真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)對(duì)酪朊酸鈉脫水工藝探究

蘇德亮，宋禮，羅麗，崔廣智，李亞萍，尹蘭

（1.甘肅省干酪素工程技術(shù)研究中心，甘肅 蘭州730000；2.甘肅華羚生物技術(shù)研究中心，甘肅 蘭州730000；3.中國(guó)牦牛乳研究院，甘肅 甘南747000）

0 引言

酪朊酸鈉的主要成分為酪蛋白，是鮮乳或溶解的曲拉經(jīng)離心、脫脂、沉淀、干燥等方法生產(chǎn)加工的一種白色或微黃色，無(wú)臭味的粉狀或顆粒狀物料［1］。食品級(jí)酪朊酸鈉是一種高蛋白、高營(yíng)養(yǎng)，低脂肪，低膽固醇的食品添加劑，可促進(jìn)人體對(duì)鈣、鐵的吸收［2-3］。隨著我國(guó)食品工業(yè)的快速發(fā)展與消費(fèi)水平的提高，對(duì)食品級(jí)酪朊酸鈉的需求量越來(lái)越大，對(duì)酪朊酸鈉產(chǎn)品的質(zhì)量要求也不斷提升［4］，其作為營(yíng)養(yǎng)添加劑或品質(zhì)改良劑用于食品、醫(yī)藥、煙草、化妝品、皮革、輕紡、造紙等行業(yè)中，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)酪朊酸鈉的需求量較大，發(fā)展前景廣闊［5］。目前，國(guó)外生產(chǎn)酪朊酸鈉均以鮮乳為原料，在國(guó)內(nèi)，由于陷入原料不足，導(dǎo)致用鮮乳生產(chǎn)加工酪朊酸鈉成本很高，因此，用鮮乳生產(chǎn)加工酪朊酸鈉企業(yè)較少。國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)酪朊酸鈉主要以曲拉為原料，生產(chǎn)企業(yè)主要分布在甘肅、青海、新疆等地區(qū)［6］。

酪朊酸鈉按照生產(chǎn)方法分為乳酸發(fā)酵酪朊酸鈉、酸法酪朊酸鈉、凝乳酶酪朊酸鈉及酪蛋白與乳清蛋白共沉淀物等［7］。在酪朊酸鈉脫水工藝環(huán)節(jié)，目前主要使用板框壓濾機(jī)擠進(jìn)行脫水，然后將塊狀濕酪素通過(guò)傳送帶進(jìn)入振動(dòng)流化床干燥，此方法自動(dòng)化程度低脫水時(shí)間長(zhǎng)，并且消耗大量人工，造成生產(chǎn)周期長(zhǎng)等問(wèn)題。并且沒(méi)有相關(guān)文獻(xiàn)針對(duì)于酪朊酸鈉脫水設(shè)備工藝的改進(jìn)報(bào)道，因此本論述旨在通過(guò)對(duì)真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)的脫水試驗(yàn)研究并檢測(cè)脫水后水分含量，找到自動(dòng)化程度高，可替代傳統(tǒng)板框壓濾機(jī)的新型脫水設(shè)備。為相關(guān)生產(chǎn)制造酪朊酸鈉企業(yè)提供工藝改進(jìn)思路。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

曲拉粉，甘肅華羚乳品股份有限公司提供；食品級(jí)NaOH，青島潤(rùn)祥化工有限公司；食品級(jí)HCl，濟(jì)南嘉華化工有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

溶解罐（3000L）、凝乳罐（3000L），黑龍江大三源乳品機(jī)械有限公司；碟片式奶油分離機(jī)（2 t/h）宜興市華鼎機(jī)械有限公司；板式冷卻器，上海南華換熱器制造有限公司；板框壓濾機(jī)（XM120/1000-V）徐州輕工機(jī)械廠；真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)，濰坊汶瑞環(huán)保過(guò)濾機(jī)械股份有限公司；沸騰式干燥機(jī)，黑龍江大三源乳品機(jī)械有限公司。

