苏德亮，宋礼，罗丽，崔广智，李亚萍，尹兰

（1.甘肃省干酪素工程技术研究中心，甘肃 兰州730000；2.甘肃华羚生物技术研究中心，甘肃 兰州730000；3.中国牦牛乳研究院，甘肃 甘南747000）

0 引言

酪朊酸钠的主要成分为酪蛋白，是鲜乳或溶解的曲拉经离心、脱脂、沉淀、干燥等方法生产加工的一种白色或微黄色，无臭味的粉状或颗粒状物料［1］。食品级酪朊酸钠是一种高蛋白、高营养，低脂肪，低胆固醇的食品添加剂，可促进人体对钙、铁的吸收［2-3］。随着我国食品工业的快速发展与消费水平的提高，对食品级酪朊酸钠的需求量越来越大，对酪朊酸钠产品的质量要求也不断提升［4］，其作为营养添加剂或品质改良剂用于食品、医药、烟草、化妆品、皮革、轻纺、造纸等行业中，国内外市场对酪朊酸钠的需求量较大，发展前景广阔［5］。目前，国外生产酪朊酸钠均以鲜乳为原料，在国内，由于陷入原料不足，导致用鲜乳生产加工酪朊酸钠成本很高，因此，用鲜乳生产加工酪朊酸钠企业较少。国内企业生产酪朊酸钠主要以曲拉为原料，生产企业主要分布在甘肃、青海、新疆等地区［6］。

酪朊酸钠按照生产方法分为乳酸发酵酪朊酸钠、酸法酪朊酸钠、凝乳酶酪朊酸钠及酪蛋白与乳清蛋白共沉淀物等［7］。在酪朊酸钠脱水工艺环节，目前主要使用板框压滤机挤进行脱水，然后将块状湿酪素通过传送带进入振动流化床干燥，此方法自动化程度低脱水时间长，并且消耗大量人工，造成生产周期长等问题。并且没有相关文献针对于酪朊酸钠脱水设备工艺的改进报道，因此本论述旨在通过对真空转鼓过滤机的脱水试验研究并检测脱水后水分含量，找到自动化程度高，可替代传统板框压滤机的新型脱水设备。为相关生产制造酪朊酸钠企业提供工艺改进思路。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

曲拉粉，甘肃华羚乳品股份有限公司提供；食品级NaOH，青岛润祥化工有限公司；食品级HCl，济南嘉华化工有限公司。

1.2 仪器与设备

溶解罐（3000L）、凝乳罐（3000L），黑龙江大三源乳品机械有限公司；碟片式奶油分离机（2 t/h）宜兴市华鼎机械有限公司；板式冷却器，上海南华换热器制造有限公司；板框压滤机（XM120/1000-V）徐州轻工机械厂；真空转鼓过滤机，潍坊汶瑞环保过滤机械股份有限公司；沸腾式干燥机，黑龙江大三源乳品机械有限公司。

1.3 工艺流程

曲拉粉碎→原料溶解→离心脱脂→杀菌脱气→加酸沉淀→清洗脱水→烘干造粒→成品。

主要操作要点如下：

（1）原料溶解

将粉碎后的曲拉经水料混合器打入溶解缸，加氢氧化钠调整pH到9.0～10.0，待原料完全溶解后，进行离心脱脂。料液浓度：4%～7%；料液混合碱液浓度：10～15波美度。加碱时间≤10 min。溶解温度45～60℃，溶解时间40～60 min。

（2）离心脱脂

溶解后的曲拉经振动筛过滤后打入暂存缸暂存，经变频泵调节分离机进料量，对料液进行离心脱脂。分离机进料量控制在5 T/h，转速≥6 000 r/min。

（3）杀菌脱气

脱脂后的物料经暂存罐打入杀菌脱气机进行杀菌脱气。杀菌温度：85±2℃；杀菌时间：15 s闪蒸负压：30±5 bar；闪蒸温度：50～60℃，出料温度：40～45℃。

（4）加酸沉淀

通过加酸系统实现物料和稀盐酸液在管道内的加酸混合，加酸后物料经管路打入暂存缸静置暂存。加酸温度：40～45℃，加酸后物料pH：3.8～4.6。

（5）清洗脱水

物料在暂存缸静止10 min后，打开乳清水阀排乳清水，加等量清水搅拌1～2 min进行清洗，再静止10 min后二次排乳清水，再加40℃温水浸泡后送入脱水工段。

（6）烘干造粒

料液经过真空转鼓过滤机脱水后，通过传送带带入造粒机进行破碎和造粒。脱水后的物料水分＜60%，颗粒机目数10～30目。

湿酪素在真空转鼓过滤机脱水压力设置为0.06 MPa、0.08 MPa、0.10 MPa，0.12 MPa，0.14 MPa检测不同压力下三次试验水分含量。

1.4 单因素试验

1.4.1 真空转鼓过滤机真空度的确定

（1）固定真空转鼓过滤机转鼓转速0.5 r/min、搅拌次数：15次/min，分别真空度为0.06 MPa、0.08 MPa、0.1 MPa、0.12 MPa、0.14 MPa对酪朊酸钠产品的综合得分的影响。

