CN109907109B - 一种基于正渗透原理的乳制品制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种基于正渗透原理的乳制品制备方法。本申请首次将正渗透膜浓缩规模化地应用到食品加工行业(特别是乳制品加工行业)中，通过控制正渗透膜两侧溶液的渗透压差，实现了目标溶液的多倍浓缩；同时不引入任何热源或强外压，保持了目标溶液的主要营养素含量及营养素比例。与反渗透膜浓缩和冷冻浓缩相比，本申请的正渗透膜浓缩技术可大大提升乳制品的浓缩倍数，同时降低了单位能耗，节约了运行成本。本申请还涉及上述制备方法所制备的浓缩乳制品，以及应用在乳制品浓缩领域的连续式正渗透膜系统，实现了乳制品浓缩的规模化处理。同时保证了产品的微生物指标、理化指标、营养指标都达到相关标准的要求。

Description

一种基于正渗透原理的乳制品制备方法
技术领域
本申请涉及一种基于正渗透原理的乳制品制备方法，特别涉及一种基于正渗透原理的加工优质全脂浓缩乳制品和/或脱脂浓缩乳制品的工艺。本申请还涉及所述乳制品制备方法所制备的浓缩乳制品，以及应用在乳制品浓缩领域的连续式正渗透膜系统。
背景技术
牛乳是一个十分复杂的液态食品体系，含有约3％的蛋白质、约4％的脂肪、约4％的乳糖以及各种营养活性物质。目前消费者对乳制品的营养及质量要求不断提升，所以牛乳加工时需特别注意牛乳体系稳定的保持及其对牛乳营养的影响。牛乳浓缩是牛乳加工行业中极其重要的加工工艺，在奶源调控、产品品质提升、原料调节等重要的领域发挥着不可取代的作用。传统的牛乳浓缩方法，一般都是通过加热将牛乳中的水分移除，但由于高温处理，此操作对牛乳本身的营养素存量以及风味造成很大的破坏，带来了比如颜色变黄、蒸煮味很重等不良后果，严重影响了乳制品的产品品质。并且，传统浓缩方法中蒸发工艺的能耗相对较大。在传统的牛乳热浓缩方法中，降膜浓缩是比较前沿的浓缩工艺，但即使采用降膜浓缩，依然是依靠蒸发来实现水分子的移除，对最终产品的营养素依然有着不可忽视的影响。尤其是目前，在消费者对营养素要求日益苛刻的条件下，热浓缩包括降膜浓缩对乳铁蛋白的破坏已经逐渐变得不被接受。
正渗透膜浓缩是成熟应用于环境科学的新型膜浓缩技术，但是在食品加工行业中，无论国际范围还是国内范围，正渗透膜浓缩都属于非常前沿的加工技术，几乎没有在规模化的加工方法中使用。该技术通过控制正渗透膜两端溶液的渗透压差，来实现目标溶液的浓缩，而不引入任何热源或强烈外压，从而保持了目标溶液的主要营养素及营养素比例，对目标溶液风味的影响也较传统浓缩方式低很多。
乳制品加工行业中不同于传统热浓缩方法的浓缩方法，还包括反渗透膜浓缩方法和冷冻浓缩方法。在反渗透膜浓缩方法中，反渗透膜也可以实现物料一定程度的浓缩，但是其能达到的浓缩倍数较低，比正渗透膜的浓缩方法要低很多。另一种可选的浓缩技术为冷冻浓缩，其利用纯水和牛乳冰点的差异来将牛乳浓缩，但是众所周知，冷冻是一个非常消耗能源的操作，而且有可能对产品的性质造成不可逆的破坏。
相比于以上两种浓缩方法，正渗透膜浓缩技术可大大提升乳制品的浓缩倍数，同时，降低能耗节约成本，为开创乳制品产品的新品类提供了技术支持。另外，正渗透浓缩技术的设备维护成本以及运行成本也要大幅优于反渗透浓缩技术及传统热浓缩技术。
市面上的浓缩乳通常是采用蒸发、降膜浓缩等工艺来制得，其中，具体的产品有Burra Foods浓缩乳等。但是，不论国内还是国际上，尚未有任何一家公司实现了利用正渗透原理来规模化连续生产浓缩乳。
另外，商业化的连续式正渗透系统此前也从未被利用在牛乳浓缩领域，并且，由于牛乳作为一种营养丰富而且对加工过程十分敏感的物料，传统在水处理行业使用的正渗透膜系统无法直接使用在牛乳制品领域上。目前无论在国内还是国际，都没有专为牛乳浓缩设计的连续式正渗透膜系统。要保证牛乳浓缩后产品的微生物指标、理化指标、营养指标可以达到相关标准的要求，难度非常大；因此，本申请中专为牛乳设计的连续式正渗透商业化浓缩系统具有极其重要的意义。
发明内容
为了解决现有技术中存在的所述缺陷，本申请提供了一种基于正渗透原理的乳制品制备方法，特别涉及一种基于正渗透原理的加工优质全脂浓缩乳制品和/或脱脂浓缩乳制品的工艺，该方法能够规模化处理生乳，所制备的浓缩乳制品优选为全脂浓缩乳制品和/或脱脂浓缩乳制品。并且，本申请还提供了一种包括多个正渗透膜组件的连续式正渗透系统，能够连续地处理鲜牛乳，以实现牛乳浓缩的规模化处理。
本申请首次将正渗透膜浓缩技术规模化地应用到食品加工行业(特别是乳制品加工行业)中，通过控制正渗透膜两端溶液的渗透压差，实现了目标溶液的多倍浓缩；同时不引入任何热源或强外压，保持了目标溶液的主要营养素及营养素比例，对目标溶液风味的影响也较传统热浓缩方式低很多。
本申请所采用的正渗透膜系统包括两个循环，进料循环(鲜牛乳循环)和汲取液循环，水通过正渗透膜从鲜牛乳被提取到汲取液中；随着系统的运行，鲜牛乳不断被浓缩，汲取液不断被稀释。对于正渗透膜系统而言，最关键的技术参数是膜通量，即单位时间单位面积的膜上通过的水的体积。膜通量越大，则浓缩效率越高。影响膜通量的主要因素包括：浓缩产品的类型，汲取液类型及其浓度，两侧流量差，温度，正渗透膜的选型等。除了膜通量，在实现正渗透浓缩商业化加工过程中，进料量/膜面积的比值也十分重要，如果比值过大，膜污阻过大导致浓缩无法完成，如果比值过小，导致膜投资浪费，提升成本。另外，本申请通过对正渗透系统的设计及工艺参数的设定，实现全脂牛乳浓缩(即，终产品的总固形物含量为15-60％)的技术效果；并且，通过检测手段表征了所得浓缩乳的产品特性。
与反渗透膜浓缩方法和冷冻浓缩方法相比，本申请采用的正渗透膜浓缩技术可大大提升乳制品的浓缩倍数，同时降低了单位能耗，节约了运行成本，为开创乳制品产品的新品类提供了技术支持。众所周知，冷冻是一个非常消耗能源的操作，而且会对产品的性质造成不可逆的破坏；另外，正渗透浓缩技术的设备维护成本以及运行成本也要大幅优于反渗透浓缩技术及传统热浓缩技术。
本申请还涉及一种包括多个正渗透膜组件的连续式正渗透系统，能够连续地处理鲜牛乳，以实现牛乳浓缩的规模化处理。其包括单个或多个正渗透膜组件(优选为四个正渗透膜组件)、一个用来回收汲取液的反渗透膜组件、原料罐、产品罐、和汲取液罐(优选为两个汲取液罐)；所述多个正渗透膜组件优选以串联的方式相互连接，并与原料罐和产品罐一起构成了进料循环；所述正渗透膜，反渗透膜与汲取液罐(优选为两个汲取液罐)一起构成了汲取液循环，正渗透膜同时处于是进料循环及汲取液循环两个循环内。
附图说明
图1示出了正渗透膜系统的循环示意图。
图2示出了连续式正渗透膜系统的示意图。
图3示出了汲取液添加方式A的示意图。
图4示出了汲取液添加方式B的示意图。
图5示出了汲取液添加方式C的示意图。
图6示出了汲取液添加方式D的示意图。
本申请涉及以下内容：
以下内容对本申请涉及的正渗透膜系统以及采用该系统的乳制品制备方法，通过该制备方法得到的浓缩乳制品，以及包括多个正渗透膜组件的连续式正渗透系统进行了详细表述：
