Herstellungsprozess von Molkenproteinpulver

Vorrede

Dieser Produktionsprozess verwendet die vollständige Membrantrenntechnologie, die von Zhuolineng Technology Co., Ltd. unabhängig entwickelt wurde, und ersetzt die traditionelle thermische Konzentrations- und Isoelektrische Fällungstechnologie. Es realisiert eine physikalische Trennung bei niedriger Temperatur ohne Phasenänderung, behält die natürliche Ernährungsaktivität von Molkenprotein, reduziert die Dosierung von Zusatzstoffen, verbessert die Proteinausbeute und die Reinheit des Fertigprodukts und ist für die Produktion von WPC (Molkenprotein-Konzentrat), WPI (Molkenprotein-Isolat) und hydrolysiertem Molkenproteinpulver geeignet.

1. Abschnitt für die Aufnahme und Vorbehandlung von Rohmaterialien

1.1 Prüfung und Lagerung von Rohmaterialien

Rohmaterial: Süße Molkenflüssigkeit / saure Molkenflüssigkeit, ein Nebenprodukt aus der Käse- und Kaseinproduktion (Trockensubstanz: 5%–7%, Rohprotein: 0.6%–1.0%, Laktose: 4.0%–5.0%, Asche: 0.5%–0.8%).

• Die rohe Molkenflüssigkeit wird vor dem Einfüllen in den Tank zur Indexerfassung entnommen: Proteingehalt, pH-Wert (süße Molke pH 5.8~6.4; saure Molke pH 4.2~4.8), Fettgehalt, Gesamtzahl der Mikroorganismen, Schwebstoffe.

• Qualifizierte rohe Molke wird in einen isolierten Edelstahl-Speichertank gepumpt (Kühlung bei 4°C, Lagerzeit ≤24h), um die Vermehrung von Mikroorganismen und die Denaturierung von Proteinen zu verhindern.

1.2 Vorfiltration und Grobverunreinigungsentfernung

1. Primärfiltration: Ein 50-μm-Säckchenfilter entfernt grobe Käsereste, Caseinfragmente und große schwebende Verunreinigungen, um die nachfolgenden Membranelemente vor Kratzern und Verstopfungen zu schützen.

2. Fettentfernung: Ein Scheibenförmiges Flachmembran-Vorseparationssystem (Scheibenflachmembranausrüstung) entfernt restliche Sahne und Milchfett; die Membran hält Fettkügelchen zurück, das Permeat ist entfettete klare Molkelösung.

Gerätevorteil: Hohe Anti-Verschmutzungsfähigkeit, Rückspülung und Luftspülung möglich, niedrige Vorbehandlungskosten, geeignet für Molkerohflüssigkeit mit hoher Suspension.

1. Feine pH-Einstellung: Lebensmittelqualitätssäure/Lauge wird zugegeben, um den pH-Wert der Molke auf den Zielwert einzustellen, der mit dem nachfolgenden Ultrafiltrationsprozess übereinstimmt, um den Verlust durch isoelektrische Proteinfällung zu vermeiden.

2. Kernmembrantrenn- und Fraktionierungsabschnitt (Schlüsselarbeitsverfahren, Rollmembranserieausrüstung)

Der gesamte Abschnitt verwendet Niedertemperatur-Membrantrennung (Betriebstemperatur ≤40℃), nur physikalische Trennung ohne Heißverdampfung, um die natürliche biologische Aktivität des Proteins zu erhalten.

2.1 Ultrafiltration (UF): Molkenprotein-Konzentrierung und Laktosetrennung (Roll-Ultrafiltrationsmembranausrüstung)

• Membranparameter: Roll-organische Ultrafiltrationsmembran, MWCO (Molecular Weight Cut Off): 10kDa~50kDa; Arbeitsdruck: 3–18 Bar; Betriebstemperatur ≤38℃.

• Trennungsprinzip: Proteinmakromoleküle (Molkenprotein-Molekulargewicht 10kDa~60kDa) werden von der UF-Membran zurückgehalten, um konzentrierte Molkenretentate (WPC-konzentrierte Zulauf) zu bilden; kleine Moleküle (Laktose, Mineralsalz, Monosaccharid, Wasser) passieren die Membran als UF-Permeat (laktosehaltige Abfallflüssigkeit für die sekundäre Wiedergewinnung).