1.3 工藝流程

曲拉粉碎→原料溶解→離心脫脂→殺菌脫氣→加酸沉淀→清洗脫水→烘干造?！善?。

主要操作要點(diǎn)如下：

（1）原料溶解

將粉碎后的曲拉經(jīng)水料混合器打入溶解缸，加氫氧化鈉調(diào)整pH到9.0～10.0，待原料完全溶解后，進(jìn)行離心脫脂。料液濃度：4%～7%；料液混合堿液濃度：10～15波美度。加堿時(shí)間≤10 min。溶解溫度45～60℃，溶解時(shí)間40～60 min。

（2）離心脫脂

溶解后的曲拉經(jīng)振動(dòng)篩過(guò)濾后打入暫存缸暫存，經(jīng)變頻泵調(diào)節(jié)分離機(jī)進(jìn)料量，對(duì)料液進(jìn)行離心脫脂。分離機(jī)進(jìn)料量控制在5 T/h，轉(zhuǎn)速≥6 000 r/min。

（3）殺菌脫氣

脫脂后的物料經(jīng)暫存罐打入殺菌脫氣機(jī)進(jìn)行殺菌脫氣。殺菌溫度：85±2℃；殺菌時(shí)間：15 s閃蒸負(fù)壓：30±5 bar；閃蒸溫度：50～60℃，出料溫度：40～45℃。

（4）加酸沉淀

通過(guò)加酸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)物料和稀鹽酸液在管道內(nèi)的加酸混合，加酸后物料經(jīng)管路打入暫存缸靜置暫存。加酸溫度：40～45℃，加酸后物料pH：3.8～4.6。

（5）清洗脫水

物料在暫存缸靜止10 min后，打開乳清水閥排乳清水，加等量清水?dāng)嚢?～2 min進(jìn)行清洗，再靜止10 min后二次排乳清水，再加40℃溫水浸泡后送入脫水工段。

（6）烘干造粒

料液經(jīng)過(guò)真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)脫水后，通過(guò)傳送帶帶入造粒機(jī)進(jìn)行破碎和造粒。脫水后的物料水分＜60%，顆粒機(jī)目數(shù)10～30目。

濕酪素在真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)脫水壓力設(shè)置為0.06 MPa、0.08 MPa、0.10 MPa，0.12 MPa，0.14 MPa檢測(cè)不同壓力下三次試驗(yàn)水分含量。

1.4 單因素試驗(yàn)

1.4.1 真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)真空度的確定

（1）固定真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速0.5 r/min、攪拌次數(shù)：15次/min，分別真空度為0.06 MPa、0.08 MPa、0.1 MPa、0.12 MPa、0.14 MPa對(duì)酪朊酸鈉產(chǎn)品的綜合得分的影響。

（2）固定真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)攪拌次數(shù)：15次/min、真空度：0.08 MPa，分別考察轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為0.5 r/min、0.8 r/min、1.1 r/min、1.4 r/min、1.7 r/min對(duì)酪朊酸鈉產(chǎn)品的綜合得分的影響。

（3）固定真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速0.5 r/min、真空度：0.08 MPa，分別考察攪拌次數(shù)為5次/min、10次/min、15次/min、20次/min、25次/min對(duì)酪朊酸鈉產(chǎn)品的綜合得分的影響。

1.4.2 正交試驗(yàn)

根據(jù)真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)單因素試驗(yàn)結(jié)果篩選出最優(yōu)（轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速、攪拌速度、負(fù)壓）參數(shù)為指標(biāo)，按L9（34）正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。

表1 L9（34）正交實(shí)驗(yàn)因素和水平表

表2 酪朊酸鈉成品綜合評(píng)價(jià)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1.5 指標(biāo)測(cè)定

測(cè)定根據(jù)《GB 31638食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)酪蛋白》中對(duì)酪朊酸鈉水分（≤12.0%）求進(jìn)行測(cè)定。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 不同真空度對(duì)脫水效果的影響