正渗透膜系统以及采用该系统的浓缩乳制品制备方法
本申请涉及一种浓缩乳制品的制备方法，包括使用正渗透膜系统对生乳进行处理的步骤。
通过本申请制备方法制备的浓缩乳制品，可包括全脂浓缩乳制品和/或脱脂浓缩乳制品。处理后得到的浓缩乳制品中总固含量为15-60％，优选为20-55％，更优选为25-50％。
本申请的正渗透膜系统优选能够规模化处理生乳的系统。
一方面，正渗透膜系统至少包括两个循环：进料循环和汲取液循环。生乳中的水从进料循环通过正渗透膜被提取到汲取液循环中，作为进料的生乳被浓缩，而汲取液被稀释。
另一方面，正渗透膜系统中，正渗透膜面积(平方米为单位)与进料处理量(升为单位)的比值在7∶1-1∶7之间，优选在3∶1-1∶3之间。
另一方面，正渗透膜系统中，汲取液侧流速与进料侧流速的比例为1∶0.5-1∶5，优选为1∶1-1∶3，更优选为1∶2。
另一方面，正渗透膜为卷试膜、板式膜、中空膜中的一种或几种，优选卷试膜或中空膜，更优选中空膜。
正渗透膜系统使用的汲取液
一方面，正渗透膜系统中使用的汲取液为氯化钠、氯化镁、氯化钙、乳糖、硫酸镁中的一种或多种的组合，优选氯化钙和硫酸镁中的一种或多种，更优选氯化钙。
另一方面，正渗透膜系统中添加汲取液的方式，包括：
A)当汲取液浓度降低到7-8％时，选择补充无机盐，使汲取液的浓度回复至初始浓度；其中汲取液初始浓度优选为5-20％，更优选为12％；或者
B)维持汲取液初始浓度不变；其中汲取液初始浓度优选为5-20％，更优选为8-10％；或者
C)选择不回调汲取液浓度；其中汲取液初始浓度优选为10-25％，更优选为15-18％；或者
D)选择三段式不断增加汲取液浓度，初始汲取液初始浓度优选为5-20％，更优选为8-10％；二段汲取液浓度为8-22％，更优选为10-12％；三段汲取液浓度为10-25％，更优选为12-15％。
制备方法的具体实施步骤
一种浓缩乳制品的制备方法，包括以下步骤：
1)将生乳进行理化检验；
2)将检验后的生乳暂存后进行净乳操作，然后冷却；
3)将得到的生乳进入正渗透膜系统进行处理，得到浓缩乳。
一方面，步骤1)还包括对检验后符合要求的生乳进行过滤的步骤，以除去物理杂质。所述过滤步骤中，所采用的一级过滤器孔径为10-1mm(优选5-1mm，更优选2.00mm)，二级过滤器孔径为5-0.5mm(优选3-0.5mm，更优选1mm)。
另一方面，步骤2)还包括将生乳冷却至4-15摄氏度(优选4-10摄氏度，更优选7摄氏度)，并储存。
另一方面，步骤3)之后还包括灌装、速冻、和/或装箱的步骤，得到终产品。
另一方面，步骤2)结束后所获得的生乳中总固含量在10-15％(优选11-14％，更优选11.5-13％)之间。
另一方面，步骤3)中所述生乳进入正渗透膜系统的温度不超过20摄氏度(优选不超过15摄氏度，更优选不超过7摄氏度)，出口处温度不超过50摄氏度(优选不超过30摄氏度，更优选不超过20摄氏度)。
另一方面，在步骤3)之前添加常规脱脂分离工艺，所得脱脂乳继续按照步骤3)进行浓缩乳制备。
关于正渗透原理和正渗透膜的介绍
正渗透(FO)是一种渗透过程，使用半透膜来实现水与溶解的溶质的分离。这种分离的驱动力是渗透压梯度，高浓度的汲取溶液(相对于进料溶液)通过渗透压梯度诱导净水通过正渗透膜流入汲取液，因此有效地将水与其溶质分离。相反，反渗透过程使用液压作为分离的驱动力，来抵消渗透压梯度，实现净水的逆渗透压梯度迁移。因此，与正向渗透相比，反渗透需要更多的能量。
正渗透膜是正渗透过程的关键组件，是一种模拟生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜。一般用高分子材料制成。如醋酸纤维素膜、芳香族聚酰肼膜、芳香族聚酰胺膜。表面微孔的直径一般在0.3～10nm之间，透过性的大小与膜本身的化学结构有关。从膜的种类来讲，常用的正渗透膜有：板式膜，中空膜，卷试膜等类型。
正渗透膜系统以及乳制品制备方法的具体实施方式
对于正渗透膜系统而言，最关键的技术参数是膜通量，即单位时间单位面积的膜上通过的水的体积。膜通量越大，则浓缩效率越高。影响膜通量的主要因素包括：浓缩产品的类型，汲取液类型以及浓度，两侧流量差，温度，膜选型等。本申请通过正渗透系统的设计及工艺参数的设定，实现生乳浓缩(即，终产品的总固形物含量为15-60％，若为脱脂产品，则在22％-40％之间)的技术效果；并且，通过检测手段表征了所得浓缩乳的产品特性。
如说明书附图图1所示，本申请的正渗透膜系统包括两个循环，进料循环(鲜牛乳循环)和汲取液循环，水通过正渗透膜从鲜牛乳中被提取到汲取液中；鲜牛乳不断浓缩，汲取液不断被稀释。在本申请的具体实施方案中，正渗透膜系统内正渗透膜面积(平方米为单位)与处理量(升为单位)的比值在在7∶1-1∶7之间，处理量为每小时0.1-25吨之间。正渗透膜中水的通量主要由膜两端的渗透压压差决定，在本申请的具体实施方案中，通过调节汲取液浓度来实现水的通量控制；在运行过程中，水通量数值的巨大摆动容易加速膜的结垢，从而影响生产效率。
在本申请的具体实施方案中，鲜牛乳和汲取液被分别灌入进料罐和汲取液罐中；作为各自循环的起点。在启动系统时，一般保证鲜牛乳一侧的循环系统先开，然后再打开汲取液泵，使汲取液循环启动；另外，需要注意，在整个运行过程中，鲜牛乳循环一侧的压力要略微高于汲取液循环一侧的压力，防止反渗。还需要注意的是，本系统内，膜两侧的压差最大不要超过1-3bar(优选1-1.5bar)，最好是维持在0.1-1bar(优选0.2-0.7bar)之间。
整个浓缩过程中，需尽量保持系统进料量指标的数值稳定。若任一流量太快，原液(鲜牛乳)中的水分在没有被去除之前，原液(鲜牛乳)就进行了下一轮循环，将影响浓缩效率；若任一流量太慢，原液在膜表面停留时间过长，则会增加膜污染的概率。对于正渗透膜系统而言，最关键的技术参数是膜通量，即单位时间单位面积的膜上通过的水的体积。膜通量越大，则浓缩效率越高。影响膜通量的主要因素包括：浓缩产品的类型，汲取液类型及浓度，两侧流量差，温度，膜选型等。本申请通过正渗透系统的设计及工艺参数的设定，实现生乳浓缩(即，终产品的总固形物含量为15-60％，若为脱脂产品，则在22％-40％之间)的技术效果；并且，通过检测手段表征了所得浓缩乳的产品特性。
总体来讲，本申请的正渗透膜浓缩系统包括两个循环，进料循环(鲜牛乳循环)和汲取液循环，水通过正渗透膜从鲜牛乳中被提取到汲取液中；鲜牛乳不断浓缩，汲取液不断被稀释。在本申请的具体实施方案中，正渗透膜系统内正渗透膜面积(平方米为单位)与处理量(升为单位)的比值在在7∶1-1∶7之间，处理量为每小时0.1-25吨之间。正渗透膜中水的通量主要由膜两端的渗透压压差决定，在本申请的具体实施方案中，通过调节汲取液浓度来实现水的通量控制；在运行过程中，水通量数值的巨大摆动容易加速膜的结垢，从而影响生产效率。
