Herstellungsprozess von Molkenproteinpulver

Vorrede

Dieser Produktionsprozess verwendet die vollständige Membrantrenntechnologie, die unabhängig von Zhuolineng Technology Co., Ltd. entwickelt wurde, und ersetzt die traditionelle thermische Konzentrations- und isoelektrische Fällungstechnologie. Es realisiert die Niedertemperaturphysikalische Trennung ohne Phasenänderung, behält die natürliche Ernährungsaktivität von Molkenprotein bei, 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 Rohstoffen

1.1 Prüfung und Lagerung von Rohstoffen

Rohstoff: Süße Molke-Flüssigkeit / Säure-Molke-Flüssigkeit, ein Nebenprodukt aus der Käse- und Caseinproduktion (Trockensubstanz: 5%–7%, Rohprotein: 0.6%–1.0%, Lactose: 4.0%–5.0%, Asche: 0.5%–0.8%).

• Die Rohmolke-Flüssigkeit wird vor dem Einfüllen in den Tank auf die Indizes Proteingehalt, pH-Wert (Süße Molke pH 5.8~6.4; Säure-Molke pH 4.2~4.8), Fettgehalt, Gesamtzahl der Mikroorganismen und suspendierte Feststoffe geprüft.

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

1.2 Vorfiltration und Grobimpuritiesentfernung

1. Primärfiltration: Ein 50μm-Beutelfilter entfernt grobe Käsereste, Caseinfragmente und große suspendierte 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 Molke-Zulaufflüssigkeit.

Gerätevorteil: Hohe Antifouling-Kapazität, Rückspülung und Luftspülung möglich, niedrige Vorbehandlungskosten, geeignet für Molke-Rohflüssigkeit mit hohem Suspensionsgehalt.

1. Feine pH-Einstellung: Lebensmittelqualitätssäure/Alkali wird hinzugefügt, um den pH-Wert der Molke auf den Zielwert einzustellen, der mit dem nachfolgenden Ultrafiltrationsprozess übereinstimmt, um den Verlust durch isoelektrische Fällung von Proteinen zu vermeiden.

2. Kernmembrantrenn- und Fraktionierungsabschnitt (Schlüsselarbeitsverfahren, Rollmembranserieausrüstung)

Der gesamte Abschnitt verwendet die Niedertemperaturmembrantrennung (Betriebstemperatur ≤40℃), nur physikalische Trennung ohne Erhitzung und Verdampfung, um die natürliche biologische Aktivität des Proteins zu bewahren.

2.1 Ultrafiltration (UF): Molkenproteinaufkonzentrierung und Laktosetrennung (Roll-Ultrafiltrationsmembranausrüstung)

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

• Trennungsprinzip: Proteinmakromoleküle (Molkenproteinmolekulargewicht 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 Eiweißverschmutzungen 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, wird in den Nanofiltrationsabschnitt geleitet, um die Lactose anzureichern und zu entsalzen.

2.2 Nanofiltration (NF): Permeatentsalzung und Lactosekonzentration (Rollenförmige Nanofiltrationsmembranausrüstung)

• Membranparameter: Rollenförmige NF-Membran, MWCO:100–1000Da, Betriebsdruck:5–22 Bar, Temperatur ≤38℃.

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

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

2.3 Umkehrosmose (RO): Wasserwiedergewinnung und Abwasserbehandlung (spiralförmig gewickelte RO-Membraneinrichtung)

• Die RO-Membran hält alle löslichen kleinen Molekülsubstanzen zurück; das reine Wasserpermeat wird für die Produktion von CIP-Reinigung, Gerätewaschen und Rohmolkverdünnung recycelt; das RO-konzentrierte Salzwasser wird gesammelt und zentral umweltgerecht behandelt, wodurch die Wiederverwendung von Produktionswasser und die Emissionsminderung erreicht werden.

2.4 Zusätzlicher Schritt für die Herstellung von WPI Molkenprotein-Isolat

Für die Herstellung von WPI (Protein ≥90%): Verwenden Sie sekundäre NF + feine UF-Tiefenentsalzung auf 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 der Trocknung

1. Mikrobielle Sterilfiltration: Tubularer keramischer Membran-Sterilfiltrationssystem (Keramikrohrmembranausrüstung, Präzision 0,01~0,5μm) zur sterilen Klärung der konzentrierten Molke-Zulaufflüssigkeit; Rückhaltung von Bakterien, Hefe und Schimmelpilzen ohne Hochtemperaturpasteurisierung, vollständige Bewahrung von wärmeempfindlichen aktiven Proteinen wie β-Lactoglobulin, α-Lactalbumin.

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

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

4. Sprühtrocknungs- und Nachbehandlungsabschnitt

4.1 Sprühtrocknung

Die sterilisiert konzentrierte Molkeflüssigkeit wird in den Zentrifugalsprühtrockner geleitet: Einlasslufttemperatur 160–180℃, Auslasslufttemperatur 75–85℃; die Zulaufflüssigkeit wird in winzige Tröpfchen zerstäubt und sofort zu trockenem Molkenproteinpulver dehydriert (Feuchtigkeit ≤5,0%). Die niedrige Auslasstemperatur vermeidet lokale Überhitzung und Proteindenaturierung.

4.2 Nachbehandlung und Fertigstellung

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 vermeiden.

2. Siebung: Ein 40–80-Maschen-Schwingungsieb entfernt große agglomerierte Partikel; überdimensionierte Partikel werden für die erneute Auflösung und Trocknung recycelt.

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

5. Endprüfung, Verpackung und Lagerung

1. Laborprüfung des fertigen Produkts: 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; stellen Sie auf Kundenwunsch einen MTC-Qualitätszertifikatsbericht aus.

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

3. Konstanttemperatur-Lagerung im Lagerhaus (unter 20℃, trockene Umgebung), Fertigwaren werden nach bestandener endgültiger Qualitätsprüfung ausgeliefert.

6. Vollständiges CIP-Reinigungssystem (tägliche regelmäßige Wartung)

Tägliches Produktionsstopp: Online-CIP-Zirkulationsreinigung aller Membranausrüstungen und Rohrleitungen nacheinander mit heißem Alkali (2% NaOH), heißer Säure (1,5% HNO₃) und steriler gereinigter Wasser; Rückgewinnung des Reinigungsabwassers für die zentrale RO-Behandlung, um saubere Produktion zu realisieren und die Lebensdauer der Membran auf über 4 Jahre zu verlängern.

7. Kernvorteile des Verfahrens (Membranverfahren vs. traditionelle thermische Konzentration)

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

2. Einsparung des Dampfverbrauchs für die thermische Verdampfung, Reduzierung der Energiekosten um über 60%; keine Zugabe von Flockungsmitteln und Koagulantien, keine chemischen Rückstände im Fertigprodukt.

3. Umfassende Rückgewinnung von Nebenprodukten: Molkenpulver und rückgewonnenes Produktionswasser, Verbesserung der wirtschaftlichen Effizienz des gesamten Projekts.

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

Anhang: Ausrüstungsliste zur Produktkatalogübereinstimmung

1. Vorbehandlung: Scheibenförmige Flachmembranausrüstung

2. Kernkonzentration: Rollenförmige UF/NF-Membrantrennausrüstung

3. Sterilfiltration: Keramikrohrmembranfiltrationssystem / Organische Rohrmembranausrüstung

4. Abwasserrückgewinnung: Spiralwickel-RO-Entsalzungsausrüstung

5. Labor-Versuch: CX-SY-Serie multifunktioneller Membranexperimentierausrüstung (zur Formulierungentwicklung und Kleintests vor der formellen Produktion)