（2）固定真空转鼓过滤机搅拌次数：15次/min、真空度：0.08 MPa，分别考察转鼓转速为0.5 r/min、0.8 r/min、1.1 r/min、1.4 r/min、1.7 r/min对酪朊酸钠产品的综合得分的影响。

（3）固定真空转鼓过滤机转鼓转速0.5 r/min、真空度：0.08 MPa，分别考察搅拌次数为5次/min、10次/min、15次/min、20次/min、25次/min对酪朊酸钠产品的综合得分的影响。

1.4.2 正交试验

根据真空转鼓过滤机单因素试验结果筛选出最优（转鼓转速、搅拌速度、负压）参数为指标，按L9（34）正交实验设计进行优化。

表1 L9（34）正交实验因素和水平表

表2 酪朊酸钠成品综合评价评分标准

1.5 指标测定

测定根据《GB 31638食品安全国家标准酪蛋白》中对酪朊酸钠水分（≤12.0%）求进行测定。

2 实验结果与分析

2.1 单因素实验结果

2.1.1 不同真空度对脱水效果的影响

图1 不同真空度对脱水效果的影响

通过图1可以看出在不同的真空压力下，物料的水分含量呈现先下降后趋于平缓的状态。在0.08 MPa下，水分含量达到最低为53.42%，在实际操作中发现，后续随着真空度逐渐增大，会使得部分湿酪朊酸钠颗粒紧紧吸附在滤布上，导致脱水效果下降，因此选择真空度为0.08 MPa左右进行正交优化。

图2 不同转速对脱水效果的影响

2.1.2 不同转速度对脱水效果的影响

通过图2可以看出在不同的转速下，物料的水分含量呈现先下降后上升的状态。在1.1 r/min的转速下，水分含量达到最低为52.11%，在实际操作中发现，后续随着转速过低时，脱水时间长，滤布空隙内嵌入的酪朊酸钠也随着变多，清洗头无法将所有酪朊酸钠冲洗下来，同理转速过快，导致脱水时间过短，达不到脱水效果。因此选择转速为1.1 r/min左右进行优化。

2.1.3 不同搅拌次数对脱水效果的影响

图3 不同搅拌次数对脱水效果的影响

通过图3可以看出在不同的搅拌次数下，物料的水分含量呈现先下降后趋于平缓的状态。根据检测在15次/min、20次/min、25次/min，水 分 含 量 分 别 为55.17%、55.2%、55.3%，差异并不显著。当搅拌次数过低时，大部分湿酪朊酸钠会沉淀，湿真空转筒吸附不到足够的物料进行脱水。由于水分在搅拌次数达到15次/min之后无较明显变化，本着节约能耗考虑，选择搅拌次数为15次/min左右进行优化。

2.2 正交试验结果

根据以上单因素实验结果，本试验进一步通过L9（34）正交实验（数据参见表1）对各因素最佳组合进行优化，结果见表3所列。正交试验结果按极差方法分析。

表3 正交试验结果

3 试验结果分析

通过R值可以得到转鼓转速、搅拌速度、真空度极差得出影响水分、蛋白质、脂肪指标的主次顺序为：A（转鼓转速）＞B（搅拌速度）＞C（真空度），最佳工艺参数为A2B3C3，即转鼓转速1.1 r/min、搅拌速度：17次/min、真空度0.08 MPa。

对上述实验的得出的最佳脱水参数进行了实际验证，结果表明在该条件下，酪朊酸钠水分含量为52.17%。经过流化床干燥后成品为白色疏松小颗粒，无结块抱团现象带有淡淡酪朊酸钠特有香味，综合评分92分。

4 结论

通过单因素试验和正交试验确定真空转鼓过滤机最佳工艺参数为：转鼓转速1.1r/min、搅拌速度：17次/min、真空度0.08 MPa。并且自动化程度高，可以实现连续进料工作，完全可以替代旧式生产工艺中的板框压滤机，大幅节约人力和能耗。因此真空转鼓过滤机酪朊酸钠生产脱水工艺中可以使用的新型脱水设备。