專利名稱:一種從曲拉干酪素工業(yè)廢棄液中回收乳清蛋白的工藝的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于食品和飼料添加劑領域，具體地說是一種以曲拉干酪素工業(yè)廢棄液(曲拉酪蛋白凝固析出后，所剩廢棄液也稱粗乳清，含一定量的蛋白質(zhì)以及雜質(zhì))為原料回收乳清蛋白的工藝。
背景技術(shù)：
乳清是生產(chǎn)奶酪、干酪素的副產(chǎn)品。乳清具有較高的營養(yǎng)價值和利用價值，牛奶中35％的營養(yǎng)成分被留在乳清中，約含粗蛋白質(zhì)1.0％、粗脂肪0.3％～0.4％、總糖2％～3％(乳糖占99.8％)，此外還含有少量礦物質(zhì)和維生素；乳清蛋白質(zhì)屬于全價蛋白質(zhì)，含有組成蛋白質(zhì)的全部20種氨基酸，除含硫氨基酸含量稍低之外，其它幾種必需氨基酸的含量均較高，富含多種支連氨基酸—亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸，與FAO規(guī)定的氨基酸標準模式相比，是老弱病患者及動物的良好營養(yǎng)補充；牛奶中的維生素與無機鹽大部份轉(zhuǎn)入乳清中，含有人體及動物代謝必需的多種維生素與微量元素，乳清粉具有高溶解性、成膠性和乳化性，用于食品加工有利于提高慣打性、起泡性、充氣性，有效改善產(chǎn)品的外觀、增加風味，可被加工成乳清粉、乳清濃縮蛋白、乳清分離蛋白等多種產(chǎn)品，廣泛應用于焙烤食品、糖果、飲料、肉制品、醫(yī)藥等領域。還可作為仔畜高級斷奶飼料添加劑，降低仔豬腸道的pH值，抑制致病細菌的生長。
國外用鮮奶生產(chǎn)奶酪時，由于雜質(zhì)少，主要采用膜分離技術(shù)回收乳清中的蛋白質(zhì)，其過程較簡單，勞動強度低，往往沒有相變，過濾分離精度高，可在常溫下連續(xù)操作，產(chǎn)品品質(zhì)大大提高。
我國干酪素工業(yè)所用原料80％以上來源于曲拉(藏語牧民將牦牛、黃牛及其他牛奶的黃油提出后，自然發(fā)酵成粗奶酪，再風干成粗脫脂干奶酪)，一般每生產(chǎn)1kg牦牛曲拉干酪素可得到10kg乳清，即將曲拉用強堿溶解后，加入酸化劑(稀鹽酸)，在PH4.6下，一定時間內(nèi)酪蛋白凝固析出(用于制備干酪素)，同時排出粗乳清，由于曲拉干酪素乳清含雜質(zhì)大大高于鮮奶酪乳清，通常作為廢棄液排放，實際生產(chǎn)中沒有開展蛋白質(zhì)回收和利用，不僅浪費了生物營養(yǎng)資源，降低了企業(yè)經(jīng)濟效益，而且由于乳清廢液中有機物含量較高，生物耗氧量(BOD)較高，造成了嚴重的環(huán)境污染，企業(yè)每年因此投入大量排污費用。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種從曲拉干酪素工業(yè)廢棄液中回收乳清蛋白的工藝，以解決曲拉干酪素工業(yè)廢棄液——粗乳清排放造成的浪費生物營養(yǎng)資源、嚴重污染環(huán)境這一技術(shù)問題。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是一種從曲拉干酪素工業(yè)廢棄液中回收乳清蛋白的工藝，其步驟如下(1)粗乳清護色將蛋白含量≥1.1％的粗乳清引入貯罐中，加入食品級低亞硫酸鈉Na2S2O4和偏亞硫酸鈉Na2S2O5，分別占粗乳清重量的0.03‰～0.07‰、0.04‰～0.09‰，攪拌均勻；緩慢加入體積百分比濃度為10％～15％的HCl溶液，調(diào)節(jié)pH值至3.4～5.0，經(jīng