CN1290427C

CN1290427C - 高蛋白营养浓缩物的制造方法

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Publication number: CN1290427C
Application number: CNB031380735A
Authority: CN
Inventors: 史知行
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2023-05-28
Also published as: CN1454493A

Abstract

本发明公开了一种高蛋白营养浓缩物的制造方法，涉及以植叶或动物奶如牛奶等为原料生产高蛋白营养浓缩物的技术领域。具体步骤包括：a.原料植叶经压滤等预处理得到滤液和残渣；b.将残渣及适量的水放入一个同时具有剪切、冲击及超声波振荡作用的装置中处理，并将处理得到的浆液进行压滤而得到二次滤液和富含粗纤维的残渣；c.将上述滤液经高速离心分离后得到富含以蛋白质为主的营养物的浓缩液和仍含有部分营养物的半清液；c.将上述半清液在适当条件下经纳滤膜分离得到富含营养物的浓缩液和不含营养物的透明清液；d.后处理；后处理包括进一步浓缩、烘干处理。具有环保、资源利用率高、生产成本低、附加经济效益高的优点。

Description

高蛋白营养浓缩物的制造方法

技术领域

本发明涉及一种高蛋白营养浓缩物的制造方法，具体说是以植叶或动物奶等为原料生产高蛋白营养浓缩物如膏状产品或固体粉状产品。

背景技术

从植叶中提取叶蛋白始于二战期间的德国，以后扩展到法、英等欧洲诸国，澳大利亚、新西兰、日本等国也有叶蛋白的工业化生产。这些叶蛋白大多用于畜牧业，某些国家更进一步去其生物碱、皂素以及有害杂质用于食品。我国近十年来相继出现了一些研究，现已有投入生产，它进一步弥补了我国蛋白饲料资源的不足，提高了畜牧业发展的后劲，但由于其制备方法仍沿用化学法，尚不能提高生产作业效率以扩大市场占有率。综合国内外叶蛋白制造业状况无疑尚存在如下一些缺点：(1)环境污染严重：其化工工艺法加工过程中需加入酸及溶剂等化学物质，包括有机酸、盐析或有机溶剂等使蛋白质沉淀，其上浮液体积重量为沉淀的8～9倍，加酸使液汁的PH值为4～5，而其上浮液的营养物质TOC(总有机碳)又未能收回，故其PH值、COD(化学需氧量)等可想而知均不符合国家规定排放指标，这些污水均可致环境污染。(2)资源的利用率不高(包括主产品得率和副产品利用附加值)：根据实际经验：鲜嫩植叶的浆液营养固体物含量大致为8.8±％，如扣除粗纤维及其所含可消化营养物(粗纤维制取过程的耗损)为6.2±％，又兼化工法生产沉淀的上浮液中由于含有可溶性蛋白、可溶性碳水化合物等约占总含量20±％的营养物未能利用而使其原料的固体产品得率低于60％；在经压榨后残渣粕中尚含有约20～30％的可食性营养固体物，这一物质常作为副产品“干草”或就地“青贮”出售，这些饲料的价值不高，影响了资源的利用效益和产品附加值的提高。(3)加热法、投药法或加热投药兼用，不但物耗大、能耗也大，因而成本较高；某些企业用加热法，如加热至80℃，若以日产5吨蛋白粉计算，其所需原料大致需70吨(尚不计算因利用率不高所受耗损值)，如此大的重量与体积的液料将其加温至80℃，热能消耗巨大可知。

