CN105613938A - 乳清蛋白聚合反应器 - Google Patents

Abstract

本发明的乳清蛋白聚合反应器属于乳制品加工设备的技术领域。结构包括由反应罐罐盖(2)密封的反应罐(15)、电热蒸汽发生器(3)、自动控制操作箱(4)、碱液漏槽(11)、搅拌桨(16)、温度传感器(23)和pH传感器；由管道经入料阀(8)、转子泵(6)和第二循环阀(7)至入料口(19)构成进料管路，由管道自出料口(20)经第一循环阀(5)、转子泵(6)和出料阀(9)构成出料管路。本发明可达到自动循环操作、精确自动控制聚合温度和聚合pH值；结构简单实用，操作便捷，可使乳清蛋白聚合过程简化，乳清蛋白聚合数据准确可靠，得到的聚合物稳定；物料聚合效率高，可应用于生产实践中。

Description

乳清蛋白聚合反应器

技术领域：

本发明属于乳制品加工设备的技术领域，涉及一种新型聚合反应器，用于乳清蛋白聚合物的合成。

背景技术：

乳清是干酪生产过程中所得的副产品。随着干酪产品在中国不断普及，副产物乳清的合理利用引起了广泛关注。由乳清经特殊工艺浓缩精制而成的乳清蛋白，不仅具有很好的营养价值，而且具有许多独特的功能特性，其中乳清蛋白的凝胶性在食品制造中起着重要的作用。乳清蛋白通过热聚合后可以提高持水性，改善凝胶特性，提高热稳定性。利用此功能特性使其达到类似于果胶的效果，并且能够在乳品工业中替代果胶。这样不但减少了乳制品中外来成分的添加，而且又使干酪的副产品得到再利用，避免了大量乳清蛋白资源的浪费。

在乳制品的加工过程中，不同的热处理程度会破坏牛奶中的许多热敏物质，也会使乳清蛋白变性。乳清蛋白的变性程度影响到牛奶的品质及其应用，但可以通过控制乳清蛋白在加工过程中的热变性程度来赋予产品特定的感官特性。乳清蛋白的一些基本功能性包括起泡性、乳化性、高溶解度、成胶性、同水的结合性以及提高粘度。在未变性条件下乳清蛋白具有高的溶解度、良好的乳化性及起泡性，热处理会导致乳清蛋白变性及溶解度降低，通过控制热变性可以提高乳清蛋白的乳化性。

随着配方食品(Fabricatedfood)的不断发展,对蛋白质具有良好的功能性质的要求越来越强烈，这为乳清蛋白的充分利用提供了契机，也为乳清蛋白的改性指明了方向。现阶段对于乳清蛋白加工利用的形式多样，但各种加工技术都受一定的条件限制，只有将各加工技术在最适条件下进行才能达到最佳利用效果，乳清蛋白加工及利用工艺方面需做进一步探讨，作用机理还有待深入研究，充分利用乳清蛋白可增加乳制品的附加价，极具健康效益和经济效益，对于促进乳品工业的发展具有重要意义。

为了控制乳清蛋白在加工过程中的热变性程度，赋予产品特定的感官特性，只靠经验和人工操作是不够的。但目前尚没有一种针对乳清蛋白热聚合的设备能够精确控制乳清蛋白的热变性程度。

发明内容

为解决背景技术的上述问题，本发明提供了一种乳清蛋白聚合反应器，其特别适用于乳清蛋白聚合物的合成。

本发明中所述的物料是乳清蛋白，本发明具体的技术方案如下。

一种乳清蛋白聚合反应器，其特征是，结构包括反应器主体1和在反应器主体1内的反应罐15，反应罐15与反应器主体1外壳间形成密封的夹层，夹层只开有蒸汽入口17和蒸汽出口18；反应罐15由反应罐罐盖2密封，反应罐15内装有搅拌桨16和温度传感器23，反应罐15开有入料口19和出料口20；蒸汽入口17由蒸气管路经压力调节阀12与电热蒸汽发生器3接通；由管道经入料阀8、转子泵6和第二循环阀7至入料口19构成进料管路，由管道自出料口20经第一循环阀5、转子泵6和出料阀9构成出料管路，其中，转子泵6和第二循环阀7之间的管道有三通连接出料阀9所在的管道，第一循环阀5和转子泵6之间的管道有三通连接入料阀8所在的管道，出料管路的出料口20至转子泵6段与进料管路的转子泵6至入料口19段构成物料循环管路；碱液漏槽11经pH调节阀10与物料循环管路或反应罐15连通，在物料循环管路中或反应罐15内设置pH传感器；温度传感器23、pH传感器连接自动控制操作箱4，自动控制操作箱4控制压力调节阀12、pH调节阀10实现对聚合物料温度和pH值的调控，自动控制操作箱4控制入料阀8、第二循环阀7、转子泵6、出料阀9、第一循环阀5实现物料的进料、出料和物料循环的调控。