)雙層100目篩網(wǎng)過濾；(2)殺菌及除臭過濾后的粗乳清在85～90℃、15～30sec條件下高溫短時殺菌，殺菌后降溫至40～46℃，再進入噴霧式真空脫氣機中，真空度85～95KPa、時間5～15秒，以減少料液中不良氣味和泡沫；(3)超濾超濾流程為一級兩段式，殺菌、除臭后的粗乳清進入螺旋卷式膜組件，濾膜材料選用復合膜，截留分子量≥7500，進料液加壓一次，通過第一段超濾膜組件得到濃縮液，該濃縮液再作為第二段超濾膜的進料液，通過第二段膜組件，濃縮至超濾前粗乳清液量的1/3，即可等待濃縮及干燥，主要操作參數(shù)為過膜壓力65～85KPa，水通量60～90L/m2·h，料液溫度33～45℃，pH值3.4～5.0，分離率≥95％，膜設備日處理量25～30t，超濾后濃縮乳清蛋白含量≥3.2％；超濾后的各段透過液經(jīng)普通厭氧接觸法或納濾后，達到GB8978～1996標準即可排放；(4)濃縮及干燥超濾液進入真空濃縮器中，濃縮至乳清蛋白含量30％～45％即可，濃縮器真空度4.9～5.5KPa、加熱溫度70～85℃、蒸發(fā)溫度55～70℃及蒸汽壓力7.5～9.5Pa；濃縮液進入離心式噴霧干燥機中，熱風溫度120～130℃、干燥時間4～7sec，干燥室內(nèi)壁溫度≤75℃，濃縮液經(jīng)噴霧干燥后，得到乳清蛋白粉，產(chǎn)品質(zhì)量指標為淡黃色，無異味，出品率≥2.1％，蛋白質(zhì)≥64.0％，乳糖≥5.0％，脂肪≤0.5％，灰分≤3.4％，水分≤3.0％，酸度≤0.12，不溶度指數(shù)≤0.3ml，粒徑≤110μm；衛(wèi)生指標為Pb≤0.3mg/kg，細菌總數(shù)≤2000個/g，大腸菌群≤40個/100g，霉菌≤50個/g，致病菌不得檢出。
本發(fā)明提供的上述從曲拉干酪素工業(yè)廢棄液中回收乳清蛋白的工藝，其特點在于①預處理采用護色。為防止粗乳清在多次處理過程中氧化色變，本發(fā)明在粗乳清中加入還原性護色劑，分解或破壞其中類黑色素物質(zhì)，減少羰氨反應前體物質(zhì)，降低了羰氨反應產(chǎn)生的類黑精，明顯改善了料液的不良黃褐色。②采用脫臭處理。為減少粗乳清中的不良酸敗味，本發(fā)明在對料液高溫短時殺菌后即脫臭處理，加熱升溫有利于異味揮發(fā)，脫氣則排出了一部分酸敗異味，復現(xiàn)牦牛乳自然乳香味，減少了液體泡沫，提高了超濾膜效率。③本發(fā)明確定了超濾分離所采用的合理膜材料、操作方式和工作參數(shù)。由于粗乳清料液中含一定蛋白質(zhì)，還殘留了少量脂肪、雜質(zhì)等，超濾分離既可有效分離出乳清蛋白，又可減少產(chǎn)品中雜質(zhì)、褐色素及異味物質(zhì)。④針對乳清蛋白耐熱性不高，在殺菌、干燥時，采用中溫、高溫，而不采用高溫、超高溫，在超濾、濃縮時，采用中溫、低溫，而不采用高溫，盡量避免高溫長時間處理。既不破壞熱敏性蛋白成分，也減少了色變和異味等產(chǎn)品品質(zhì)的惡化。
由于采用上述工藝技術(shù)，得到了純度高、色澤白、無異味、產(chǎn)品品質(zhì)好、應用領域廣泛的乳清粉，操作工藝簡單、分離率高、安全條件好、生產(chǎn)效率高，變廢為寶，減輕了環(huán)境污染。