• Prozesssteuerung: Zirkulierende Kreuzstromfiltration, intermittierende Online-CIP-Reinigung zur Beseitigung von Proteinverschmutzungen auf der Membranoberfläche; der Feststoffgehalt des Retentats steigt auf 18 %–28 %, um WPC-Konzentratflüssigkeit (Rohstoff für WPC80/WPC70 Molkenkonzentratpulver) zu erhalten.

• Produktausgabe:① Retentat: Konzentrierte Molkenproteinflüssigkeit zur Sprühtrocknung zu Molkenprotein-Konzentratpulver (WPC70/WPC80).② UF-Permeat: Lactose- und Asche-Mischfutter, das zur Nanofiltrationsstufe zur Anreicherung von Lactose und Entsalzung geleitet wird.

2.2 Nanofiltration (NF): Entsalzung des Permeats und Konzentrierung der Lactose (Rollenartige Nanofiltrationsmembranausrüstung)

• Membranparameter: Rollenartige NF-Membran, MWCO: 100–1000 Da, Arbeitsdruck: 5–22 Bar, Temperatur ≤38 °C.

• Funktion: Trennen von anorganischen Mineralsalzen (Asche) und Lactose aus dem UF-Permeat; die NF hält die Disaccharid-Lactose zurück und lässt einwertige anorganische Salze (Na⁺, K⁺, Cl⁻) in das NF-Permeat passieren.

• Prozess: Das NF-Retentat ist eine entsalzte, konzentrierte Laktoselösung (kann unabhängig zu Lebensmittelqualitäts-Laktosepulver getrocknet werden); das NF-Permeat (hochsalzhaltiges Abwasser) wird in die Umkehrosmose geleitet, um Wasser zurückzugewinnen und eine Nullabfallbehandlung durchzuführen.

2.3 Umkehrosmose (RO): Wasserwiedergewinnung und Abwasserbehandlung (spiralförmige RO-Membraneinrichtung)

• Die RO-Membran hält alle löslichen kleinen Molekülsubstanzen zurück; das reine Wasser-Permeat wird für die Produktion, CIP-Reinigung, Gerätewäsche und Rohmolkendünnung rezykliert; die RO-konzentrierte Sole wird gesammelt und zentral umweltgerecht behandelt, wodurch eine Wiederverwendung des Produktionswassers und eine Emissionsminderung erreicht wird.

2.4 Zusätzlicher Schritt für die Herstellung von WPI Molkenprotein-Isolat

Für die Herstellung von WPI (Protein ≥90%): Verwenden Sie sekundäre NF + feine UF-Tiefentsalzung an der primären UF-konzentrierten WPC-Lösung, um restliche Laktose und Asche zu entfernen, und reichern Sie das Protein weiter auf ≥90% in der festen Phase an, bevor Sie sprühtrocknen.

3. Sterilisierung und Homogenisierung - Vorbehandlung vor dem Trocknen

1. Mikrobielle Sterilfiltration: Tubuläres keramisches Membran-Sterilfiltrationssystem (Keramikrohrmembranausrüstung, Präzision 0.01~0.5μm) zur sterilen Klärung der konzentrierten Molke-Flüssigkeit; Rückhaltung von Bakterien, Hefen und Schimmelpilzen ohne Hochtemperaturpasteurisierung, vollständige Erhaltung von wärmeempfindlichen aktiven Proteinen wie β-Lactoglobulin und α-Lactalbumin.

2. Hochdruckhomogenisierung: Zweistufige Homogenisierung bei 150–220 bar zur Zerstörung von restlichen Mikrofettkügelchen, Verbesserung der Instantlöslichkeit des fertigen Pulvers und Verhinderung des Auftreibens von Fett während der Auflösung.

3. Feineinstellung des Feststoffgehalts: Es wird gereinigtes RO-Regenerationswasser hinzugefügt, um den Feststoffgehalt der Flüssigkeit auf 12%–22% (optimaler Bereich für die Sprühtrocknung) einzustellen.

4. Sprühtrocknungs- und Nachbehandlungsabschnitt

4.1 Sprühtrocknung

Die sterilisiert konzentrierte Molkeflüssigkeit wird in einen Zentrifugalsprühtrockner geleitet: Eintrittslufttemperatur 160–180℃, Austrittslufttemperatur 75–85℃; die Flüssigkeit wird zu winzigen Tröpfchen zerstäubt und sofort zu trockenem Molkenproteinpulver dehydriert (Feuchtigkeit ≤5.0%). Die niedrige Austrittstemperatur vermeidet lokale Überhitzung und Proteindenaturierung.