在运行过程中，鲜牛乳在进料循环(鲜牛乳循环)侧不断被循环，直至达到目标浓缩倍数，而汲取液循环侧的溶液由于水的迁移，不断被稀释。
在本申请的具体实施方案中，例如，本申请以CaCl2作为正渗透牛乳浓缩汲取液，提高了膜通量，进而提高浓缩效率，降低了反向溶质通量，未向原乳中引入其他乳成分之外的其他杂质，且该汲取液可用纳滤或反渗透系统进行回收，降低污水排放，加工工艺更加绿色环保。最后，反向溶质通量也是正渗透浓缩工艺中的关键参数，较高的反向溶质通量会将汲取液中的物质引入原料液中，使得最终浓缩产品成分改变或某种成分含量上升，从而影响最终产品品质。
汲取液的添加方式
如图3所示，汲取液添加方式A指的是：汲取液浓度从一个相对较高的浓度开始，中间过程中不添加汲取液溶质，汲取液浓度随着水从原奶侧渗透至汲取液侧而自动降低。这种添加方式的优点是操作简单，缺点是在浓缩的后段汲取液浓度可能不够高，导致终产品浓度相对较低，但仍旧可以达到总固25-50％。具体地，本申请的实施例2和实施例3采用的就是汲取液添加方式A。
如图4所示，汲取液添加方式B指的是，汲取液浓度从一个相对较低的浓度开始，中间过程中添加两次汲取液溶质，使得汲取液的浓度分三段式，每段浓度高于前一段。这种添加方式的优点是操作相对简单，对于在线监控系统的要求相对低，可以保证浓缩终点的总固含量相对较高。具体地，本申请的实施例5和实施例8采用的就是汲取液添加方式B。
如图5所示，汲取液添加方式C指的是，汲取液浓度从开始到最后都不明显改变。这种方式的优点是，汲取液浓度波动小，相对的通量变化也波动小，对膜的污阻相对小，缺点是：为了实现汲取液浓度基本不变，要一直向汲取液侧添加汲取液溶质，添加量和时机都依赖于敏感的在线监控系统，对系统投资要求高，操作困难，而且只适应于每一个膜组件都配备单独汲取液罐的系统。具体地，本申请的实施例4、实施例7、和实施例10采用的就是汲取液添加方式C。
如图6所示，汲取液添加方式D指的是，汲取液浓度从一个设定的浓度开始，中间过程中由于汲取液吸水浓度降低，当降低到某个设定好的极限低值时再添加汲取液溶质，使汲取液浓度回到初始值，不断重复这个循环。这种添加方式的优点是操作比添加方式C简单，提取过程中的膜通量也能相对稳定，对于在线监控系统的要求相对添加方式A和B来讲，还是要高一些。具体地，本申请的实施例1、实施例6、实施例9采用的就是汲取液添加方式D。
另外，原液流量的选择将直接影响浓缩通量以及膜的结垢速率，原液流量过低，会使得膜表面容易结垢，原液流量过高，则使得浓缩过程来不及充分发生，降低浓缩效果。
下面的表1反映了，在进料牛乳体积(10L)和汲取液体积(1.8L)确定的情况下，采用不同的原液流速时所对应的平均通量(匹配的膜面积为2平方米，正渗透膜面积(平方米为单位)与进料处理量(升为单位)的比值为5∶1。
表1
Figure BDA0001996931380000091
正渗透膜浓缩的运行温度也十分重要。该运行温度受到膜操作温度以及产品微生物指标的双向限制，正渗透膜不适宜在超过50摄氏度的温度下运转；考虑到浓缩乳微生物指标的要求，理想状态下的正渗透膜浓缩希望在低温下进行。然而，浓缩乳的流动性在低温条件下会极速下降，使得浓缩难以继续进行。综合上述因素，正渗透膜浓缩的运行温度优选在7-50摄氏度(更优选在10-20摄氏度)之间进行。
浓缩乳制品
本申请的制备方法所制备的浓缩乳制品，其中总固含量为15-60％，优选为20-55％，更优选为30-50％；优选地，所述浓缩乳制品为全脂产品，其总固形物含量为40-60％，或者为脱脂产品，其总固形物含量为22％-40％。
优选地，所述浓缩乳制品按浓缩比例稀释到生奶总固形物含量水平后，所检测出的β-乳球蛋白含量大于生奶量的75％，优选大于85％；优选地，所述浓缩乳制品按浓缩比例稀释到生奶总固形物含量水平后，所检测出的乳铁蛋白含量大于生奶量的75％，优选大于85％。
下边的表格，描述了本申请的制备方法所得浓缩乳的各方面：
表2浓缩乳制品的感官要求
Figure BDA0001996931380000092
Figure BDA0001996931380000101
表3浓缩乳制品的理化指标
Figure BDA0001996931380000102
从下面的表4可见，本申请所得到的还原后冷浓缩乳中所含有的主要盐离子与原奶比较，并无显著差异；再次证明了本申请所描述的正渗透膜浓缩方法是优化的，并没有离子反渗的情况发生。表4为原奶和冷浓缩乳(即本申请实施例1中所得的冷浓缩乳)所测得的主要盐离子数据。
表4
Figure BDA0001996931380000103
本申请的制备方法所得浓缩乳的营养物质保留也很充分。为了方便比较，将冷/热浓缩乳成品加水稀释到正常牛乳固含量水平，再送检；表5中的还原冷浓缩奶为实施例1中所得的冷浓缩乳稀释得到，还原热浓缩奶为按常规热浓缩方法(多效降膜浓缩法)制得的热浓缩乳稀释得到。
表5
Figure BDA0001996931380000111
(上表中，“阳性”表示碱性磷酸酶或乳过氧化物酶有活性，“阴性”表示碱性磷酸酶或乳过氧化物酶失去活性。未经加工的生奶中，这两种酶都呈阳性。)
β-乳球蛋白(β-lactoglobulin)是鲜奶当中蛋白质的一种，约占鲜奶蛋白质的7-12％。具有降胆固醇与抗氧化等生理活性。本蛋白是评估灭菌乳和巴氏杀菌乳质量的重要指标，对于巴士杀菌乳来讲，特优级产品中的β-乳球蛋白含量一般达到2600mg/L，优级产品一般达到2000mg/L。对于灭菌乳来讲，特优级产品中的β-乳球蛋白含量一般达到200mg/L，优级产品一般达到100mg/L。
由此可见，β-乳球蛋白的高指标，与牛乳的高质量是正相关的。对于浓缩乳而言，热处理会降低这个指标的数值；本申请所得到的冷浓缩乳，无论浓缩比例是多少，所含β-乳球蛋白的含量都显著高于传统热浓缩乳，证明了冷浓缩技术在保存牛乳活性成分方面的优势。
生乳里的糠氨酸含量微乎其微，每公斤里约含0.15毫克，且不受奶牛处在正常饲养范围内的条件变化影响，但是在不同的奶制品成品里的含量变化却很大。巴氏杀菌乳、直接法超高温瞬间灭菌奶和间接法超高温瞬间灭菌乳(UHT)、以及保持法二次灭菌奶的糠氨酸含量幅度变化非常大，其最主要的原因是生乳在不同的加工工艺过程中所经受热处理的强度不同，即高温和在此温度下保温时间的组合差异，不当的过热处理，会造成糠氨酸含量的显著上升。而更进一步的研究表明，摄入过量的糠氨酸对人体健康有害。
因此，糠氨酸含量是评估灭菌乳和巴氏杀菌奶质量的重要指标之一。对于巴士杀菌奶来讲，特优级产品中的糠氨酸含量通常低于10(mg/100g蛋白质)，优级产品通常低于12(mg/100g蛋白质)。对于灭菌乳来讲，特优级产品中的糠氨酸含量通常低于100(mg/100g蛋白质)，优级产品通常低于200(mg/100g蛋白质)。
由此可见，糠氨酸含量指标足够低，能够反映出产品牛乳的高质量。对于浓缩乳而言，热处理会增加这个指标的数值，由表5中的数据可知，冷浓缩乳，以及原奶，所含糠氨酸的含量都显著低于传统热浓缩乳，证明了冷浓缩技术在保存牛乳活性成分方面的优势。