具體實施方式實施例1將曲拉酪蛋白凝固后所析出的廢棄液(也即粗乳清，蛋白含量1.1％)引入貯罐中，約30t，加入食品級低亞硫酸鈉1.2kg和偏亞硫酸鈉2.7kg，攪拌至溶解完全，緩緩加入少量體積百分比為10％的HCl溶液，用pH試紙測試，至pH值在3.8；用高壓泵將料液打入安裝有雙層100目篩網(wǎng)的管道過濾，除去未溶解物及部分雜質(zhì)；乳清液有一定熱敏感性，應避免長時間超高溫處理。將乳清液引入板式換熱器加熱段中，高溫短時殺菌(85℃，28sec)，殺菌后熱液進入板式換熱器冷卻段，降溫至45℃；粗乳清再進入噴霧式真空脫氣機中，真空度95Kpa，時間7sec，除去部分泡沫和異味臭氣；由于粗乳清懸浮固體含量多，超濾時膜面易產(chǎn)生蛋白質(zhì)凝乳層，曲拉乳清蛋白分子量為7500～35000，變異范圍比荷斯坦奶牛大，故本發(fā)明膜設備采用螺旋卷式組件，濾膜材料選用復合膜，可截留分子量≥7500。由于性能穩(wěn)定，機械強度好，親水性較好，其膜的水通量大，價格較其他膜便宜，并有較強的耐污染性。
粗乳清進入螺旋卷式膜設備，一級兩段式，濾膜材料為醋酸纖維復合膜，過膜壓力維持在68KPa，水通量65L/m2·h，料液溫度45℃，PH值3.5，濃縮至超濾前粗乳清液量的1/3即可進入貯槽，等待濃縮及干燥；超濾液(蛋白含量3.2％)進入真空濃縮器中，真空度5.0KPa，加熱溫度73℃，蒸發(fā)溫度70℃，蒸汽壓力9.4Pa，濃縮至乳清蛋白含量33％；再進入噴霧干燥機干燥，熱風溫度121℃、干燥室內(nèi)壁溫度65℃，干燥時間7秒，得到符合產(chǎn)品質(zhì)量指標的乳清蛋白粉。
樣品檢驗檢驗結(jié)果淡黃色，無異味，出品率2.4％，蛋白質(zhì)65.0％，乳糖5.4％，脂肪0.45％，灰分3.3％，水分2.8％，酸度0.10，不溶度指數(shù)0.3ml，粒徑≤110μm。衛(wèi)生指標為Pb含量0.1mg/kg，細菌總數(shù)600個/g，大腸菌群20個/100g，霉菌10個/g，致病菌未檢出。
實施例2將曲拉酪蛋白凝固后所析出的廢棄液(也即粗乳清，蛋白含量1.3％)引入貯罐中，約30t，加入食品級低亞硫酸鈉2.1kg和偏亞硫酸氫鈉1.3kg，攪拌至溶解完全，緩緩加入少量體積百分比為15％的HCl溶液，用pH試紙測試，調(diào)節(jié)pH值在4，5；用高壓泵將料液打入安裝有雙層100目篩網(wǎng)的管道過濾，除去未溶解物及部分雜質(zhì)；將乳清液引入板式換熱器加熱段中，高溫短時殺菌(90℃，16sec)，殺菌后熱液進入板式換熱器冷卻段，降溫至42℃；粗乳清再進入噴霧式真空脫氣機中，真空度86KPa，時間13sec，除去部分空氣和異味臭氣；粗乳清進入平板式膜設備，濾膜材料為聚酰胺復合膜，一級兩段式，過膜壓力維持在84KPa，水通量88L/m2·h，料液溫度34℃，PH值4.7，濃縮至超濾前粗乳清液量的1/3即可進入貯槽，等待濃縮及干燥；各段的透過液成為廢液連續(xù)排出；
超濾液(蛋白含量3.6％)進入真空濃縮器中，真空度5.5KPa，加熱溫度84℃，蒸發(fā)溫度56℃，蒸汽壓力7.6Pa，濃縮至乳清蛋白含量42％；再進入噴霧干燥機干燥，熱風溫度130℃、干燥室內(nèi)壁溫度68℃，干燥時間4sec，得到符合產(chǎn)品質(zhì)量指標的乳清蛋白粉。
樣品檢驗檢驗結(jié)果淡黃色，無異味，出品率2.7％，蛋白質(zhì)64.0％，乳糖5.5％，脂肪0.4％，灰分3.2％，水分2.7％，酸度0.11，不溶度指數(shù)0.28ml，粒徑≤110μm。衛(wèi)生指標為Pb含量0.05mg/kg，細菌總數(shù)300個/g，大腸菌群15個/100g，霉菌12個/g，致病菌未檢出。
另外，需要說明的是超濾膜每隔2天應注水清洗一次，每隔7天用加酶洗滌劑清洗一次，以保證透水性，延長使用壽命。
超濾時各段的透過液成為廢液排放，鑒于大規(guī)模處理時的成本過高，加之超濾后透過液的有機質(zhì)含量已大大下降，因此，超濾后透過液不用納濾，而采用普通厭氧接觸法處理，即可達到GB8978～1996標準而排放。