4.2 Nachbehandlung und Veredelung

1. Zweite Trocknung und Kühlung im Wirbelbett: Reduzieren Sie die Feuchtigkeit des fertigen Pulvers auf unter 4,5% und kühlen Sie es auf Raumtemperatur ab, um Agglomeration zu verhindern.

2. Sieben: Ein Vibrationssieb mit 40–80 Maschen entfernt große agglomerierte Partikel; überdimensionierte Partikel werden zurückgeführt, um erneut aufgelöst und getrocknet zu werden.

3. Mischen (optional): Fügen Sie gemäß der Produktformulierung für instant Whey-Protein-Pulver lebensmittelrechtlich zugelassenes Lecithin als Instantiermittel hinzu; bei einem vollständigen Membran-Kälteprozess sind keine zusätzlichen Konservierungsmittel erforderlich.

5. Endprüfung, Verpackung und Lagerung

1. Laborprüfung des Fertigprodukts: Testen Sie den Proteingehalt, die Feuchtigkeit, das Fett, die Asche, die mikrobiellen Indizes (Gesamtbakterien, Coliformbakterien, pathogene Bakterien) und die Löslichkeit, um den GB/USDA/FCC-Lebensmittelstandard zu erfüllen; erstellen Sie auf Wunsch des Kunden einen MTC-Qualitätszertifikatsbericht.

2. Aseptische Verpackung: Vakuum-Aluminiumfolienbeutel / Lebensmittelrechtlich zugelassene PE-Trommeln werden in einer Reinraumklasse 100.000 verpackt; markieren Sie die Chargennummer, das Herstellungsdatum, die Haltbarkeit, die Produktspezifikation (WPC70/WPC80/WPI90).

3. Kontinuierliche Lagerung in einer temperierten Lagerhalle (unter 20℃, trockene Umgebung). Fertigprodukte werden erst nach bestandener abschließender Qualitätsprüfung ausgelagert.

6. Vollständiges CIP-Reinigungsystem (Tägliche regelmäßige Wartung)

Tägliche Produktionsunterbrechung: Online-CIP-Zirkulationsreinigung aller Membrananlagen und Rohrleitungen nacheinander mit heißer Lauge (2% NaOH), heißer Säure (1,5% HNO₃) und steriler gereinigter Wasser; Rückgewinnung des Reinigungsabwassers für die zentrale RO-Behandlung, um saubere Produktion zu gewährleisten und die Lebensdauer der Membranen auf über 4 Jahre zu verlängern.

7. Kernvorteile des Verfahrens (Membranverfahren im Vergleich zum traditionellen thermischen Konzentrationsverfahren)

1. Niedertemperaturphysikalische Trennung (<40℃), keine thermische Denaturierung von Proteinen, Proteinausbeute um 8%–15% höher als beim traditionellen Verdampfungsverfahren.

2. Einsparung des Dampfverbrauchs bei der thermischen Verdampfung, Reduzierung der Energiekosten um über 60%; Keine Zugabe von Flockungsmitteln und Koagulanzien, keine chemischen Rückstände im Fertigprodukt.

,

3. Nebenprodukt-komprehensive Wiedergewinnung: Milchzuckerpulver und recyceltes Produktionswasser, Verbesserung der wirtschaftlichen Effizienz des gesamten Projekts.

4. Hochgradige Automatisierung, kontinuierliche geschlossene Produktion, niedrigere Arbeitskosten und stabile Qualität der Fertigprodukte.

Anhang: Ausrüstungsliste zur Produktkatalog-Auswahl

1. Vorbehandlung: Scheibentyp-Flachmembran-Ausrüstung

2. Kernkonzentration: Rollenförmige UF/NF-Membran-Trennungsausrüstung

3. Sterilfiltration: Keramikröhren-Membran-Filtrationssystem / Organische Rohrmembran-Ausrüstung

4. Abwasserrecycling: Spiralwickel-RO-Entsalzungsausrüstung

5. Labor-Versuchstest: CX-SY-Serie multifunktioneller Membran-Experimentierausrüstung (zur Formulierungsentwicklung und kleinen Versuchen vor der formellen Produktion)