另外，目前奶粉的制造通常采用高温喷雾法，它是在240℃条件下，将奶以雾状蒸发即成为奶粉。该法能耗巨大，生产条件苛刻，生产成本高。经计算，用该法每生产一斤需1.5±元的热能耗费。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种环保、资源利用率高、生产成本低的高蛋白营养浓缩物的制造方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该种高蛋白营养浓缩物的制造方法，其特征在于它采用梯度分离物理法GSPM来进行固液分离，具体步骤包括：

a、原料预处理：原料植叶经绞碎、压滤后得到原始滤液和残渣；

b、超声涤渣：将上述残渣及适量的水放入一个同时具有剪切、冲击及超声波振荡作用的超声涤渣机中进行处理，经处理后得到的浆液再进行压滤而得到含有营养物的二次滤液和富含粗纤维的残渣；

c、高速离心分离：将上述原始滤液和二次滤液经高速离心分离后得到富含以蛋白质为主的营养物的浓缩液和仍含有部分营养物的半清液；

d、膜分离：将上述半清液在适当条件下经纳滤膜分离得到富含营养物的浓缩液和不含营养物的透明清液；

e、后处理：后处理包括将上述步骤c和步骤d中得到的浓缩液拌和均匀并进一步进行浓缩、烘干处理。

所述的膜分离步骤中所用的滤膜是纳滤(NF)膜；至于膜分离的条件可根据具体选用的滤膜的性能而加以确定，现以美国DOSal公司供应、编号为No.3的纳滤膜组件为例，其操作条件为：流速为9000±ml/min，压力为1.5±MPa。

所述的后处理步骤中对浓缩液进一步浓缩采用的是盐析技术，以减少浓缩液中水分含量；盐析选用的盐可以是CaCl₂，用量为占浓缩液总重量的0.4±％，并在加入盐的同时进行搅拌，搅拌充分后，静置去水即可。

为防止物料褐变，还可在步骤a中所述的液体物料中加有占液体总重量0.03～0.08％的NaHSO₃作还原剂，以消除空气中氧气及阳光等的不良影响。

以鲁梅克斯K-1为例，其含有微量草酸，易引起家畜腹泻，可投入一定量的Ca(HCO₃)₂中和草酸而化解其毒性。

所述的超声涤渣机包括一圆槽，圆槽上设有进水口和排浆口，圆槽内设有一竖立的由电动机驱动的转轴，转轴上安装有锤片，所述的超声涤渣机还包括一由信号发生器(SG)、功率放大器(Pa)及振子(OP)组成的超声波振荡器。

至于生产人用食品，可将所述的液体物料在经高速离心分离前以不高于60目的滤网进行细滤，并且在高速离心机的分离槽内设置有消毒装置对物料进行消毒，浓缩液在进一步浓缩和/或烘干处理之前进行真空均质处理；进行细滤的目的在于除去物料中可能混有的微量泥沙和上述的Ca(HCO₃)₂中和草酸后生成的草酸钙沉淀等杂质，以及使粗纤维的含量降低至人用食品标准以下；所述的消毒装置可以是磁场、臭氧消毒器等及其结合使用。

以动物奶如牛奶等为原料生产高蛋白营养浓缩物的步骤为：先预处理，然后即进行高速离心分离、纳滤膜分离及后处理。其原料预处理步骤中包括：往原料中加入适当的无机盐并搅拌以破坏原料中胶体粒子与水的亲和力，降低原料的胶粘度，停止搅拌后再以超声波对其进行处理，从而使水分和营养物达到初步分离，为下一步进行高速离心分离作准备。

关于梯度分离物理法(GSPM)的解释说明：营养固体物的分离不是采用通常所惯用的投药、加热、冷却等化学反应方法，而是采用物理(PM)方法，PM是指：原料在各种物理作用下(离心力、超声空化作用、液体在膜面一定压力下的挫流、滤过等)达到固液分离为目的的一种手段；即高速离心分离与纳滤(NF)膜分离相结合，超声涤渣与高速离心相结合等，以达到高的资源利用率和产品得率。

以鲁梅克斯K-1为例，原料经压滤和渣粕经涤渣之后得滤液，通过分离槽经水泵注入转速为4000r/min的管式分离机中分离，可分离出占总营养固体物40～50％的营养物质，分离后的上浮液和蛋白含量达到0.7～0.8％，比分离前的3.7％，降低了4/5±，此上浮液作下一级(下一梯度)分离用。此分离已完成一级分离(一个梯度)。

上浮液虽较透明，但尚含有水溶性营养物质：以鲁梅克斯K-1为例，粗蛋白为0.7～0.8％，碳水化合物等则为2％，这些物质大致占原料的总营养固体物的20±％，而其液体总量可占浓缩液的8倍以上。将此液进行纳滤(NF)膜再分离，即可完全将水溶性蛋白、糖类、以及通常情况下不能分离的小分子营养物全部收回，滤过液经试测，其COD达到1.5mg/L，无悬浮物(s.s)、PH值为6.6，达到国家一级排放标准，而接近饮用水，滤过水可以循环进行再利用，也可以进一步稍加改进为纯净水作城市供水需要。这也是一个分离(另一个梯度)。

再一个梯度是：将残渣中含有的约20～30％的可食用性营养固体物进一步进行再分离。将残渣传输入超声涤渣机内，同时，往圆槽内加入1～2倍的水，关闭阀门，启动超声波，同时启动电动机使水中锤片旋转，这样，残渣色泽由绿逐渐变白，渣内营养物扩散于水中，处理完毕后进行压滤，本次压滤后所得残渣的体积较第一次压滤所得残渣缩小至1/3左右，残渣中粗纤维含量已从原料中占固体物的9±％上升至40～50％，这种粗纤维，可进一步作深加工处理(如造纸或作纤维板等)，以提高产品附加值。

具体的生产工艺流程可以附图1所示为参考：(说明：1、图中虚线所示部分为生产人用食品而增设；2、该工艺流程是以植叶作原料为例，如用于以动物奶为原料，可根据具体情况加以调整选用。)

如图1可见，其生产工艺流程包括检验、切短绞碎、压滤、超声涤渣、高速离心分离、滤膜分离、盐析浓缩及烘干等步骤。

操作中的注意事项：

(1)原料选择：选择产量高、生长期长、刈割周期短(不超过20天)、粗蛋白含量占固体物20％以上、粗纤维含量不超过10％的绿色多年生植叶作原料，若刈割周期过长，刈割到最后阶段植被变老，粗纤维增多，给加工带来很多困难，影响产量提高；如作为人用食物，除以上条件外，尚须注意选择不含生物碱、皂素以及一切有害、有毒物质和有异味，须口感好，多年生植物作原料。

(2)检验：防止原料中混有铁钉、铜块、木片之类异物杂质，规模较大生产加工时考虑用带电脑传输带代替繁重劳力。

(3)分离槽：由于某些工序具有间歇式操作特点，故必须将液汁暂贮于分离槽，以便下一工序之用或将液汁流入邻隔待用。1号分离槽系端隔，作投药、拌药用。由于某些植物中含有多酚氧化酶，原料在加工过程中易受空气中氧和阳光的作用而变褐，影响产品品质，故须投入0.05％的NaHSO₃作还原剂，方法是将上述流入邻隔待用的液汁中，不断搅拌放入上述药物，这不但可阻止褐变而且可使产品在烘干中不易粘结，药量甚微，也不影响污染和成本。

搅拌槽与其他各项接触食物的设备一样须表面涂不锈钢；分离槽均设分隔式，以调节生产节奏。

(4)液料在流水作业中，不允许滞留一部分料液过夜，特别在气温较高的夏季，在歇工后需用水将各设备冲洗干净，进行消毒处理。另外，还需定期拆卸与液汁接触过的各项输送器材(如皮管等)并进行清洗、消毒。

在夏季，从原料投入到进入烘干阶段的时间不得超过3小时，其它季节可根据气温情况进行相应调整。

(5)加工中的脱毒：以鲁梅克斯K-1植叶为例，由于鲁梅克斯K-1饲料植物中含有微量草酸，易引起家畜腹泻，可投入一定量的Ca(HCO₃)₂以中和草酸。方法是边投入，边搅拌，使液汁呈中性为止，中和后草酸成为草酸钙沉淀。其投入的时段及工序可随食用及动物饲料有别而异。

