Процесс производства сывороточного протеинового порошка

Предисловие

Этот производственный процесс использует технологию полного мембранного разделения, самостоятельно разработанную компанией Zhuolineng Technology Co., Ltd., заменяя традиционные технологии термической концентрирования и изоэлектрического осаждения. Он реализует низкотемпературное физическое разделение без фазового перехода, сохраняет естественную питательную активность сывороточного белка, уменьшает количество добавок, повышает выход белка и чистоту готовой продукции, пригоден для производства WPC (Концентрат сывороточного белка), WPI (Изолят сывороточного белка) и гидролизованного сывороточного белкового порошка.

1. Секция приема и предварительной обработки сырья

1.1 Проверка и хранение сырья

Сырье: Сладкая сыворотка / кислая сыворотка - побочный продукт производства сыра и казеина (сухое вещество: 5%–7%, сырой белок: 0.6%–1.0%, лактоза: 4.0%–5.0%, зола: 0.5%–0.8%).

• Сырая сыворотка отбирается для определения показателей: содержание белка, pH (сладкая сыворотка pH 5.8~6.4; кислая сыворотка pH 4.2~4.8), содержание жира, общее количество микроорганизмов, взвешенные вещества перед загрузкой в бак.

• Квалифицированная сырая сыворотка перекачивается в теплоизолированную емкость для хранения из нержавеющей стали (хранение при температуре 4℃, срок хранения ≤24 ч) для предотвращения размножения микроорганизмов и денатурации белка.

1.2 Предварительная фильтрация и удаление грубых примесей

1. Первичная фильтрация: мешковый фильтр с размером ячеек 50 мкм удаляет крупные остатки сыра, фрагменты казеина и крупные взвешенные примеси, чтобы защитить последующие мембранные элементы от царапин и засорения.

2. Удаление жира: дисковая плоскомембранная система предварительного разделения (дисковое плоскомембранное оборудование) удаляет остаточный сливок и молочный жир; мембрана задерживает жировые шарики, проницаемая жидкость - обезжиренная сывороточная питательная жидкость.

Преимущества оборудования: высокая антизагрязняемость, возможность обратной промывки и воздушной промывки, низкая стоимость предварительной обработки, подходит для сывороточной сырой жидкости с высокой концентрацией взвешенных веществ.

1. Точная регулировка pH: добавляется пищевая кислота/щелочь пищевого класса для регулировки pH сыворотки до целевого значения, соответствующего последующему процессу ультрафильтрации, чтобы избежать потерь белка из-за изоэлектрического осаждения.

2. Секция разделения и фракционирования с использованием мембранного ядра (Основной рабочий процесс, оборудование серии рулонных мембран)

Вся секция использует низкотемпературное мембранное разделение (температура работы ≤40℃), только физическое разделение без нагревания и испарения, сохраняет естественную биологическую активность белка.

2.1 Ультрафильтрация (УФ): Концентрация сывороточного белка и разделение лактозы (Оборудование с рулонной ультрафильтрационной мембраной)

• Параметры мембраны: Рулонная органическая ультрафильтрационная мембрана, MWCO (Молекулярная масса отсечения): 10кДа~50кДа; рабочее давление: 3–18 Бар; температура работы ≤38℃.

• Принцип разделения: Макромолекулы белка (молекулярная масса сывороточного белка 10кДа~60кДа) задерживаются УФ- мембраной, образуя концентрированный сывороточный ретендат (концентрированная питательная смесь WPC); малые молекулы (лактоза, минеральные соли, моносахариды, вода) проходят через мембрану в виде УФ- пермеата (сточная жидкость, содержащая лактозу, для вторичного восстановления).

• Контроль процесса: Циклическая поперечная фильтрация, периодическая онлайн-очистка CIP для устранения загрязнения поверхности мембраны белками; содержание твердых веществ в ретентате повышается до 18%–28% для получения концентрированной жидкости WPC (сырье для сывороточного концентрата WPC80/WPC70).

• Выпуск продукции: ① Ретентат: Концентрированная сывороточная белковая жидкость для распылительной сушки в сывороточный концентрат (WPC70/WPC80). ② Проникновение UF: Смешанная корма из лактозы и золы, подаваемая в раздел нанофильтрации для обогащения лактозой и обессоливания.

2.2 Нанофильтрация (NF): Обессоливание проникновения и концентрирование лактозы (роликовое оборудование с нанофильтрационной мембраной)

• Параметры мембраны: Роликовая NF-мембрана, MWCO:100–1000Да, рабочее давление: 5–22 Бар, температура ≤38℃.

• Функция: Разделение неорганических минеральных солей (золы) и лактозы из проникновения UF; NF задерживает дисахарид лактозу, позволяет одновалентным неорганическим солям (Na⁺, K⁺, Cl⁻) проходить в проникновение NF.

• Процесс: ретендат НФ представляет собой обессоленную концентрированную лактозную жидкость (может быть отдельно высушена в пищевую лактозную порошок); проникновение НФ (высокосоленая сточная вода) поступает в обратный осмос для восстановления воды и обработки с нулевым выбросом.

