丨1壓力的變化圖圖3.3透水通駅一出丨1壓力的變化圖工_)>超濾濃縮最佳參數(shù)試驗在超濾最佳試驗溫度25°C、操作壓力的條件卜，濃縮乳清液營養(yǎng)成分與氐液的營養(yǎng)成分測定數(shù)據(jù)如表3。按質最分數(shù)訃算,蛋白質占總固形物比例從原乳清中9.46%提高到47.07%,因此，經(jīng)過超濾膜技術可以得到蛋白含駅較高的濃縮液產(chǎn)品，貝有很高的經(jīng)濟效益。表31超濾工藝最佳參數(shù)試驗數(shù)據(jù)表蛋白質/%脂肪/%乳糖/%干物質/%含水駅/%灰分妙乳清0.670.984.577.0892.720.53

15、濃縮乳消液3.530.093.277.5092.500.27閃蒸濃縮工藝閃蒸是料液乞負壓作川卜快速通過加熱系統(tǒng)(川仃效避免待料液中仃效成分因長時間受熱而受到破壞)，達到一定的溫度進入閃蒸室后，控制所述閃蒸室的壓力,使其低于乳清液中水的飽和蒸汽壓,所以一旦熱乳清液進入閃蒸室,就可轉變?yōu)檫^熱水，快速氣化，溶劑水受熱便會裁發(fā)，乳消濃縮液溫度得到降低，實現(xiàn)乳清的濃縮過程。真空壓力0.085MPa,分別設置進料流量為60、70、80、90mL/min,同時對應的閃蒸管溫度分別為75C、65°C、55C、50°C,測定蒸發(fā)杲和乳清濃縮液中蛋門質和乳糖，脂肪及固形物含鼠,試驗結果在農(nóng)3.

16、2中.農(nóng)3.2閃蒸濃縮試驗設計數(shù)據(jù)表設置最小進料流HI：60mL/min,蒸發(fā)時間1min.It試驗結果發(fā)生氧化反應，產(chǎn)生異味現(xiàn)線,表明若真空室的蒸發(fā)溫度趙過750則乳清液品質將會受很大影響:2、3、4兮樣的感官品質差別不人，但由進料速疫加快，濃縮效果降低，蒸發(fā)駁依次降低，固形物含殳液依次降低，由j:閃蒸能耗高，進料速度人慢無疑會増加生產(chǎn)成本，因此選擇蒸發(fā)溫度65°C、進料流HI：70mL/m.n,真空度0.085MPa,蒸發(fā)時間一分鐘為最佳工藝參數(shù)值，在該條件卜測得，乳清蛋白占固形物含最由原液中9.46%提高到10.76%。樣枯號蒸發(fā)溫度/C進料流鼠/mL/min蒸發(fā)杲濃縮液主要成分的倉彊脂肪蛋門乳糖固形物1號756070%濃縮液屮有氧化異味產(chǎn)生2V657065.83%2.01%1.93%12.87%17.94%3號558054%1.29%1.09%8.26%12.09%4號509039%1.12%0.97%7.99%11.33%從表3.2可知，真空壓力0.085MPa,控制1號樣料液的蒸發(fā)溫度在75C,（1）馬蘇干酪乳清中乳糖含量最高為4.57%、蛋白質含量為0.67%、脂肪含最0.98%、灰分0.53%、固形物含量7.08%,營養(yǎng)物質豐富,通過不同濃縮方式可以得到組分含最不同的液態(tài)乳品，具有實際應丿IJ意義。（2）從產(chǎn)品品質角度分析，膜濃縮