圖1 不同真空度對(duì)脫水效果的影響

通過(guò)圖1可以看出在不同的真空壓力下，物料的水分含量呈現(xiàn)先下降后趨于平緩的狀態(tài)。在0.08 MPa下，水分含量達(dá)到最低為53.42%，在實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)，后續(xù)隨著真空度逐漸增大，會(huì)使得部分濕酪朊酸鈉顆粒緊緊吸附在濾布上，導(dǎo)致脫水效果下降，因此選擇真空度為0.08 MPa左右進(jìn)行正交優(yōu)化。

圖2 不同轉(zhuǎn)速對(duì)脫水效果的影響

2.1.2 不同轉(zhuǎn)速度對(duì)脫水效果的影響

通過(guò)圖2可以看出在不同的轉(zhuǎn)速下，物料的水分含量呈現(xiàn)先下降后上升的狀態(tài)。在1.1 r/min的轉(zhuǎn)速下，水分含量達(dá)到最低為52.11%，在實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)，后續(xù)隨著轉(zhuǎn)速過(guò)低時(shí)，脫水時(shí)間長(zhǎng)，濾布空隙內(nèi)嵌入的酪朊酸鈉也隨著變多，清洗頭無(wú)法將所有酪朊酸鈉沖洗下來(lái)，同理轉(zhuǎn)速過(guò)快，導(dǎo)致脫水時(shí)間過(guò)短，達(dá)不到脫水效果。因此選擇轉(zhuǎn)速為1.1 r/min左右進(jìn)行優(yōu)化。

2.1.3 不同攪拌次數(shù)對(duì)脫水效果的影響

圖3 不同攪拌次數(shù)對(duì)脫水效果的影響

通過(guò)圖3可以看出在不同的攪拌次數(shù)下，物料的水分含量呈現(xiàn)先下降后趨于平緩的狀態(tài)。根據(jù)檢測(cè)在15次/min、20次/min、25次/min，水 分 含 量 分 別 為55.17%、55.2%、55.3%，差異并不顯著。當(dāng)攪拌次數(shù)過(guò)低時(shí)，大部分濕酪朊酸鈉會(huì)沉淀，濕真空轉(zhuǎn)筒吸附不到足夠的物料進(jìn)行脫水。由于水分在攪拌次數(shù)達(dá)到15次/min之后無(wú)較明顯變化，本著節(jié)約能耗考慮，選擇攪拌次數(shù)為15次/min左右進(jìn)行優(yōu)化。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)以上單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本試驗(yàn)進(jìn)一步通過(guò)L9（34）正交實(shí)驗(yàn)（數(shù)據(jù)參見表1）對(duì)各因素最佳組合進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果見表3所列。正交試驗(yàn)結(jié)果按極差方法分析。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)R值可以得到轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速、攪拌速度、真空度極差得出影響水分、蛋白質(zhì)、脂肪指標(biāo)的主次順序?yàn)椋篈（轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速）＞B（攪拌速度）＞C（真空度），最佳工藝參數(shù)為A2B3C3，即轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速1.1 r/min、攪拌速度：17次/min、真空度0.08 MPa。

對(duì)上述實(shí)驗(yàn)的得出的最佳脫水參數(shù)進(jìn)行了實(shí)際驗(yàn)證，結(jié)果表明在該條件下，酪朊酸鈉水分含量為52.17%。經(jīng)過(guò)流化床干燥后成品為白色疏松小顆粒，無(wú)結(jié)塊抱團(tuán)現(xiàn)象帶有淡淡酪朊酸鈉特有香味，綜合評(píng)分92分。

4 結(jié)論

通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)確定真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)最佳工藝參數(shù)為：轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速1.1r/min、攪拌速度：17次/min、真空度0.08 MPa。并且自動(dòng)化程度高，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)料工作，完全可以替代舊式生產(chǎn)工藝中的板框壓濾機(jī)，大幅節(jié)約人力和能耗。因此真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)酪朊酸鈉生產(chǎn)脫水工藝中可以使用的新型脫水設(shè)備。