乳中碳水化合物的处理

    RELCO公司是KELLER^TM乳糖处理技术的提供者

    概述

    乳中所有的成分都对人体或动物有着独特并有益的营养和功能作用。如今，分离各种乳成分已经成为乳制品工业的一个主要焦点。对乳成分进行分离能够将各种乳成分的利益最大化，并且为其他食品提供配料。

    乳糖是乳的主要成分之一，占乳干重的38%。利用超滤技术将乳蛋白与乳糖分离大大提高了这两种乳成分的价值，并且为食品工业提供了高价值的功能性和营养性配料。

    在乳制品工业中，超滤技术通常用于脱脂乳和乳清（生产奶酪或酪蛋白的副产品）。超滤过程将原料分离为滞留物（液）与渗透物（液）。当超滤工艺用于乳清时，滞留物为含有蛋白质和少量脂肪的浓缩乳清蛋白（WPC）或分离乳清蛋白（WPI），当超滤工艺用于脱脂乳时，滞留物为浓缩乳蛋白（MPC）。一般来说，乳清超滤滞留物中蛋白质的含量为34-90%，渗透物的成分也会随具体情况而改变。乳糖和矿物质能够通过超滤膜，因此乳糖和矿物质主要分布在渗透物中。大部分超滤膜可以滞留分子量大于10000道尔顿的分子，而分子量小于10000道尔顿的分子则将进入渗透物。

    下表显示出乳、奶酪和乳清等产品的平均成分含量。

表1乳成分分离过程中不同产物的成分含量

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    （附注：WPC-浓缩乳清蛋白，Permeate-渗透物，DLP-脱乳糖渗透物。AsIs代表产物成分含量，Dry代表产物干重的成分含量。）

    乳糖的处理

    乳糖的化学结构决定了加工工艺的参数，在分离后，乳糖必须被制作成高品质的粉末。乳糖是一种双糖，一个乳糖分子含有一个葡萄糖和一个半乳糖分子。乳糖有两种等轴晶型，分别是α-乳糖和β-乳糖，两种形式的乳糖具有不同的溶解度、晶型、熔点和生理效应。酸和乳糖酶能够使乳糖分解成葡萄糖和半乳糖。

    如果要制作出不吸湿的乳清粉，就必须先将乳糖转化为一水合物的形式。无水乳糖是以非结晶形式存在，这种形式不稳定，极易吸湿，从而容易导致霉菌生长和结块等缺陷。

    在通过烘干制作乳清粉时，目标是要形成小的乳糖晶体，而蛋白质应当变性，并且在小乳糖晶体之间形成具有粘性的液相。形成小乳糖晶体的工艺步骤包括在蒸发器中的自然结晶、闪蒸冷却和结晶槽中的快速冷却。

    在通过烘干制作乳糖产品时，目标是要形成大的乳糖晶体，而蛋白质不应变性。要避免蒸发器中的自然结晶现象，不需要使用闪蒸冷却，不过需要仔细控制结晶槽中的冷却过程。在结晶化过程中，搅拌是至关重要的，良好的搅拌可以得到最适宜的晶体形式并使产率最大化。

    乳糖的生产过程示意图

乳糖的生产过程示意图

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    以乳清渗透物为原料生产乳糖的工艺大体包括一下步骤：

    •蒸发以浓缩干物质

    •在结晶槽中进行结晶，要仔细控制冷却过程

    •用倾析器（沉降器）和洗涤器分离出大的晶体

    •用气流干燥器或者流化床干燥器进行脱水

    工艺的每个步骤都根据乳糖的化学特性经过精心设计，以确保乳糖产品的品质。结晶化是乳糖生产过程中最关键的步骤，很大程度上决定了乳糖的产量和品质。用于结晶、倾析、精炼和洗涤的设备都经过特殊设计，以满足流量和温度控制的需求，从而尽可能提高产率和产品纯度。

    在干燥过程中，最常用的是磨擦和流化床干燥器（attritionandfluidbeddryers）。经过精炼的乳糖进入干燥室，热空气涌出并通过乳糖晶体，导致颗粒之间相互摩擦，并分离成可自由流动的粉末。在干燥室底部的筛子，有时是一个耙子，与热空气一起促进乳糖颗粒之间的摩擦和分离。再初步干燥中使用的热空气约有147℃，使得乳糖的水分含量低于1%。流化床的最后部分提供了冷却。用于冷却乳糖粉的空气需要事先经过除湿，避免乳糖粉因为吸湿而结块。

    乳清渗透液的处理

    近年来，出现了新的专门用于干燥乳清渗透液加工设备。这种工艺避免了对脱乳糖乳清渗透液（DLP）的加工，脱乳糖渗透液，或者母液，是非常难以干燥的。下表列举了乳清渗透物的典型成分，其蛋白质含量从2-8%不等，因此乳糖含量也会有变化。

    成分    含量    

    乳糖    84.1%

    蛋白质    0.6%

    非蛋白质氮    2.6%

    脂肪    <0.1%

    灰分    8.6%

    水分    4%

    乳清渗透液粉可以通过常规的乳清干燥设备来加工，然而最近发展的新工艺简化了干燥过程，并且降低了加工成本和能量消耗。所有这些新的设备系统都是专门为干燥渗透液而设计的，具有它们独特的性能。在渗透液粉的加工过程中，首先对渗透液进行浓缩，使得乳糖过饱和化，然后使渗透液冷却，得到更多的乳糖晶体，最后进行干燥。

    所有的系统都采用常规的蒸发器，有些情况下，在蒸发前会用反渗透膜进行处理。这时，有些系统就直接连接结晶槽和浓缩设备，但是多数情况下，要再通过一台蒸发器将渗透液浓缩到总固体含量60-70%。接下来，固体在干燥之前，可以通过特殊设备或者传统方法进行冷却，以促进结晶过程。不同的结晶发式对总生产成本有影响。不同系统的结晶发式也是不同的，结晶分为间歇式和连续式。不同的干燥室也会配合不同的喷雾给料工艺，温度和气流。在干燥之后，大部分的系统都会采用传输带或者流化床干燥器进一步去除水分，并且冷却产品。产品在包装前可以经过研磨。

    乳清渗透液加工系统的一个成本优势是原料能够以极高总固体含量的状态直接进入干燥室。所有干燥系统的一个基本原则就是原料的总固体含量越高，干燥所消耗的能量越少。有些系统采用了连续式结晶工艺，可以利用结晶过程中的热量去除一部分水分，进一步节省了能源。

    质量问题

    乳清渗透液必须在奶酪加工后迅速进行处理，因为乳清渗透液非常适合细菌的生长。如果加工过程需要延迟，那么必须把渗透液冷却到5℃，以阻止细菌生长。如果渗透液中细菌开始生长，便会分解乳糖分子，产生葡萄糖、半乳糖和乳酸。将细菌的活动控制在尽可能的程度，可以提高后期加工过程的质量，尤其是结晶过程。高温处理的时间过长会导致梅拉德反应，从而产生褐变物质。总酸度的增加会导致一些不理想的气味或风味。

    其他常见的质量问题包括渗透液粉末的结块和发霉。游离水分是主要的原因。产品中游离水分含量的范围是0.1-1.0%，通常是0.3%。粉末应当冷却到30℃以下，以避免上述问题。如果产品中霉菌数量大于100每克，最可能的原因的是包装温度过高，如果低于100每克，卫生状况是最可能的原因。

    •增加清洗次数

    •消除加工系统的空气泄露

    •使用更好的空气过滤器

    •检测过滤器和除湿器中的水分

    •检测筒仓顶部的水分

    乳糖干燥与乳清渗透液干燥

    乳糖干燥系统与乳清渗透液干燥系统有两个最主要的区别。当生产乳糖时，乳清中的矿物质、蛋白质以及其他成分要要被去除，副产物被成为脱乳糖渗透液（DLP），典型的成分参见表1。处理这些剩余的物质也需要耗费成本，可行的处理办法包括用作动物饲料、浇灌农田或进行废弃物处理。

    此外，在纯化乳糖的过程中需要消耗大量的水分，增加了企业处理废水的压力。

    两种系统在经济上的区别主要体现在产率上，因为当生产乳清渗透液粉时，乳清渗透液中所有的固体都被转入产品。然而，两种产品的市场价格也相差不少，乳糖粉的价格高于渗透物40%，这也弥补了乳糖加工过程更高的成本。

    新的乳清渗透液加工工艺为乳品工业提供了一种新的处理乳清的途径，可以将乳清渗透液制作成耐贮藏的可以用于食品加工的配料。 (编译:童梦)

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