Процесс производства сывороточного протеинового порошка

Предисловие

Этот производственный процесс использует полную мембранную сепарацию, самостоятельно разработанную компанией Zhuolineng Technology Co., Ltd., заменяя традиционные технологии термической концентрирования и изоэлектрического осаждения. Он обеспечивает низкотемпературную физическую сепарацию без изменения фазы, сохраняет естественную питательную активность сывороточного белка, уменьшает количество добавок, повышает выход белка и чистоту готовой продукции, и пригоден для производства WPC (концентрата сывороточного белка), WPI (изолята 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%).

• Сырую сыворотку отбирают для анализа 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 подачей в бак.

• Квалифицированный сырой сывороточный раствор перекачивается в теплоизолированную стальную емкость для хранения (хранение при температуре 4℃, срок хранения ≤24 часа) 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: система предварительного разделения на дисковых плоских мембранах (дисковое плоское мембранное оборудование) удаляет остаточный сливок и молочный жир; мембрана задерживает жировые шарики, проницаемая жидкость - обезжиренный сывороточный раствор.

Преимущества оборудования: высокая антизагрязняемость, возможность обратной промывки и воздушной промывки, низкая стоимость предварительной обработки, подходит для сывороточного сырья 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 фильтра (Основной рабочий процесс, ролловое оборудование мембранного типа)

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 (Ролловое оборудование ультрафильтрационной мембраны)

• Параметры мембраны: Ролловая 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 ультрафильтрационной мембраной, образуя концентрат сыворотки (концентрированная питательная смесь WPC); малые молекулы (лактоза, минеральные соли, моносахариды, вода) проходят через мембрану в виде ультрафильтрата (сточная жидкость, содержащая лактозу, для вторичного восстановления).

• Контроль процесса: Циклическая кросс-токовая фильтрация, периодическая онлайн-чистка 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 белка (WPC70/WPC80). ② Пермеат УФ: Смешанное кормление лактозой и золой, подаваемое в секцию нанофильтрации для обогащения лактозой и обессоливания.

2.2 Нанофильтрация (NF): Обессоливание пермеата и концентрирование лактозы (Рулонное оборудование с нанофильтрационной мембраной)

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

• Функция: Разделение неорганических минеральных солей (золы) и лактозы из пермеата УФ; НФ задерживает дисахарид лактозу, позволяет одновалентным неорганическим солям (Na⁺, K⁺, Cl⁻) проходить в пермеат НФ.

• Процесс: ретенат НФ представляет собой обессоленную концентрированную лактозную жидкость (можно отдельно высушить в пищевой лактозный порошок); проницаемый компонент НФ (высокосолёная сточная вода) поступает в реверсный осмос для восстановления воды и обработки с нулевым выбросом.

2.3 Реверсный осмос (РО): восстановление воды и очистка сточных вод (спирально-намотанное оборудование с мембранами РО)

• Мембрана РО задерживает все растворимые маломолекулярные вещества; проницаемая чистая вода рециклируется для производственного очищения CIP, мойки оборудования и разбавления сырой сыворотки; концентрированная рассол РО собирается для централизованной экологической обработки, обеспечивая рециклирование производственной воды и сокращение выбросов.

2.4 Дополнительный этап производства изолята сывороточного белка WPI

Для производства WPI (белок ≥90%): Используйте вторичный НФ + тонкий УФ для глубокой обессоливания концентрированной жидкости WPC после первичного УФ, чтобы удалить остаточную лактозу и золу, 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 (оборудование с керамическими трубчатыми мембранами, 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: Двухступенчатая гомогенизация при давлении 150–220 бар для разрушения остаточных микроглобулей жира, улучшения мгновенной растворимости готового порошка и предотвращения всплытия жира при растворении.

3. Точная регулировка содержания сухих веществ: Добавляется очищенная обратноосмосной системой (RO) вода для регулировки содержания сухих веществ в питательном растворе до 12%–22% (оптимальный диапазон для распылительной сушки).

4. Секция распылительной сушки и постобработки

4.1 Распылительная сушка

Стерилизованный концентрированный сывороточный раствор подается в центробежный распылительный сушильник: температура входящего воздуха 160–180°C, температура выходящего воздуха 75–85°C; питательный раствор распыляется в мелкие капли и мгновенно обезвоживается в сухой порошок сывороточного белка (влажность ≤5,0%). Низкая температура выходящего воздуха предотвращает локальное перегревание и денатурацию белка.

4.2 Послепроцессорная обработка и доводка

1. Вторичное сушильно-охлаждающее воздействие в кипящем слое: Снижение влажности готового порошка до уровня ниже 4,5% и охлаждение до комнатной температуры для предотвращения агломерации.

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

3. Смешивание (по выбору): Добавление пищевого лецитина в качестве разжижителя в соответствии с рецептурой продукта для получения мгновенно растворимого сывороточного белкового порошка; при использовании полной мембранной низкотемпературной технологии не требуется добавление дополнительных консервантов.

5. Финальное инспектирование, упаковка и хранение

1. Лабораторные испытания готовой продукции: Проверка содержания белка, влажности, жира, золы, микробиологических показателей (общее количество бактерий, колiformные бактерии, патогенные бактерии), растворимости на соответствие стандартам пищевой промышленности GB/USDA/FCC; выдача отчета о качестве MTC по запросу заказчика.

2. Асептическая упаковка: Упаковка в вакуумные алюминиевые фольгированные пакеты / пищевые бочки из ПЭ в цехе чистоты класса 100 000; нанесение на упаковку номера партии, даты производства, срока годности, технических характеристик продукта (WPC70/WPC80/WPI90).

3. Хранение в термостатированном складе (ниже 20℃, сухая среда), готовая продукция отгружается после прохождения финального контроля качества.

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

При остановке ежедневного производства: онлайн-циркуляционная очистка CIP всех мембранных устройств и трубопроводов последовательно горячим щелочным раствором (2% NaOH), горячим кислотным раствором (1.5% HNO₃) и стерильной очищенной водой; очищенные сточные воды собираются для централизованной обработки методом обратного осмоса (RO) для реализации чистого производства и продления срока 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 увеличивается на 8%–15% по сравнению с традиционным процессом испарения.

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

3. Комплексное использование побочных продуктов: сухое лактозное молоко и переработанная вода производства, 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 разделительное оборудование

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

4. Восстановление сточных вод: Спиральное РО обезсаливающие оборудование

5. Лабораторный эксперимент: Серия многофункционального мембранного экспериментального оборудования CX - SY (для разработки рецептуры и малого эксперимента перед официальным производством)