(6)盐析、烘干：通过前面的处理，一般已排除了原料中75～80％的水分，但浓缩液中尚含1～1.5倍于营养固体物的水分，为减少水分含量，缩短烘干时间和能耗，可在浓缩液中加入一定量的廉价且无害的盐类，使水从浓缩物表面溢出。例如：可选用CaCl₂，用量为占浓缩液总重量的0.4±％，同时还可加入相关解毒药一起拌匀，并在加入盐的同时进行搅拌，搅拌充分后，静置以去除水分，而排出的水分中因尚含有部分营养物，故可将其再进行膜分离，浓缩物则摊薄烘干；烘干温度宜保持在60℃，过高易使某些维生素氧化，影响产品品质。为进一步缩短烘干时间，可在烘干时辅以排气措施，以加强蒸腾系数。烘干物的水分不高于12.5％。

(7)人用食品与动物饲料在工艺方面的区别：人用食品关系到人的健康，故设置二个较高级的工序：一是60目细滤，以除去物料中可能混有的微量泥沙和上述的中和草酸后生成的草酸钙沉淀等杂质，以及使粗纤维的含量降低至0.8％(wt)以下；二是真空均质，以使浓缩液达到较彻底均质化，而动物饲料只需一般搅拌均匀即可。

与现有技术相比，本发明的优点在于：由于本发明采用梯度分离物理法(GSPM)进行固液分离，即采用了高速离心分离、膜分离及超声涤渣等技术，使产品得率达到了90±％，远高于以往的60％，因而资源利用率高；同时，经过膜分离后的水基本不含营养物，达到了国家排放标准，可直接作为城市用水，甚至稍加处理后即可成为纯净水，因而附加经济效益高且具有环保的优点；再者，具有物料消耗低、能耗低的特点，因而生产成本低。

附图说明

图1为本发明的生产工艺流程参考图；

图2为本发明的超声涤渣机的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细描述。

实施例一

制取鲁梅克斯K-1叶蛋白(食用、也可用作动物饲料)：如图1所示，其生产工艺流程包括检验、切短绞碎、压滤、超声涤渣、高速离心分离、滤膜分离、盐析浓缩及烘干等步骤。以下予以具体说明：

鲁梅克斯植叶经检验后，切短绞碎，所得原浆放入1号分离槽，在槽内投入0.05％NaHSO₃以防止褐变，拌匀后从槽内取出，经压滤，所得滤液经2号分离槽在4000r/min条件下高速离心分离，所得残渣送超声涤渣机作残渣中营养物的再分离(此残渣约含20～30％的非纤维素固体营养物)，经高速离心分离出约含总营养固体物40％的浓缩液。此浓缩液放入下一槽内，等待进一步浓缩及烘干用；经离心分离出的半清液，其内占总营养固体物约20±％的营养物，待下一级纳滤(NF)分离。

残渣的分离：上述残渣的分离采用超声涤渣机实现，如图2所示，所述的超声涤渣机包括一圆槽1，圆槽1上设有进水口2和排浆口3，圆槽1内设有一竖立的由电动机4驱动的转轴5，转轴5上安装有锤片6，所述的超声涤渣机还包括一由信号发生器(SG)7、功率放大器(Pa)8及振子(OP)9组成的超声波振荡器。具体操作：将残渣放入超声涤渣机的圆槽1内，从贮水罐中经进水口2注入1.5倍于残渣的水，关闭进水口3，启动超声波振荡器，启动时将信号发生器(SG)7的频率调至50KHz，同时启动电动机4，使转轴5带动锤片6旋转而对里面的物料进行剪切、冲击，约40分钟后，待渣色由绿大部变白时停止电动机4及超声波振荡器，将里面所形成的浆液经排浆口3转入压滤机压滤，通过涤渣及压滤处理后，原残渣中2/3的固体营养物转入滤液中，而尚有1/3营养物仍残留在粗纤维渣内，粗纤维则完全可留作深加工处理。