乳铁蛋白是牛乳中一种重要的非血红素铁结合糖蛋白，具有杀菌活性。乳铁蛋白不仅参与铁的转运，而且具有广谱抗菌、抗氧化、抗癌、调节免疫系统等强大的生物功能，被认为是一种新型抗菌、抗癌药物和极具开发潜力的食品和饲料添加剂。不当的过热处理，会造成乳铁蛋白的含量的显著下降。
由此可见，乳铁蛋白的高指标，与牛乳的高质量是正相关的。对于浓缩乳而言，热处理会降低这个指标的数值。由表5中的数据可知，由于热处理的破坏，热浓缩乳中的乳铁蛋白明显低于原奶。而冷浓缩乳，所含乳铁蛋白的含量显著高于传统热浓缩乳，与新鲜原奶中的乳铁蛋白水平相当，证明了冷浓缩技术在保存牛乳活性成分方面的优势。
碱性磷酸酶和乳过氧化物酶，都属于热敏性酶类，指示牛乳是否经历过热处理，同时也是评价牛乳是否新鲜的指标之一。从表5中可见，在冷浓缩乳中，两种酶类都没有失活，进一步证明了冷浓缩的产品质量更接近生乳。而在热浓缩乳中，碱性磷酸酶和乳过氧化物酶都呈阴性，则表示牛乳经过了过高温处理，两种酶类已经失活。
连续式正渗透膜系统
一种连续式正渗透膜系统，其包括单个或多个正渗透膜组件(优选为四个正渗透膜组件)、一个用来回收汲取液的反渗透膜组件、原料罐、产品罐、和汲取液罐(优选为两个汲取液罐)；所述多个正渗透膜组件优选以串联的方式相互连接，并与原料罐和产品罐一起构成了进料循环；所述正渗透膜，反渗透膜与汲取液罐(优选为两个汲取液罐)一起构成了汲取液循环，正渗透膜同时处于是进料循环及汲取液循环两个循环内。
优选地，进料循环的流向与汲取液循环的流向相反。
所述正渗透膜系统优选能够连续地处理鲜牛乳，以实现牛乳浓缩的规模化处理。
所述正渗透膜组件外优选设置有隔温层，该隔温层优选为聚氨酯。
优选地，每个正渗透膜组件的出口处设有温度计。
优选地，连续式正渗透膜系统包括：多个电导率仪分别设置于正渗透膜组件和反渗透膜组件的出口处，正渗透膜出口的电导率仪处于进料循环(进料循环)侧，反渗透膜出口的电导率仪处于汲取液循环侧。多个电导仪实时监控溶液电导，并实时传送回控制面板。
优选地，连续式正渗透膜系统包括：多个温度计，设置于每个正渗透膜的出口处，优选地位于进料循环一侧；一个压力计，其位于最后一个正渗透膜的出口处。
连续式正渗透膜系统通过控制流速，使汲取液一侧的压力总是低于鲜乳一侧，从而防止汲取液盐离子的反渗。
优选地，每个正渗透膜组件的出口处设有压力计和/或浊度计。压力计和/或浊度计，是用来辅助监控。压力计是为了检测膜内污阻情况，检测是否有堵塞通路；浊度计一般安装在汲取液侧，浊度计是为了在汲取液中监测蛋白质含量，可以第一时间发现膜的破损情况，防止原奶流入汲取液侧、或汲取液流入原奶侧的情况。
优选地，每个正渗透膜组件的出口都设有管路直接到达产品罐。
一方面，其中所述正渗透膜组件中的正渗透膜面积为2-200平方米，优选10-180平方米，更优选20-120平方米。
另一方面，整个连续式正渗透膜系统的产能为每小时0.1-35吨，优选1-20吨之间。其中每个正渗透膜组件承担总固提升3-15％，优选4-12％，更优选5-11％的任务。
另一方面，所得浓缩乳的总固含量为15-60％，优选20-55％，更优选25-50％；所得浓缩乳中汲取液阳离子的迁移率在10％以下，优选5％以下，更优选1％以下。
在本申请的具体实施方案中，例如，如图2所示，本连续系统包含四个正渗透浓缩单元(正渗透膜组件)(正渗透膜1、正渗透膜2、正渗透膜3、正渗透膜4)；一个反渗透膜组件，承担汲取液回收的任务；两个循环，进料循环(实线)和汲取液循环(虚线)；5个电导率仪，分别处于5个浓缩单元(正渗透膜组件)的出口，正渗透膜出口的电导率仪处于进料循环侧，反渗透膜出口的电导率仪处于汲取液循环侧，五个电导仪实时监控溶液电导，并实时传送回控制面板；四个温度计，处于四段正渗透膜的出口，位于鲜乳一侧，一个压力计，位于正渗透膜4出口处。
每个正渗透膜组件的正渗透膜面积优选在10-180平方米之间，整个连续式正渗透膜系统的产能优选在每小时1吨-20吨之间，每个正渗透浓缩单元优选承担总固提升4-12％的任务。所得浓缩乳的总固含量优选在25-50％之间，所得浓缩乳中汲取液阳离子的迁移率优选在5％以下。
原料端：未经浓缩的生乳(鲜乳)放在原料罐中，机器开机后，原奶从原料罐中，被泵到正渗透膜1中，经过正渗透膜浓缩后，总固含量从12-14％上升到18-24％；之后继续进入正渗透膜2中，经过正渗透膜浓缩后，总固含量从18-24％上升到30-34％；之后继续进入正渗透膜3中，经过正渗透膜浓缩后，总固含量从30-34％上升到40-45％；之后进入正渗透膜4中，经过这最后一级的浓缩，总固含量上升到45-60％之间，然后从正渗透膜4进入产品罐，便进行灌装打包出库等环节。注意，为了实现产品类型柔性化生产，在正渗透膜1、正渗透膜2、正渗透膜3的出口处分别有管路直接通到产品罐，使不同浓缩倍数的浓缩乳可以通过同一套系统在不改装的前提下完成生产。
汲取液端：汲取液的流向与原奶的流向相反。汲取液从汲取液罐1中进入正渗透膜4，通过不同的渗透压吸收原奶中的水分，实现牛乳的浓缩，汲取液自身被稀释；从正渗透膜4中出来后，汲取液继续进入正渗透膜3进行浓缩；之后进入正渗透膜2，正渗透膜2与汲取液罐2有相连的回路。汲取液罐2设计在此处的目的，是为了让汲取液集中，方便浓度调节，如果不需要浓度调节，可以避开此回路。汲取液从正渗透膜2出来后，进入正渗透膜1，之后进去反渗透膜系统进行汲取液回收，得到的截留液为可以继续使用的汲取液盐溶液；故返回汲取液罐1，而反渗透膜系统的透过液为水，可以进入工厂其他用途循环。
本申请中连续式正渗透膜系统的独创性，包括但不限于：
1.正渗透膜组件外设有隔温层。由于牛乳的营养丰富，为了保持浓缩奶的新鲜，冷浓缩系统一般不设杀菌设备；因此，一定要严格控制温度不超过20摄氏度来防止微生物繁殖及其大量滋生，而本申请中设置的隔温层有助于温度的控制。
2.每一级正渗透结束处(每个正渗透膜组件的出口处)都设有温度计。如温度计读数超过20摄氏度，自动控制系统将产品通过管路导回带有温控的原料罐，降温后继续浓缩，防止浓缩产品温度过高影响产品质量。
3.牛乳加工与传统水处理最不同的地方在于：需要非常严格地来控制汲取液离子的迁移，以保证即使在膜破裂的前提下，汲取液离子也不能大量迁移。因此，需要通过流速控制，来使得汲取液一侧的压力永远低于生乳(鲜乳)一侧。另外，汲取液的阳离子对溶液电导的影响也非常剧烈，电导率仪的设置让系统的每一级正渗透都可以实时地监控产品电导，一旦发现读数跃升，就证明浓缩失败，需要停机检修。
4.为增加工艺柔性，在每个正渗透膜出口都设计了管路直接到达产品罐，使得各种浓度的终产品都可以在不改动系统硬件的条件下实现浓缩。
5.为增加系统可靠性和灵敏性，可在每段正渗透组件之后增设压力计以及浊度计，用来辅助监控。压力计是为了检测膜内污阻情况，有没有堵塞通路。浊度计是为了在汲取液中监测蛋白质的含量，汲取液本来为澄清状态，若有蛋白质进入则边浑浊，这种变化可以被浊度计迅速捕捉到。浊度计可以第一时间发现膜破，从而反馈给控制面板，控制面板可以提醒操作人员故障膜的位置，从而由操作人员进行接下来的产品分离，膜修补等后续处理。从而防止原奶流入汲取液侧，或汲取液流入原奶侧。
有益效果
基于正渗透原理的乳制品浓缩方法
本申请首次将正渗透膜浓缩技术规模化地应用到乳制品加工行业中，利用正渗透实现了对复杂有机体系的连续冷浓缩。通过控制正渗透膜两端溶液的渗透压差，实现了目标溶液的多倍浓缩；同时不引入任何热源或强外压，保持了目标溶液的主要营养素及营养素比例，对目标溶液风味的影响也较传统热浓缩方式低很多。同时，本申请从汲取液种类、浓度、添加方式等多个维度优化了正渗透浓缩过程中的汲取液选择。本申请涉及的正渗透膜浓缩技术未造成显著的离子迁移，所得的浓缩产品品质得到了保证。
正渗透过程的驱动力由汲取液与原料液之间产生的渗透压差提供，而汲取液是决定这一过程驱动力的主要因素，因此汲取液的选择是正渗透研究中的核心技术之一。理想的汲取液需要具备以下特点：无毒无害；能提供高的渗透压，以便从原料液中汲取水；低反向溶质通量；汲取溶质能方便地与水分离，且能循环利用；有非常高的稳定性、不与膜材料发生化学反应。为了使正渗透技术更好地运用于牛乳浓缩工艺中，寻找一种高效的汲取溶质，即，既能在水溶液中溶解性好，产生高渗透压，并且可以在正渗透过程中减少反向溶质通量，方便回收利用，提高浓缩效率成为当前亟待解决的问题。
针对现有技术的不足，本申请提供了适用于正渗透浓缩牛乳的关于汲取液的解决方案(具体参数：包括汲取液种类、汲取液浓度、汲取液添加方式等)，以及该汲取液在正渗透牛乳浓缩上的应用。本申请所述的关于汲取液的解决方案，提高了膜通量，进而提高浓缩效率，降低了反向溶质通量，未向原乳中引入其他乳成分之外的其他杂质，且该解决方案可用纳滤或反渗透系统进行回收，降低污水排放，加工工艺更加绿色环保。
与反渗透膜浓缩方法和冷冻浓缩方法相比，本申请采用的正渗透膜浓缩技术可大大提升乳制品的浓缩倍数，同时降低了单位能耗，节约了运行成本，为开创乳制品产品的新品类提供了技术支持。众所周知，冷冻是一个非常消耗能源的操作，而且会对产品的性质造成不可逆的破坏；另外，正渗透浓缩技术的设备维护成本以及运行成本也要大幅优于反渗透浓缩技术及传统热浓缩技术。
正渗透膜在食品行业(特别是乳制品行业)中的使用与在传统行业(例如水处理行业)中的使用是有巨大区别的。本申请使用正渗透膜的主要目的在于浓缩，而在传统水处理行业中使用正渗透膜的主要目的在于脱盐或分离。由于主要目的的不同，导致了两者设计不同，并且具体参数及工艺步骤也不相同。具体来讲，本申请的系统通过压力计的精密控制，保证即使出现了膜破损的情况，汲取液也会不污染牛乳；这种级别的精密控制，是其他行业的设备所不需要的。
本申请的正渗透膜系统，与其他行业的主要区别包括但不限于：1)正渗透膜组件外设有隔温层，浓缩过程便于温度的控制，防止微生物的大量繁殖；2)整个浓缩系统设置有温度计、压力计及电导率仪，严格控制各环节的指标；3)汲取液有4种添加方式，且优选设置2组汲取液罐，方便及时调整汲取液浓度和用量；4)可实现多组正渗透膜组件的串联浓缩，等梯度浓缩，从而提高浓缩效率。
连续式正渗透膜系统
本申请涉及一种应用在乳制品浓缩领域的连续式正渗透膜系统，其能够连续地处理鲜乳，实现了乳制品浓缩的规模化处理。同时，保证了浓缩乳制品产品的微生物指标、理化指标、营养指标都可以达到相关标准的要求(由于牛乳作为一种复杂有机体系，营养丰富而且对加工过程十分敏感，应用在水处理或其他领域的正渗透膜系统完全无法达到上述要求)。
正渗透膜系统应用在乳制品加工领域，与应用在传统水处理领域完全不同：需要非常严格地控制汲取液离子的迁移，保证即使在膜破裂的前提下，汲取液离子也不能大量迁移。因此，需要通过流速控制，使汲取液一侧的压力永远低于生乳(鲜乳)一侧。另外，汲取液阳离子对溶液电导的影响非常剧烈，电导率仪的设置让系统每一级都可以实时监控产品电导，一旦发现读数跃升，就证明浓缩失败，需要停机检修。
并且，本申请的连续式正渗透膜系统中的正渗透膜组件外设有隔温层，以严格控制温度防止微生物大量滋生(牛乳营养丰富，但为了保持浓缩奶的新鲜，冷浓缩系统一般不设专用的杀菌设备)。
另外，为了增加工艺柔性，本申请的连续式正渗透膜系统还优选在每个正渗透膜出口都设计了管路直接到达产品罐，使得各种浓度的终产品都可以在不改动系统硬件的条件下实现浓缩。
为了增加系统可靠性和灵敏性，本申请的连续式正渗透膜系统还优选在每段正渗透组件之后增设压力计和/或浊度计，用来辅助监控。压力计是为了检测膜内污阻情况，检测有没有堵塞通路的情况。浊度计是为了在汲取液中监测蛋白质的含量，这样可以第一时间发现膜破，防止原奶流入汲取液侧或汲取液流入原奶侧。
具体实施方式
以下实施例中使用的生牛乳是符合GB 19301-2010标准要求的。生乳常规指标及实施例终产品的具体表征指标见该部分的表7。
实施例1
一种基于正渗透膜技术的浓缩乳制备方法，包括：
1)生乳到厂后进行理化检验，对符合要求的生乳进行过滤除去物理杂质；
2)生乳暂存后进行净乳操作，后将生乳冷却至7摄氏度，并储存；
3)生乳进入正渗透膜系统处理，得到浓缩乳；
4)浓缩乳经过灌装、速冻、装箱，得到终产品。
步骤1中一级过滤器孔径1.00mm，二级过滤器孔径0.50mm。
步骤2结束后所获得的生乳中总固含量在11.5-13％之间。
步骤3中正渗透膜汲取液侧流速与原液侧流速比例为1∶2。
步骤3中膜通量数值随着体系的动态变化在0.8-1.5LMH之间摆动。
步骤3中汲取液初始浓度为12％，浓度降低到5-7％时补充无机盐至浓度回复12％。
步骤3中使用的正渗透膜系统为板式膜，膜面积与进料体积比为1∶4；
步骤3结束后，浓缩乳总固含量在30-60％之间。
步骤3中生乳进入正渗透膜浓缩系统的温度不超过7摄氏度，出口处温度不超过20摄氏度。
步骤3中所使用的汲取液为硫酸镁。
实施例2
一种基于正渗透膜技术的浓缩乳制备方法，包括：
1)生乳到厂后进行理化检验，对符合要求的生乳进行过滤除去物理杂质；
2)生乳暂存后进行净乳操作，后将生乳冷却至7摄氏度，并储存；
3)生乳进入正渗透膜系统处理，得到浓缩乳；
4)浓缩乳经过灌装、速冻、装箱，得到终产品。
步骤1中一级过滤器孔径1.00mm，二级过滤器孔径0.50mm。
步骤2结束后所获得的生乳中总固含量在11.5-13％之间。
步骤3正渗透膜汲取液侧流速与原液侧流速比例为1∶3。
步骤3中膜通量随着体系的动态变化在(0.5-1LMH之间摆动)。
步骤3结束后，浓缩乳总固含量在30-60％之间。
步骤3中汲取液初始浓度为20％，浓缩过程中不调节汲取液浓度。
步骤3中使用的正渗透膜系统为中空膜，膜面积与进料体积比为1∶2；
步骤3中生乳进入正渗透膜浓缩系统的温度不超过7摄氏度，出口处温度不超过20摄氏度。
步骤3中所使用的汲取液为氯化镁。
实施例3
一种基于正渗透膜技术的浓缩乳制备方法，包括：