權(quán)利要求
1.一種從曲拉干酪素工業(yè)廢棄液中回收乳清蛋白的工藝，其特征在于該工藝包括如下步驟(1)粗乳清護色將蛋白含量≥1.1％的粗乳清引入貯罐中，加入食品級低亞硫酸鈉Na2S2O4和偏亞硫酸鈉Na2S2O5，分別占粗乳清重量的0.03‰～0.07‰、0.04‰～0.09‰，攪拌均勻；緩慢加入體積百分比濃度為10％～15％的HCl溶液，調(diào)節(jié)pH值至3.4～5.0，經(jīng)雙層100目篩網(wǎng)過濾；(2)殺菌及除臭過濾后的粗乳清在85～90℃、15～30sec條件下高溫短時殺菌，殺菌后降溫至40～46℃，再進入噴霧式真空脫氣機中，真空度85～95kPa、時間5～15秒，以減少料液中不良氣味和泡沫；(3)超濾超濾流程為一級兩段式，殺菌、除臭后的粗乳清進入螺旋卷式膜組件，濾膜材料選用復合膜，截留分子量≥7500，進料液加壓一次，通過第一段超濾膜組件得到濃縮液，該濃縮液再作為第二段超濾膜的進料液，通過第二段膜組件，濃縮至超濾前粗乳清液量的1/3，即可等待濃縮及干燥，主要操作參數(shù)為過膜壓力65～85kPa，水通量60～90L/m2·h，料液溫度33～45℃，pH值3.4～5.0，分離率≥95％，膜設備日處理量25～30t，超濾后濃縮乳清蛋白含量≥3.2％；超濾后的各段透過液經(jīng)普通厭氧接觸法或納濾后，達到GB8978～1996標準即可排放；(4)濃縮及干燥超濾液進入真空濃縮器中，濃縮至乳清蛋白含量30％～45％即可，濃縮器真空度4.9～5.5kPa、加熱溫度70～85℃、蒸發(fā)溫度55～70℃及蒸汽壓力7.5～9.5Pa；濃縮液進入離心式噴霧干燥機中，熱風溫度120～130℃、干燥時間4～7sec，干燥室內(nèi)壁溫度≤75℃，濃縮液經(jīng)噴霧干燥后，得到乳清蛋白粉，產(chǎn)品質(zhì)量指標為淡黃色，無異味，出品率≥2.1％，蛋白質(zhì)≥64.0％，乳糖≥5.0％，脂肪≤0.5％，灰分≤3.4％，水分≤3.0％，酸度≤0.12，不溶度指數(shù)≤0.3ml，粒徑≤110μm；衛(wèi)生指標為Pb≤0.3mg/kg，細菌總數(shù)≤2000個/g，大腸菌群≤40個/100g，霉菌≤50個/g，致病菌不得檢出。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種從曲拉干酪素工業(yè)廢棄液中回收乳清蛋白的工藝，其特征在于在蛋白含量≥1.1％的粗乳清(即廢棄液)中，加入低亞硫酸鈉和偏亞硫酸鈉進行護色處理，調(diào)節(jié)pH值后過濾；過濾后經(jīng)高溫短時殺菌及除臭，進入螺旋卷式膜組件超濾，濃縮至超濾前粗乳清液量的1/3；超濾液進入真空濃縮器濃縮至乳清蛋白含量30％～45％，濃縮液經(jīng)噴霧干燥后，得到乳清蛋白粉。本發(fā)明工藝簡單、分離率高、安全條件好、生產(chǎn)效率高、變廢為寶，解決了曲拉干酪素工業(yè)廢棄液——粗乳清排放造成的浪費生物營養(yǎng)資源、嚴重污染環(huán)境這一技術(shù)問題。采用本發(fā)明工藝得到的乳清蛋白粉純度高、色澤白、無異味、產(chǎn)品品質(zhì)好、應用領域廣泛。
文檔編號A23L1/305GK1994108SQ200610105264
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月15日
發(fā)明者余群力, 韓玲, 敏文祥 申請人:余群力導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan