CN209108958U - 一种正向渗透牛奶浓缩系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种正向渗透牛奶浓缩系统，包括原乳罐、进料泵、浓缩正向渗透膜单元、浓缩乳收集罐、汲取液泵和原始汲取液罐；所述浓缩正向渗透膜单元包括若干相互连通的浓缩正向渗透膜单元；所述浓缩正向渗透膜单元包括外壳、外壳上封盖、外壳下封盖、原料侧入口、原料侧出口、汲取液侧入口、汲取液侧出口和设置在外壳内的组件，所述组件包括依次设置的原料侧、渗透膜层和汲取液侧。通过采用本实用新型的浓缩正向渗透膜单元，可以将牛奶中的有效成分进行浓缩，降低牛奶含水量，制成高浓度牛奶，提高产品质量；通过正向渗透技术进行牛奶浓缩，可以得到约60％(40％‑70％)的固形物含量，固形物含量比其它低温浓缩技术更高。

Description

一种正向渗透牛奶浓缩系统

技术领域

本实用新型涉及乳制品浓缩技术领域，具体涉及一种正向渗透牛奶浓缩系统。

背景技术

乳制品营养丰富，易消化吸收，一直是大众首选的营养食品。其中，牛奶是最古老的天然饮料之一，被誉为“白色血液”，对人体的重要性可想而知。牛奶中富含各种丰富的矿物质，其中钙磷比例非常适当，利于钙的吸收；同时，还含有有丰富的人体所需的必需氨基酸。

随着生活水平的提高，国内消费者对乳制品的口味和品质要求越来越高，特别是对乳制品的质量和味觉要求的提高，使得生产厂家开始追求无蛋白质变性乳制品浓缩方法。而相对于部分国家地区的13.5％以上的乳固体，国内的牛奶乳固体含量通常在12％左右，不同地区不同季节原料奶乳固体的含量差异也较大。同时，奶源存在季节性，产奶季收集的奶源需要低温保存，目前需要大量的储存罐，占地大。

因而对牛奶进行适度浓缩对于生产高品质牛奶或酸奶等乳制品和保证产品质量指标的一致性都是有必要的。同时，通过浓缩技术去除乳制品中的水分，以减小乳制品的体积，增加保存性，以及方便运输。

常用的乳加工浓缩方式主要包括蒸发和反渗透浓缩等。传统蒸发是通过高温、高压的方式将水分气化而去除，该技术的缺点：一是能耗较高，需要大量的蒸汽；二是营养因素，蒸发时加热，强度过强，会导致部分牛奶中的活性物质遭到严重破坏；三是效率因素，比如通过闪蒸最多只能去除10％的水分，这在生产高乳固体乳产品时依然达不到生产要求。另外，牛奶是一种热敏性物质，热处理对牛奶的物理化学、微生物学及生物化学性质都有较大的影响；从浓缩角度，对牛奶的热处理程度越低对产品品质影响越小；过度热处理可能引起牛奶褐变、蛋白质的变性、维生素被破坏等。反渗透浓缩是膜分离技术的一种，通过高分子膜材料的选择透过性，以驱动压为动力将水脱除。该技术的缺点：一是能耗过高，因为牛奶中可溶性固含量高，为了克服渗透压差，必须高压运行，泵功率大，能耗高；二是受到高操作压力的限制，浓缩倍数低；三是由于高压操作，因此对于膜的污染更加严重，膜损耗更大，同时也造成有效成分的损失；四是为了提高反渗透的速度，有时必须对牛奶进行加热，影响牛奶品质。

因此，随着对食品安全的关注和产品品质提高的要求，为减少食品添加剂用量或者提高产品口感，牛奶浓缩倍数也不断提高，有效提高牛奶浓缩倍数，扩大使用范围，创造更显著的经济、社会效益，这是个急需解决的问题。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种正向渗透牛奶浓缩系统，克服现有技术采用蒸发或反渗透技术中的不足，具有浓缩过程低温低压，热敏性物质损失少，保留牛奶原有风味的优点。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

一方面，本实用新型提供一种正向渗透牛奶浓缩系统，包括原乳罐、进料泵、浓缩正向渗透膜单元、浓缩乳收集罐、汲取液泵和原始汲取液罐；

所述浓缩正向渗透膜单元包括若干相互连通的浓缩正向渗透膜单元；

所述浓缩正向渗透膜单元包括外壳、外壳上封盖、外壳下封盖、原料侧入口、原料侧出口、汲取液侧入口、汲取液侧出口和设置在外壳内的组件，所述组件包括依次设置的原料侧、渗透膜层和汲取液侧；

所述原乳罐通过进料泵与浓缩正向渗透膜单元的原料侧入口连通；所述浓缩正向渗透膜单元的原料侧出口通过管道一路与浓缩乳收集罐连通；

所述原始汲取液罐通过汲取液泵与浓缩正向渗透膜单元的汲取液侧入口连通；所述浓缩正向渗透膜单元的汲取液侧出口通过管道一路与原始汲取液罐连通。

进一步优选地，所述浓缩正向渗透膜单元为四个，以三个为正常处理单元，一个为备用单元，实现24小时连续式运行；所述浓缩正向渗透膜单元可采用串联、并联或串联加并联的方式进行连接。