1)生乳到厂后进行理化检验，对符合要求的生乳进行过滤除去物理杂质；
2)生乳暂存后进行净乳操作，后将生乳冷却至7摄氏度，并储存；
3)生乳进入正渗透膜系统处理，得到浓缩乳；
4)浓缩乳经过灌装、速冻、装箱，得到终产品。
步骤1中一级过滤器孔径1.00mm，二级过滤器孔径0.50mm。
步骤2结束后所获得的生乳中总固含量在11.5-13％之间。
步骤3中正渗透膜汲取液侧流速与原液侧流速比例为1∶2。
步骤3中膜通量随着体系的动态变化在(0.8-1.5LMH之间摆动)。
步骤3结束后，浓缩乳总固含量在30-60％之间。
步骤3中汲取液初始浓度为20％，浓缩过程中不调节汲取液浓度。
步骤3中使用的正渗透膜系统为中空膜，膜面积与进料体积比为1∶3；
步骤3中生乳进入正渗透膜浓缩系统的温度为20摄氏度，正渗透膜配备温控系统，全程保持温度20摄氏度。
步骤3中所使用的汲取液为氯化钙。
实施例4
一种基于正渗透膜技术的浓缩乳制备方法，包括：
1)生乳到厂后进行理化检验，对符合要求的生乳进行过滤除去物理杂质；
2)生乳暂存后进行净乳操作，后将生乳冷却至7摄氏度，并储存；
3)生乳进入正渗透膜系统处理，得到浓缩乳；
4)浓缩乳经过灌装、速冻、装箱，得到终产品。
步骤1中一级过滤器孔径1.00mm，二级过滤器孔径0.50mm。
步骤2结束后所获得的生乳中总固含量在11.5-13％之间。
步骤3中正渗透膜汲取液侧流速与原液侧流速比例为1∶3。
步骤3中膜通量随着体系的动态变化在(0.5-1.2LMH之间摆动)。
步骤3结束后，浓缩乳总固含量在30-60％之间。
步骤3中汲取液初始浓度为8％，浓缩过程中全程控制浓度维持在8％。
步骤3中使用的正渗透膜系统为卷式膜，膜面积与进料体积比为1∶1；
步骤3中生乳进入正渗透膜浓缩系统的温度为20摄氏度，正渗透膜配备温控系统，全程保持温度20摄氏度。
步骤3中所使用的汲取液为氯化钙。
实施例5
一种基于正渗透膜技术的浓缩乳制备方法，包括：
1)生乳到厂后进行理化检验，对符合要求的生乳进行过滤除去物理杂质；
2)生乳暂存后进行净乳操作，后将生乳冷却至7摄氏度，并储存；
3)生乳进入正渗透膜系统处理，得到浓缩乳；
4)浓缩乳经过灌装、速冻、装箱，得到终产品。
步骤1中一级过滤器孔径1.00mm，二级过滤器孔径0.50mm。
步骤2结束后所获得的生乳中总固含量在11.5-13％之间。
步骤3中正渗透膜汲取液侧流速与原液侧流速比例为1∶4。
步骤3中膜通量随着体系的动态变化在(1-1.5LMH之间摆动)。
步骤3结束后，浓缩乳总固含量在30-60％之间。
步骤3中选择三段式不断增加汲取液浓度，初始汲取液初始浓度为6％；二段汲取液浓度为为10％；三段汲取液浓度为15％。
步骤3中使用的正渗透膜系统为卷式膜，膜面积与进料体积比为1∶1；
步骤3中生乳进入正渗透膜浓缩系统的温度不超过7摄氏度，出口处温度不超过20摄氏度。
步骤3中所使用的汲取液为氯化钠。
实施例6
一种基于正渗透膜技术的浓缩乳制备方法，包括：
1)生乳到厂后进行理化检验，对符合要求的生乳进行过滤除去物理杂质；
2)生乳暂存后进行净乳操作，后将生乳冷却至7摄氏度，并储存；
3)生乳进入正渗透膜系统处理，得到浓缩乳；
4)浓缩乳经过灌装、速冻、装箱，得到终产品。
步骤1中一级过滤器孔径1.00mm，二级过滤器孔径0.50mm。
步骤2结束后所获得的生乳中总固含量在11.5-13％之间。
步骤3中正渗透膜汲取液侧流速与原液侧流速比例为1∶2.5。
步骤3中膜通量随着体系的动态变化在(1-1.5LMH之间摆动)。
步骤3结束后，浓缩乳总固含量在30-60％之间。
步骤3中汲取液初始浓度为12％，当浓度降低至5-7％时添加汲取液溶质，调节汲取液浓度返回12％，重复以上循环直到浓缩过程结束。
步骤3中使用的正渗透膜系统为中空膜，膜面积与进料体积比为1∶1；
步骤3中生乳进入正渗透膜浓缩系统的温度为15摄氏度，正渗透膜配备温控系统，全程保持温度15摄氏度。
步骤3中所使用的汲取液为氯化钠。
实施例7
一种基于正渗透膜技术的浓缩乳制备方法，包括：
1)生乳到厂后进行理化检验，对符合要求的生乳进行过滤除去物理杂质；
2)生乳暂存后进行净乳操作，后将生乳冷却至7摄氏度，并储存；
3)生乳进入正渗透膜系统处理，得到浓缩乳；
4)浓缩乳经过灌装、速冻、装箱，得到终产品。
步骤1中一级过滤器孔径1.00mm，二级过滤器孔径0.50mm。
步骤2结束后所获得的生乳中总固含量在11.5-13％之间。
步骤3中正渗透膜汲取液侧流速与原液侧流速比例为1∶4。
步骤3中膜通量随着体系的动态变化在(0.5-1LMH之间摆动)。
步骤3结束后，浓缩乳总固含量在30-60％之间。
步骤3中保持汲取液浓度在9％左右直至浓缩结束。
步骤3中使用的正渗透膜系统为卷式膜，膜面积与进料体积比为2∶1；
步骤3中生乳进入正渗透膜浓缩系统的温度为20摄氏度，正渗透膜配备温控系统，全程保持温度20摄氏度。
步骤3中所使用的汲取液为氯化镁。
实施例8
一种基于正渗透膜技术的浓缩乳制备方法，包括：
1)生乳到厂后进行理化检验，对符合要求的生乳进行过滤除去物理杂质；
2)生乳暂存后进行净乳操作，后将生乳冷却至7摄氏度，并储存；
3)生乳进入正渗透膜系统处理，得到浓缩乳；
4)浓缩乳经过灌装、速冻、装箱，得到终产品。
步骤1中一级过滤器孔径1.00mm，二级过滤器孔径0.50mm。
步骤2结束后所获得的生乳中总固含量在11.5-13％之间。
步骤3中正渗透膜汲取液侧流速与原液侧流速比例为1∶3。
步骤3中膜通量随着体系的动态变化在(0.5-1LMH之间摆动)。
步骤3结束后，浓缩乳总固含量在30-60％之间。
步骤3中选择三段式不断增加汲取液浓度，初始汲取液初始浓度为8％；二段汲取液浓度为为12％；三段汲取液浓度为16％。
步骤3中使用的正渗透膜系统为中空膜，膜面积与进料体积比为1∶4；
步骤3中生乳进入正渗透膜浓缩系统的温度为20摄氏度，正渗透膜配备温控系统，全程保持温度20摄氏度。
步骤3中所使用的汲取液为硫酸镁。
实施例9
一种基于正渗透膜技术的浓缩乳制备方法，包括：
1)生乳到厂后进行理化检验，对符合要求的生乳进行过滤除去物理杂质；
2)生乳暂存后进行净乳操作，后将生乳冷却至7摄氏度，并储存；
3)生乳进入分离机进行脱脂；
4)脱脂后的生乳进入正渗透膜系统处理，得到浓缩乳；
5)浓缩乳经过灌装、速冻、装箱，得到终产品。
步骤1中一级过滤器孔径1.00mm，二级过滤器孔径0.50mm。
步骤2结束后所获得的生乳中总固含量在11.5-13％之间。
步骤3结束后所获得的生乳中总固含量在7-10％之间。
步骤4中正渗透膜汲取液侧流速与原液侧流速比例为1∶3。
步骤3中膜通量随着体系的动态变化在(1-2LMH之间摆动)。
步骤4结束后，浓缩乳总固含量在30-60％之间。
步骤4中汲取液初始浓度为12％，浓度降低到5-7％时补充无机盐至浓度回复12％。
步骤4中使用的正渗透膜系统为中空膜，膜面积与进料体积比为1∶4；
步骤4中生乳进入正渗透膜浓缩系统的温度为20摄氏度，正渗透膜配备温控系统，全程保持温度20摄氏度。
步骤4中所使用的汲取液为氯化钙。
实施例10
一种基于正渗透膜技术的浓缩乳制备方法，包括：
1)生乳到厂后进行理化检验，对符合要求的生乳进行过滤除去物理杂质；
2)生乳暂存后进行净乳操作，后将生乳冷却至7摄氏度，并储存；
3)生乳进入分离机进行脱脂；
4)脱脂后的生乳进入正渗透膜系统处理，得到浓缩乳；
5)浓缩乳经过灌装、速冻、装箱，得到终产品。
步骤1中一级过滤器孔径1.00mm，二级过滤器孔径0.50mm。
步骤2结束后所获得的生乳中总固含量在11.5-13％之间。
步骤3结束后所获得的生乳中总固含量在7-10％之间。
步骤4中正渗透膜汲取液侧流速与原液侧流速比例为1∶3。
步骤3中膜通量随着体系的动态变化在(1-2LMH之间摆动)。
步骤4结束后，浓缩乳总固含量在30-60％之间。
步骤4中汲取液初始浓度为20％，浓度一直维持在20％。
步骤4中使用的正渗透膜系统为中空膜，膜面积与进料体积比为2∶1；
步骤4中生乳进入正渗透膜浓缩系统的温度为20摄氏度，正渗透膜配备温控系统，全程保持温度20摄氏度。
步骤4中所使用的汲取液为乳糖。
对比例1
一种基于正渗透膜技术的浓缩乳制备方法，包括：
1)生乳到厂后进行理化检验，对符合要求的生乳进行过滤除去物理杂质；
2)生乳暂存后进行净乳操作，后将生乳冷却至7摄氏度，并储存；
3)生乳进入正渗透膜系统处理，得到浓缩乳；
4)浓缩乳经过灌装、速冻、装箱，得到终产品。
步骤1中一级过滤器孔径1.00mm，二级过滤器孔径0.50mm。
步骤2结束后所获得的生乳中总固含量在11.5-13％之间。
步骤3中正渗透膜汲取液侧流速与原液侧流速比例为1∶2.5之间。
步骤3中膜通量随着体系的动态变化从1降至0LMH。
步骤3结束后，浓缩乳总固含量在20-40％之间。
步骤3中汲取液初始浓度为6％，浓缩过程保持为6％。
步骤3中生乳进入正渗透膜浓缩系统的温度为20摄氏度，正渗透膜配备温控系统，全程保持温度20摄氏度。
步骤3中所使用的汲取液为氯化钙。
如前所述，实施例中浓缩乳产品可以达到30-60％的总固含量，而对比例1中由于汲取液浓度，以及添加方式选择不当，所得的浓缩乳终产品最多只有22％总固。
对比例2
一种基于正渗透膜技术的浓缩乳制备方法，包括
1)生乳到厂后进行理化检验，对符合要求的生乳进行过滤除去物理杂质；
2)生乳暂存后进行净乳操作，后将生乳冷却至7摄氏度，并储存；
3)生乳进入热交换器预热至40摄氏度，然后正渗透膜系统处理，得到浓缩乳；
4)浓缩乳经过灌装、速冻、装箱，得到终产品。
步骤1中一级过滤器孔径1.00mm，二级过滤器孔径0.50mm。
步骤2结束后所获得的生乳中总固含量在11.5-13％之间。
步骤3中正渗透膜汲取液侧流速与原液侧流速比例为1∶2.5之间。
步骤3中膜通量随着体系的动态变化在0.5-1LMH之间摆动。
步骤3结束后，浓缩乳总固含量在20-60％之间。
步骤3中汲取液初始浓度为8％，浓缩过程中不断增加浓度，保证结束时，汲取液浓度为15％。
步骤3中生乳进入正渗透膜浓缩系统的温度为40摄氏度，正渗透膜配备温控系统，全程保持温度40摄氏度。
步骤3中所使用的汲取液为氯化钙。
表6实施例1与对比例2的产品指标对比
Figure BDA0001996931380000251
由以上结果可知，由于温度选择不当，对比例2所得到的浓缩乳产品得到严重影响，微生物含量过高，无法使用。
对比例3
一种基于反渗透膜技术的浓缩乳制备方法，包括
1)生乳到厂后进行理化检验，对符合要求的生乳进行过滤除去物理杂质；
2)生乳暂存后进行净乳操作，后将生乳冷却至7摄氏度，并储存；
3)生乳进入热交换器预热至20摄氏度，然后反渗透膜处理，得到浓缩乳；
4)浓缩乳经过灌装、速冻、装箱，得到终产品。
步骤1中一级过滤器孔径1.00mm，二级过滤器孔径0.50mm。
步骤2结束后所获得的生乳中总固含量在11.5-13％之间。
步骤3中反渗透膜原料测外加压力5-10bar。
步骤3结束后，浓缩乳总固含量在10-20％之间。
由于反渗透原理本身的限制，反渗透是逆着大自然渗透压的，在安全操作的前提下，外加压力在5-10bar，所能得到的产品总固为20％，不能符合浓缩乳行业标准对总固含量的要求。
下面的表7包括了各个实施例和对比例所得的终产品-----浓缩乳制品的具体指标分析。
Figure BDA0001996931380000261
检验方法：表1-7以及说明书中各具体指标的检测方法或检测标准
Figure BDA0001996931380000271

Claims (49)

1.一种浓缩乳制品的制备方法，包括使用正渗透膜系统对生乳进行处理的步骤；所述正渗透膜系统能够规模化处理生乳；
所述正渗透膜系统至少包括两个循环：进料循环和汲取液循环，生乳中的水从进料循环通过正渗透膜被提取到汲取液循环中，作为进料的生乳被浓缩，而汲取液被稀释；
浓缩乳制品为全脂浓缩乳制品或脱脂浓缩乳制品；
其中，所述正渗透膜系统中，汲取液侧流速与进料侧流速的比例为1:1-1:3；正渗透膜面积与进料处理量的比值在3:1-1:3之间，正渗透膜面积以平方米为单位，进料处理量以升为单位；
其中，通过调节汲取液浓度来实现水的通量控制；所述正渗透膜系统中添加汲取液的方式，包括：
i) 当汲取液浓度降低到7-8%时，选择补充无机盐，使汲取液的浓度回复至初始浓度；其中汲取液初始浓度为12-20%；
或者
ii) 维持汲取液初始浓度不变；其中汲取液初始浓度为8-20%；
或者
iii) 选择三段式不断增加汲取液浓度，初始汲取液初始浓度为5-20%；二段汲取液浓度为8-22%；三段汲取液浓度为10-25%。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中所述汲取液为氯化钠、氯化镁、氯化钙、乳糖、硫酸镁中的一种或多种的组合。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中所述汲取液为氯化钙和/或硫酸镁。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其中所述汲取液为氯化钙。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中所述正渗透膜系统中，汲取液侧流速与进料侧流速的比例为1:2。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中得到的浓缩乳制品中总固含量为30-60%。
7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中所述正渗透膜为卷式膜、板式膜、中空膜中的一种或几种。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其中所述正渗透膜为卷式膜或中空膜。