所述反应罐罐盖2，结构可以包括自动升降密封盖体、搅拌桨16、清洗球、可视窗口和密封螺栓。搅拌桨16穿过反应罐罐盖2中心安装在反应罐15内部，由电热蒸汽发生器3的蒸汽或电机驱动，还可以手动。

所述电热蒸汽发生器3包括空气压缩机、用于为电热蒸汽发生器3注水的进水管路。

事先设定聚合温度，根据温度传感器23监控反应罐内温度，通过自动控制操作箱4调控聚合温度——若未达到设定温度，则电热蒸汽发生器3自动启动，将热蒸汽通过管道注入反应罐15与反应器主体1外壳间的夹层，若检测反应罐内温度达到设定聚合温度，则电热蒸汽发生器3停止运行，当电热蒸汽发生器3内水箱内水位过低或温度过高，则电热蒸汽发生器3自带报警功能，可手动向水箱注水或停止加热。

所述反应罐15容积优选为100L。

所述自动控制操作箱4可自动控制pH调节阀10、第一循环阀5、转子泵6、第二循环阀7、入料阀8、出料阀9以及压力调节阀12(进而控制反应罐15内温度)，根据乳清蛋白热聚合原理，通过自控面板达到进料、出料、循环操作，自动调节聚合温度、pH值的操作。所述自动控制操作箱4，装有计时装置，设定进料、出料和物料循环时间，实现聚合时间的自动控制。

自动控制操作箱4中实现自动控制的元器件均采用现有技术组装。

本发明的优点是提供一种专门针对乳清蛋白聚合反应的新型聚合反应器，可达到自动循环操作、精确自动控制聚合温度和聚合pH值的效果；该设备结构简单实用，操作便捷，可使乳清蛋白聚合过程简化，物料聚合效率高，可应用于生产实践中，利于扩展乳清蛋白的产业链。

利用本发明提供的一种新型聚合反应器，可很好的进行乳清蛋白热聚合的合成工艺的生产和实验研究。可通过设定条件自动调节聚合条件得到乳清蛋白聚合物，应用到乳制品的制备。利用本发明开展的乳清蛋白聚合物的合成研究，可很好解决实验室乳清蛋白热聚合时，使用传统的玻璃反应瓶进行聚合反应时存在的聚合条件可控性低、连续性差、玻璃瓶易碎、聚合反应产物转化率及收率难以计算、实验效率低等问题，为实验室开展乳清蛋白热聚合物的合成研究提供了基本的可满足要求的实验手段，为进一步开展产业化生产工艺参数研究提供了新的方法。本发明提供的乳清蛋白聚合反应器也适用于工业生产，可使热聚合过程简化，聚合研究过程得到聚合物稳定，乳清蛋白聚合数据准确、可靠、精确度高，生产效率明显提高，还具有耐破裂、安全系数高的优点，容易工业化推广，应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的反应器主体1的示意图。

具体实施方式

以下配合附图及本发明的优选实施例，进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段。

实施例1本发明的结构

由图1可知，本发明提供了一种乳清蛋白聚合反应器，它的结构包括反应器主体1、反应罐罐盖2、电热蒸汽发生器3、自动控制操作箱4、第一循环阀5、转子泵6、第二循环阀7、入料阀8、出料阀9、pH自动调节阀10、碱液漏槽11、压力调节阀12、在反应罐15上开有入料口19、下面开有出料口20。

作为优选的，所述反应罐罐盖2包括自动升降密封盖体、连接轴、密封螺栓、搅拌桨16、清洗球、可视窗口。所述搅拌桨16的搅拌叶装在反应罐15内部，搅拌桨16的轴与反应罐罐盖中心的连接轴固定连接。所述反应罐罐盖连接轴可以与电蒸汽发生器3连接，由蒸汽压力调节升降，并能横向转动。

作为优选的，所述电热蒸汽发生器3连接空气压缩机以及入水管路。与反应器主体1连接的管路中有压力调节阀12控制蒸汽压力，电热蒸汽发生器3由自控系统设定的聚合温度自动开启和闭合。

作为优选的，所述pH自动调节阀10一端与碱液漏槽11接通，另一端与反应罐15或物料循环回路连接，根据自控装置设置的pH值自动加碱液调节至要求的pH值。pH传感器可设置在物料循环管路中或反应罐15内。

图2是反应器主体1的示意图。图2中，15是反应罐，16是搅拌桨，17是蒸汽入口，18是蒸汽出口，19是入料口，20是出料口，23是温度传感器。反应罐15与反应器主体1外壳间的夹层是封闭的，但可以从蒸汽入口17压入蒸汽，为反应罐15和其内的物料提供合适的反应温度，降低了温度的蒸汽可以从蒸汽出口18放出。

实施例2本发明的自动控制操作功能

本发明提供一种乳清蛋白聚合完全可自控装置，所述自控系统包括自动进料、自动出料、自动循环、自动加热、pH自动调节，还可以有自动报警系统和计时系统。这些自动控制均由自动控制操作箱4完成。所述报警系统，当装置电气部分出现故障时，系统会做出相应的声报系统和解决方法，其中包括泵报警、水泵报警、变频器报警、任务完成报警、温度上限报警、pH上限报警和pH下限报警。所述的泵报警，是水泵电流超过热继电器保护电流所致，可通过检查水泵接线是否正确，压缩空气压力是否足够，阀门能否打开，热继电器额定电流设定是否过小，按热继电器复位按钮后，泵报警解除。所述的水泵报警是由于操作失误，打开水泵却没有打开相应的阀门，打开相应阀门后，水泵报警解除。所述变频器报警可通过查看变频器报警参数查找原因，解决后，报警自动解除。所述任务完成报警可点击自控界面的停止加热，报警解除。所述温度上限报警是指温度超出温度上限值报警，此时应检查蒸汽调节阀是否关闭，查看加热调整参数是否正确，温度降低至报警上限之下，报警解除。所述pH上限、下限报警，若pH超过上限，检查加碱参数是否正确、加碱阀门是否关严，pH到达适合范围后，报警自动解除；若pH超过下限，检查碱液是否足够、检查加碱参数是否需要调整，PH到达适应范围后，报警自动解除。

实施例3本发明的工作过程

接通压缩空气机，调节压力调节阀12至压力0.4MPa。检查蒸汽截止阀，确定截止阀在关闭状态。闭合电源开关，自控系统自检复位，启动系统。电热蒸汽发生器3入水管打开，将进料管插入物料桶中，在自控操作界面点击自动进料按钮，系统自动开启入料阀8、第二循环阀7、转子泵6、物料通过开启阀的通路和入料口19进入反应罐15中。设定工艺参数，包括加热温度设定，加热温升设定(加热过程中，每两分钟升高的温度数值)，补充加热时间(恒温控制阶段，温度不足阀门开启时间)，补充加热开启量，温度报警上限，加热保温时间。点击自动加热按钮、自动循环按钮、pH自动调节按钮，系统开启第一循环阀5、转子泵6、第二循环阀7，使系统内乳清蛋白物料在系统循环加热，按照系统设置加热时间、加热温度以及pH值，自动调整据和聚合温度和pH。时间到达设置时限，系统报警，红灯亮，点击循环结束按钮。将出料管插入接料桶中，点击自动出料按钮，系统将自动开启第一循环阀5、转子泵6、出料阀9，将系统内乳清蛋白聚合物泵出反应罐15，出料结束后系统复位，得到乳清蛋白聚合反应物。

进料时，入料阀8、转子泵6、第二循环阀7打开，第一循环阀5、出料发9关闭；聚合过程中，第一循环阀5、转子泵6、第二循环阀7打开，入料阀8、出料阀9关闭；出料时，第一循环阀5、转子泵6、出料阀9打开，第二循环阀7、入料阀8关闭。如前所述，这些阀门和转子泵6的开和关是由自动控制操作箱4控制的。

Claims (4)

1.一种乳清蛋白聚合反应器，其特征是，结构包括反应器主体(1)和在反应器主体(1)内的反应罐(15)，反应罐(15)与反应器主体(1)外壳间形成密封的夹层，夹层只开有蒸汽入口(17)和蒸汽出口(18)；反应罐(15)由反应罐罐盖(2)密封，反应罐(15)内装有搅拌桨(16)和温度传感器(23)，反应罐(15)开有入料口(19)和出料口(20)；蒸汽入口(17)由蒸气管路经压力调节阀(12)与电热蒸汽发生器(3)接通；由管道经入料阀(8)、转子泵(6)和第二循环阀(7)至入料口(19)构成进料管路，由管道自出料口(20)经第一循环阀(5)、转子泵(6)和出料阀(9)构成出料管路，其中，转子泵(6)和第二循环阀(7)之间的管道有三通连接出料阀(9)所在的管道，第一循环阀(5)和转子泵(6)之间的管道有三通连接入料阀(8)所在的管道，出料管路的出料口(20)至转子泵(6)段与进料管路的转子泵(6)至入料口(19)段构成物料循环管路；碱液漏槽(11)经pH调节阀(10)与物料循环管路或反应罐(15)连通，在物料循环管路中或反应罐(15)内设置pH传感器；温度传感器(23)、pH传感器连接自动控制操作箱(4)，自动控制操作箱(4)控制压力调节阀(12)、pH调节阀(10)实现对聚合物料温度和pH值的调控，自动控制操作箱(4)控制入料阀(8)、第二循环阀(7)、转子泵(6)、出料阀(9)、第一循环阀(5)实现聚合物料的进料、出料和物料循环的调控。

2.根据权利要求1所述的乳清蛋白聚合反应器，其特征是，所述反应罐罐盖(2)，结构包括自动升降密封盖体、搅拌桨(16)、清洗球、可视窗口和密封螺栓。

3.根据权利要求1或2所述的乳清蛋白聚合反应器，其特征是，所述电热蒸汽发生器(3)包括空气压缩机、用于为电热蒸汽发生器(3)注水的进水管路。

4.根据权利要求1或2所述的乳清蛋白聚合反应器，其特征是，所述反应罐(15)容积为100L。