进一步地，所述浓缩正向渗透膜单元的原料侧出口通过管道另一路与原乳罐连通。

进一步地，所述浓缩正向渗透膜单元的汲取液侧的出口通过管道另一路与汲取液回收系统连通。

进一步地，所述进料泵通过进料预过滤装置、进料流量计与浓缩正向渗透膜单元连通。

进一步地，所述进料预过滤装置与第一压差检测装置并联。

进一步地，所述汲取液泵通过汲取液预过滤装置、汲取液流量计与浓缩正向渗透膜单元连通。

进一步地，所述汲取液预过滤装置与第二压差检测装置并联。

进一步地，所述汲取液流量计与第二压差检测装置之间安装有汲取液电导率检测仪。

进一步地，所述原乳罐侧边配有液位刻度指示装置。

本实用新型技术方案采用正向渗透膜浓缩技术，正向渗透过程无需外加压力，通过具有高渗透压的汲取液，可以透过半渗透膜将水分子自发的由低渗透压的原料侧汲取出来，而且将牛奶中的其他溶质截留，通过驱动水分子由低浓度溶质侧向高浓度溶质侧流动的动力是半渗透膜两侧的渗透压差值，而不是依靠外加泵的压力来驱动，因此单元能耗低，单元可以在低压力下运行，膜污染及损耗也更低，同时也可降低有效成分的损失。正向渗透膜浓缩技术可以在低温下进行浓缩，因此热敏性物质损失大大降低，保持牛奶原有风味。

本实用新型的有益效果

通过采用本实用新型的系统，可以将牛奶中的有效成分进行浓缩，降低牛奶含水量，制成高浓度牛奶，提高产品质量；通过浓缩正向渗透膜单元进行牛奶浓缩，可以得到约60％(40％-70％)的固形物含量，固形物含量比其它低温浓缩技术更高；通过浓缩后，大大降低牛奶的体积量，可以大大降低运输和储存成本；正向渗透膜浓缩技术可以在低温下进行浓缩，热敏性物质损失大大降低，保持牛奶原有风味；正向渗透膜浓缩技术仅需要让液体在膜表面流动起来便可，因此可以在非常低的操作压力下进行，正常操作压力0.1-2bar，与蒸发及其它低温浓缩技术相比，能耗低。

采用本实用新型的浓缩系统，不仅在牛奶输送的多个环节均可实现牛奶浓缩，而且浓缩后的乳品无需多批次循环，减少污染。

说明书附图

下面结合附图对本实用新型的结构做进一步的说明。

图1，本实用新型优选实施例的结构示意图。

图2，本实用新型优选实施例的浓缩正向渗透膜单元的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步描述。

生乳：食品安全国家标准GB19301-2010

理化指标如下：

奶农将收集到的原乳送到奶站，由奶车把原乳送到乳品厂，经过预处理后收集到奶仓中，大致流程如下：

奶车、称重(采样检测)、泵送、收奶槽、双联过滤器、净乳、冷却、奶仓。

本实用新型所阐述的系统可以用于奶仓中的储存原乳的浓缩，也可以直接从收奶槽中进行浓缩，也可以直接从奶车中进行浓缩。由于原乳易滋生细菌，需要低温保存，及在低温下进行浓缩，为了避免批次式循环浓缩的升温问题，可以实现原乳进入本实用新型的系统后，可直接获得浓缩后的乳品，无需再循环回原乳罐批次循环运行。为了提高正向渗透膜单元的处理效率，可将膜组件分成多级进行浓缩，具体分级数量根据单元总处理规模进行选择。

原乳通过进料泵控制单个浓缩正向渗透膜单元入膜流量40-120L/H，之后进入正向渗透膜组件中进行脱水及浓缩；同时，汲取液进入汲取液罐中，通过汲取液泵，控制单个浓缩正向渗透膜单元入膜流量10-50L/H，之后进入正向渗透膜组件中汲取牛奶中脱除的水分，稀释后的汲取液进入汲取液收集罐中。

正向渗透膜组件利用汲取液和原料液的渗透压差的原理，将原料牛奶中的水分渗透至汲取液中进行分离去除，从而进行有效成分牛奶的浓缩，最终在浓缩液罐中收集到的浓缩牛奶液可以用于产品的下道工艺，而汲取液收集罐中被稀释的汲取液可以通过汲取液浓缩单元回收再利用。

实施例1

如图1～2所示，本实用新型提供一种正向渗透牛奶浓缩系统，包括原乳罐1、进料泵3、浓缩正向渗透膜单元7、浓缩乳收集罐(未画出)、汲取液泵10和原始汲取液罐8；

所述浓缩正向渗透膜单元7包括若干相互连通的浓缩正向渗透膜单元；所述浓缩正向渗透膜单元可采用串联、并联或串联加并联的方式进行连接；

所述浓缩正向渗透膜单元7包括外壳71、外壳上封盖72、外壳下封盖73、原料侧入口76、原料侧出口75、汲取液侧入口77、汲取液侧出口7和设置在外壳内的组件，所述组件包括依次设置的原料侧、渗透膜层74和汲取液侧；