2.3 Обратный осмос (RO): Восстановление воды и очистка сточных вод (спиральное оборудование с мембранами RO)

• Мембрана RO задерживает все растворимые маломолекулярные вещества; проникновение чистой воды используется для рециркуляции в производстве для очистки CIP, промывки оборудования и разбавления сырых сывороток; концентрированная соленая вода RO собирается для централизованной экологической обработки, обеспечивая рециркуляцию производственной воды и сокращение выбросов.

2.4 Дополнительный этап производства изолята сывороточного белка WPI

Для производства WPI (белок ≥90%): Используйте вторичный НФ + тонкую УФ-обессоленную обработку на первичной концентрированной жидкости WPC УФ, чтобы удалить остаточную лактозу и золы, дополнительно обогатить белок до ≥90% в твердой фазе перед распылительной сушкой.

3. Стерилизация и гомогенизация. Предварительная сушка

1. Микробиологическая стерилизующая фильтрация: Трубчатая керамическая мембранная стерилизующая фильтрационная система (Керамические трубчатые мембранные аппараты, точность 0.01~0.5 мкм) для стерилизующего осветления концентрированного сывороточного питательного раствора; задерживает бактерии, дрожжи и плесень без высокотемпературной пастеризации, полностью сохраняет термочувствительные активные белки, такие как β-лактоглобулин, α-лактальбумин.

2. Высоконапорная гомогенизация: Гомогенизация в два этапа при 150–220 бар для разрушения остаточных микроскопических жировых капелек, улучшения мгновенной растворимости готового порошка и предотвращения всплывания жира при растворении.

3. Точная регулировка сухого вещества: Добавляется очищенная РО-вода для регулировки сухого вещества питательного раствора до 12%–22% (оптимальный диапазон для распылительной сушки).

4. Секция распылительной сушки и постобработки

4.1 Распылительная сушка

Стерилизованная концентрированная сывороточная жидкость подается в центробежный распылительный сушильник: температура входящего воздуха 160–180℃, температура выходящего воздуха 75–85℃; питательный раствор распыляется в мелкие капли и мгновенно обезвоживается в сухой сывороточный белковый порошок (влажность ≤5.0%). Низкая температура на выходе предотвращает локальное перегревание и денатурацию белка.

4.2 Послепроцессорная обработка и доводка

1. Вторичная сушка и охлаждение в псевдоожиженном слое: Снижение влажности готового порошка до уровня ниже 4,5% и охлаждение до комнатной температуры для предотвращения агломерации.

2. Просеивание: Вibration сито 40–80 меш удаляет крупные агломерированные частицы; крупные частицы возвращаются для повторного растворения и сушки.

3. Смешивание (по желанию): Добавление пищевого лецитина в качестве инстант-агента в соответствии с рецептурой продукта для инстант-сывороточного белкового порошка; при полностью мембранном низкотемпературном процессе не требуются дополнительные консерванты.

5. Финальный контроль, упаковка и хранение

1. Лабораторное тестирование готовой продукции: Проверка содержания белка, влажности, жира, золы, микробного индекса (общее количество бактерий, колиформа, патогенные бактерии), растворимости для соответствия стандартам пищевой продукции GB/USDA/FCC; выдача отчета о качестве MTC по запросу заказчика.

2. Асептическая упаковка: Вакуумная упаковка в алюминиевый фольговый пакет / упаковка в пищевой бочонок из ПЭ в цехе чистоты класса 100 000; маркировка номера партии, даты производства, срока годности, технических характеристик продукта (WPC70/WPC80/WPI90).

3. Хранение в складе с постоянной температурой (ниже 20℃, сухая среда), готовые продукты отгружаются после прохождения финального контроля качества (QA).

6. Система очистки CIP по всей линии (ежедневное регулярное обслуживание)

При остановке ежедневного производства: онлайн-циркуляционная очистка CIP всех мембранных установок и трубопроводов последовательно горячим щелочным раствором (2% NaOH), горячим кислотным раствором (1,5% HNO₃) и стерильной очищенной водой; очищенные сточные воды собираются для комплексной обработки методом обратного осмоса (RO), чтобы обеспечить экологически чистое производство и продлить срок службы мембран более чем на 4 года.

7. Основные преимущества технологии (мембранный процесс против традиционного термического концентрирования)

1. Физическое разделение при низкой температуре (<40℃), отсутствие термической денатурации белка, выход белка повышается на 8%–15% по сравнению с традиционной технологией испарения.

2. Экономия пара при термическом испарении, снижение энергетических затрат на 60% и более; отсутствие добавления флокулянтов и коагулянтов, отсутствие химических остатков в готовом продукте.

3. Комплексное восстановление побочных продуктов: лактозный порошок и переработанная производственная вода, повышение экономической эффективности всего проекта.

4. Высокая степень автоматизации, непрерывное закрытое производство, снижение трудовых затрат и стабильное качество готовой продукции.

Приложение: Список оборудования, соответствующий каталогу продукции

1. Предварительная обработка: Дисковое плоское мембранное оборудование

2. Основное концентрирование: Рулонное УФ/НФ мембранное сепарационное оборудование

3. Безбактериальная фильтрация: Керамическая трубчатая мембранная фильтрационная система / Органическое трубчатое мембранное оборудование

4. Восстановление сточных вод: Спиральное РО-обессоливание оборудования

5. Лабораторный пилотный тест: CX-SY серия многофункционального мембранного экспериментального оборудования (для разработки рецептуры и малого опыта перед официальным производством)