纳滤(NF)分离：即上述半清液的再分离，分离膜用美国DOSal公司供应、编号为No.3的纳滤膜组件，调整流速为9000ml/min，压力为1.5MPa，滤过液清晰透明(此液COD、PH值测定完全符合环保标准，可部分循环内用，大部分稍作深加工即可作纯净水用)。这一分离可将半清液内所含营养物全部收回。

将上述来自直接离心分离，经涤渣分离及纳滤分离三部分不同营养成分的营养浓缩液拌和(或真空均质)，并在此槽内投入Ca(HCO₃)₂以中和鲁梅克斯K-1中的草酸；再投入总重0.4％的CaCl₂，静置半小时除水，以减少水含量，缩短烘干时间。

烘干时将烘干物摊薄，温度保持60℃，干燥后即得到绿色的鲁梅克斯K-1叶蛋白粉，原料的总利用率(得率)为90±％。

如果是生产人用产品，则在高速离心分离前增加细滤等处理即可。

上述叶蛋白粉产品呈绿色、粉状，其与采用传统方法生产的叶蛋白的主要区别在于：前者营养固体物中粗蛋白的含量为40±％，叶蛋白为50±％；前者碳水化合物的含量＞30％，后者＞20％；与叶蛋白比较，叶奶粉的营养较均衡而未突出蛋白质，其蛋白质、矿物质Ca等接近脱脂奶粉，碳水化合物接近豆奶粉。如作为食物，叶蛋白的蛋白质含量过多，不宜食用。而作为动物饲料，叶蛋白主要作为日粮中的蛋白质添加剂，以平衡日粮；而叶奶粉作为饲料，可用于动物哺乳期，仔、幼畜的日粮和早令断奶技术的主要日粮，也可作为乳牛泌乳期、干乳期、妊娠期的辅助日粮，各类动物冬季胡萝卜素、VE、Ca、叶黄素等的补充饲料，以及各类动物蛋白质的添加剂，因而其用途更为广泛。

本实施例所得叶蛋白粉，其营养成分、热能等与脱脂奶粉及豆奶粉的比较如表1：

表1.叶蛋白粉与脱脂奶粉及豆奶粉比较(以100g计)：

名称	热量(千卡)	水分(g)	脂肪(g)	蛋白质(g)	碳水化合物(g)	硫物质(g)	纤维素(g)	钙(mg)	备注
名称	热量(千卡)	水分(g)	脂肪(g)	蛋白质(g)	碳水化合物(g)	硫物质(g)	纤维素(g)	钙(mg)	备注	叶蛋白粉	402.8	9	5.5	4.06	31.3	11.8	1.8	1086	鲁梅克斯K-1草样品
脱脂奶粉	412.8	≤5	≤1.5	≥34	≥50	≤9	/	＞1100	参考市售“光明”牌奶粉	叶蛋白粉	402.8	9	5.5	4.06	31.3	11.8	1.8	1086	鲁梅克斯K-1草样品
脱脂奶粉	412.8	≤5	≤1.5	≥34	≥50	≤9	/	＞1100	参考市售“光明”牌奶粉	豆奶粉	571.4	6	30.6	26.2	33.8	3.4	/	≤800	参考杜同生“豆奶生产技术”——(1989年)

实施例二

制取奶粉：牛奶制粉工艺与上述制取鲁梅克斯K-1叶蛋白粉的过程略有差异，但大体上仍是梯度分离物理方法(GSPM)，只是程序有所不同。其是首先将牛奶用CaCl₂和超声波进行处理，接着经高速离心分离和NF膜分离，最终仍将浓缩物烘干。详述如下：