所述原乳罐1通过进料泵3与浓缩正向渗透膜单元7的原料侧入口76连通；所述浓缩正向渗透膜单元7的原料侧出口75通过管道一路与浓缩乳收集罐连通；所述浓缩正向渗透膜单元7的原料侧出口75通过管道另一路与原乳罐1连通；

所述原始汲取液罐8通过汲取液泵10与浓缩正向渗透膜单元7的汲取液侧入口77连通；所述浓缩正向渗透膜单元7的汲取液侧出口78通过管道一路与原始汲取液罐8连通；所述浓缩正向渗透膜单元7的汲取液侧出口78通过管道另一路与汲取液回收系统连通；

所述进料泵3通过进料预过滤装置4、进料流量计6与浓缩正向渗透膜单元7连通；所述进料预过滤装置4与第一压差检测装置5并联；所述汲取液泵10通过汲取液预过滤装置11、汲取液流量计14与浓缩正向渗透膜单元7连通；所述汲取液预过滤装置11与第二压差检测装置12并联；所述汲取液流量计14与第二压差检测装置12之间安装有汲取液电导率检测仪13；第一压差检测装置5和第二压差检测装置12均可检测过了装置前后的压差，利于控制流量和判断过滤情况；所述原乳罐1侧边配有液位刻度指示装置2，可实现对进行浓缩的牛奶的体积变化读取。

本实用新型的系统在牛奶浓缩过程中，只需要控制牛奶流动即可实现渗透浓缩。

实施例2

与实施例1不同的是：采用串联三个浓缩正向渗透膜单元7的方式进行正向渗透牛奶浓缩，过程如下：选取原乳20L，蛋白质含量3.04g/100g，总固形物含量12.4g/100g；选取氯化钠作为汲取液，体积10L，一级浓缩汲取液氯化钠浓度5％，二级浓缩汲取氯化钠浓度7％，三级浓缩汲取液氯化钠浓度8.2％。经过运用实施例1的系统和方法进行三级浓缩后，浓缩乳蛋白质含量15.2g/100g，总固形物含量61.6g/100g。

运行参数如下：

成分检测数据如下：

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为被包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种正向渗透牛奶浓缩系统，其特征在于，包括原乳罐、进料泵、浓缩正向渗透膜单元、浓缩乳收集罐、汲取液泵和原始汲取液罐；

所述浓缩正向渗透膜单元包括若干相互连通的浓缩正向渗透膜单元；

所述浓缩正向渗透膜单元包括外壳、外壳上封盖、外壳下封盖、原料侧入口、原料侧出口、汲取液侧入口、汲取液侧出口和设置在外壳内的组件，所述组件包括依次设置的原料侧、渗透膜层和汲取液侧；

所述原乳罐通过进料泵与浓缩正向渗透膜单元的原料侧入口连通；所述浓缩正向渗透膜单元的原料侧出口通过管道一路与浓缩乳收集罐连通；

所述原始汲取液罐通过汲取液泵与浓缩正向渗透膜单元的汲取液侧入口连通；所述浓缩正向渗透膜单元的汲取液侧出口通过管道一路与原始汲取液罐连通。

2.根据权利要求1所述的正向渗透牛奶浓缩系统，其特征在于，所述浓缩正向渗透膜单元采用串联、并联或串联加并联的方式进行连接。

3.根据权利要求1所述的正向渗透牛奶浓缩系统，其特征在于，所述浓缩正向渗透膜单元的原料侧出口通过管道另一路与原乳罐连通。

4.根据权利要求1所述的正向渗透牛奶浓缩系统，其特征在于，所述浓缩正向渗透膜单元的汲取液侧的出口通过管道另一路与汲取液回收系统连通。

5.根据权利要求1所述的正向渗透牛奶浓缩系统，其特征在于，所述进料泵通过进料预过滤装置、进料流量计与浓缩正向渗透膜单元连通。

6.根据权利要求5所述的正向渗透牛奶浓缩系统，其特征在于，所述进料预过滤装置与第一压差检测装置并联。

7.根据权利要求1所述的正向渗透牛奶浓缩系统，其特征在于，所述汲取液泵通过汲取液预过滤装置、汲取液流量计与浓缩正向渗透膜单元连通。

8.根据权利要求7所述的正向渗透牛奶浓缩系统，其特征在于，所述汲取液预过滤装置与第二压差检测装置并联。

9.根据权利要求8所述的正向渗透牛奶浓缩系统，其特征在于，所述汲取液流量计与第二压差检测装置之间安装有汲取液电导率检测仪。

10.根据权利要求1所述的正向渗透牛奶浓缩系统，其特征在于，所述原乳罐侧边配有液位刻度指示装置。