9.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中包括以下步骤：
1）将生乳进行理化检验；
2）将检验后的生乳暂存后进行净乳操作，然后冷却；
3）将得到的生乳进入正渗透膜系统进行处理，得到浓缩乳。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其中步骤1）还包括对检验后符合要求的生乳进行过滤的步骤，以除去物理杂质。
11.根据权利要求10所述的制备方法，所述过滤步骤中，所采用的一级过滤器孔径为10-1mm，二级过滤器孔径为5-0.5mm。
12.根据权利要求11所述的制备方法，所述过滤步骤中，所采用的一级过滤器孔径为5-1mm，二级过滤器孔径3-0.5mm。
13.根据权利要求9所述的制备方法，其中步骤2）包括将生乳冷却至4-15摄氏度，并储存。
14.根据权利要求9所述的制备方法，其中步骤2）包括将生乳冷却至4-10摄氏度，并储存。
15.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中所述正渗透膜系统中添加汲取液的方式为i)时，其中汲取液初始浓度为12%。
16.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中所述正渗透膜系统中添加汲取液的方式为ii)时，其中汲取液初始浓度为8-10%。
17.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中所述正渗透膜系统中添加汲取液的方式为iii)时，其中初始汲取液初始浓度为8-10%。
18.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中所述正渗透膜系统中添加汲取液的方式为iii)时，其中二段汲取液浓度为10-12%。
19.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中所述正渗透膜系统中添加汲取液的方式为iii)时，其中三段汲取液浓度为12-15%。
20.根据权利要求9所述的制备方法，其中步骤3）之后还包括灌装、速冻、和/或装箱的步骤，得到终产品。
21.根据权利要求9所述的制备方法，其中步骤2）结束后所获得的生乳中总固含量在10-15%之间。
22.根据权利要求9所述的制备方法，其中步骤2）结束后所获得的生乳中总固含量在11-14%之间。
23.根据权利要求9所述的制备方法，其中步骤2）结束后所获得的生乳中总固含量在11.5-13%之间。
24.根据权利要求9所述的制备方法，其中步骤3）中所述生乳进入正渗透膜系统的温度不超过20摄氏度，出口处温度不超过50摄氏度。
25.根据权利要求9所述的制备方法，其中步骤3）中所述生乳进入正渗透膜系统的温度不超过15摄氏度，出口处温度不超过30摄氏度。
26.根据权利要求9所述的制备方法，其中步骤3）中所述生乳进入正渗透膜系统的温度不超过7摄氏度，出口处温度不超过20摄氏度。
27.根据权利要求9所述的制备方法，在步骤3）之前添加常规脱脂分离工艺，所得脱脂乳继续按照步骤3）进行浓缩乳制备。
28.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中所述正渗透膜系统对生乳进行处理，包括采用具有多个正渗透膜组件的连续式正渗透膜系统进行处理。
29.根据权利要求1-26或28中任一项所述的制备方法所制备的浓缩乳制品，其中总固含量为30-60%；
所述浓缩乳制品按浓缩比例稀释到生奶总固形物含量水平后，所检测出的β-乳球蛋白含量大于生奶量的75%；所述浓缩乳制品按浓缩比例稀释到生奶总固形物含量水平后，所检测出的乳铁蛋白含量大于生奶量的75%。
30.根据权利要求29所述的浓缩乳制品，所述浓缩乳制品按浓缩比例稀释到生奶总固形物含量水平后，所检测出的β-乳球蛋白含量大于生奶量的85%。
31.根据权利要求29所述的浓缩乳制品，所述浓缩乳制品按浓缩比例稀释到生奶总固形物含量水平后，所检测出的乳铁蛋白含量大于生奶量的85%。
32.根据权利要求29所述的浓缩乳制品，所述浓缩乳制品为全脂产品，其总固形物含量为40-60%。
33.一种连续式正渗透膜系统，其包括多个正渗透膜组件、一个用来回收汲取液的反渗透膜组件、原料罐、产品罐、和汲取液罐；
所述多个正渗透膜组件以串联的方式相互连接，并与原料罐和产品罐一起构成了进料循环；正渗透膜、反渗透膜与汲取液罐一起构成了汲取液循环；正渗透膜同时处于进料循环及汲取液循环两个循环内；
所述正渗透膜系统能够连续地处理鲜牛乳；进料循环的流向与汲取液循环的流向相反；
其中每个正渗透膜组件的出口处设有压力计和浊度计；每个正渗透膜组件的出口都设有管路直接到达产品罐；
所述连续式正渗透膜系统包括多个电导率仪，所述多个电导率仪分别设置于正渗透膜组件和反渗透膜组件的出口处；正渗透膜出口的电导率仪处于进料循环侧，反渗透膜出口的电导率仪处于汲取液循环侧。
34.根据权利要求33所述的系统，所述连续式正渗透膜系统包括四个正渗透膜组件。
35.根据权利要求33所述的系统，所述连续式正渗透膜系统包括两个汲取液罐。
36.根据权利要求33所述的系统，所述正渗透膜组件外设置有隔温层。
37.根据权利要求36所述的系统，所述隔温层的材料为聚氨酯。
38.根据权利要求33所述的系统，每个正渗透膜组件的出口处设有温度计。
39.根据权利要求33-38中任一项所述的系统，连续式正渗透膜系统包括：多个温度计，设置于每个正渗透膜的出口处。
40.根据权利要求33-38中任一项所述的系统，其中所述正渗透膜组件中的正渗透膜面积为20-120平方米。
41.根据权利要求33-38中任一项所述的系统，其中整个连续式正渗透膜系统的产能为每小时0.1-25吨。
42.根据权利要求33-38中任一项所述的系统，其中整个连续式正渗透膜系统的产能为每小时1-20吨之间。
43.根据权利要求33-38中任一项所述的系统，其中每个正渗透膜组件承担总固提升3-15%的任务。
44.根据权利要求33-38中任一项所述的系统，其中每个正渗透膜组件承担总固提升4-12%的任务。
45.根据权利要求33-38中任一项所述的系统，其中每个正渗透膜组件承担总固提升5-11%的任务。
46.根据权利要求33-38中任一项所述的系统，其中通过整个连续式正渗透膜系统，所得浓缩乳的总固含量为25-50%。
47.根据权利要求33-38中任一项所述的系统，所得浓缩乳中汲取液阳离子的迁移率在10%以下。
48.根据权利要求33-38中任一项所述的系统，所得浓缩乳中汲取液阳离子的迁移率在5%以下。
49.根据权利要求33-38中任一项所述的系统，所得浓缩乳中汲取液阳离子的迁移率在1%以下。
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