预处理：将牛奶倒入超声涤渣机槽内，并投入0.4％CaCl₂，启动该机使锤片7缓慢旋转，作搅拌混合，CaCl₂的加入破坏了牛奶胶体和水的亲和力，使牛奶的粘度降低，停止搅拌后启动50KHz频率超声波，该波作用于牛奶液，使液体内胶体物乳化分散。超声波处理5分钟即可明显见到水分和营养物的分离层，这为保证下一步高速离心产品质量作准备。

高速离心：高速离心机分离槽内设置磁场和臭氧双重消毒装置，磁感应强度不低于10000高斯，保持室温在16℃以下，离心转速4000r/min，15分钟后将上述预处理液离心得到含蛋白为主的浓缩液和以乳糖、脂肪为主的半透明上清夜。

NF膜分离：NF膜分离槽内仍设置上述消毒装置，室温仍保持在16℃以下，在该槽内投入占液体总重0.05％的NaHSO₃，搅拌均匀。纳滤膜所用型号、操作压力、流速等均同实施例一中所述。纳滤所得产品仍为浓缩液和较透明得滤液，此滤液可作进一步深加工成纯净水。

将上述来自离心分离和NF再分离的两部分浓缩液拌和均质，此即为牛奶烘干前的浓缩液。

在保持60℃温度下将上述浓缩液摊薄、通风干燥即制成奶粉，每100斤可制成11斤以上的奶粉，产品得率96±％。

按本实施例方法生产一斤奶粉所需能耗仅为0.15～0.20元，远低于高温喷雾法的1.5±元。

Claims

1、一种高蛋白营养浓缩物的制造方法，其特征在于它采用梯度分离物理法GSPM来进行固液分离，具体步骤包括：

e、后处理：后处理包括将上述步骤c和步骤d中得到的浓缩液拌和均匀并进一步进行浓缩和/或烘干处理。

2、如权利要求1所述的高蛋白营养浓缩物的制造方法，其特征在于所述的纳滤膜膜是美国DOSal公司供应、编号为No.3的纳滤膜组件，其操作条件为：流速为9000±ml/min，压力为1.5±MPa。

3、如权利要求1所述的高蛋白营养浓缩物的制造方法，其特征在于所述的后处理步骤中对浓缩液进一步浓缩采用的是盐析技术，以减少浓缩液中水分含量。

4、如权利要求1所述的高蛋白营养浓缩物的制造方法，其特征在于步骤a中所述的原始滤液中加有占液体总重量0.03～0.08％的NaHSO3作还原剂，以防止物料褐变。

5、如权利要求1所述的高蛋白营养浓缩物的制造方法，其特征在于所述的超声涤渣机包括一圆槽，圆槽上设有进水口和排浆口，圆槽内设有一竖立的由电动机驱动的转轴，转轴上安装有锤片，所述的超声涤渣机还包括一由信号发生器SG、功率放大器Pa及振子OP组成的超声波振荡器。

6、如权利要求1所述的高蛋白营养浓缩物的制造方法，其特征在于所述的原始滤液和二次滤液在经高速离心分离前以不高于60目的滤网进行了细滤，并且在高速离心机的分离槽内设置有消毒装置对物料进行消毒，浓缩液在进一步浓缩、烘干处理之前进行了真空均质处理。

7、一种高蛋白营养浓缩物的制造方法，其特征在于它采用梯度分离物理法GSPM来进行固液分离，具体步骤包括：

a、原料预处理：往原料动物奶中加入适当的无机盐并搅拌以破坏原料中胶体粒子与水的亲和力，降低原料的胶粘度，停止搅拌后再以超声波对其进行处理，从而使水分和营养物达到初步分离；

b、高速离心分离：将超声波处理后的原料进行高速离心分离后得到富含以蛋白质为主的营养物的浓缩液和仍含有部分营养物的半清液；

c、膜分离：将上述半清液在适当条件下经纳滤膜分离得到富含营养物的浓缩液和不含营养物的透明清液；

d、后处理：后处理包括将上述步骤b和步骤c中得到的浓缩液拌和均匀并进一步进行浓缩和/或烘干处理。