CN212790876U - 一种乳清蛋白微粒化系统 - Google Patents

Abstract

一种乳清蛋白微粒化系统，包括：储存乳清蛋白的储罐；在系统中输送乳清蛋白的动力模块；对从储罐送出的乳清蛋白进行循环过滤的超滤模块；使从超滤模块送出的乳清蛋白升温变性且微粒化的微粒化模块，微粒化模块具备使乳清蛋白升温变性且初步微粒化的第一微粒化单元、对乳清蛋白进行再次微粒化的第二微粒化单元和位于第一微粒化单元与第二微粒化单元之间用于恒温保持乳清蛋白而使其充分变性的持温变性单元；以及热交换模块，热交换模块使被超滤模块过滤后的乳清蛋白与经微粒化模块微粒化后的乳清蛋白进行热交换。

Description

一种乳清蛋白微粒化系统

技术领域

本实用新型涉及乳制品生产加工领域，具体地，涉及一种乳清蛋白微粒化系统。

背景技术

随着生活水平的逐渐提高，乳制品的需求量也在不断上升。消费者对高蛋白、低脂肪和美味口感的追求成为选择的标准。为了满足广大消费者的需求，国内大型乳品企业已经在研发并推出相关的产品。其中以乳清蛋白为基质，通过微粒化来替代乳制品中的脂肪是一种非常有效的解决方案。使用微粒化的乳清蛋白来代替乳制品中的脂肪，能使产品更加健康营养。其广泛应用于、冰淇淋等乳制品中，可减少稳定剂的加入量，使口感丰富、细腻。

近些年来，乳制品行业中对乳品蛋白微粒化技术的研究较多，其中最常见的是通过板式或管式散热器使蛋白进行热变性并使其聚集，然后通过均质或者高剪切的方式使其实现微粒化。然而这种加工方式工艺和控制复杂，对操作工人的要求高，且投入产出比高。

由此可见，目前市面上需要一种操作和控制简单，能以较低成本生产出具有高精度的粒度分布和良好的颗粒结构及功能特性的蛋白微粒化系统。

实用新型内容

实用新型要解决的问题：

鉴于上述问题，本实用新型的目的在于提供一种乳清蛋白微粒化系统，能以简单的结构和操作对乳清蛋白进行微粒化处理，一步实现从蛋白升温变性到微粒化的整个过程，且整个系统柔性可控，产出的乳清蛋白微粒具有高精度的粒度分布和良好的颗粒结构及功能特性。

解决问题的技术手段：

为解决上述问题，本实用新型提供一种乳清蛋白微粒化系统，包括：储存乳清蛋白的储罐；在系统中输送乳清蛋白的动力模块；对从所述储罐送出的乳清蛋白进行循环过滤的超滤模块；使从所述超滤模块送出的乳清蛋白升温变性且微粒化的微粒化模块，所述微粒化模块具备使乳清蛋白升温变性且初步微粒化的第一微粒化单元、对乳清蛋白进行再次微粒化的第二微粒化单元和位于所述第一微粒化单元与所述第二微粒化单元之间用于恒温保持乳清蛋白而使其充分变性的持温变性单元；以及热交换模块，所述热交换模块使被所述超滤模块过滤后的乳清蛋白与经所述微粒化模块微粒化后的乳清蛋白进行热交换。

根据本实用新型，浓缩后的乳清蛋白在微粒化模块中以变性温度充分变性，从而能被精确微粒化。能通过微粒化模块一步实现从蛋白升温变性到微粒化的整个过程。同时，微粒化前的乳清蛋白和微粒化后的乳清蛋白发生热交换，能实现热能回收从而对尚未微粒化的乳清蛋白进行预加热。

也可以是，本实用新型中，所述第一微粒化单元和所述第二微粒化单元各自包括：壳体；设置于所述壳体的内侧的绝热层；隔开间距地设置于所述绝热层内方，内部流通有乳清蛋白的缸体；插通所述缸体且由驱动装置驱动的轴；设置于所述轴并随之一起在所述缸体内旋转的多个刮刀；位于所述缸体与所述绝热层之间，用于流通导热介质的腔室。由此，第一、第二微粒化单元兼具微粒化和加热、冷却乳清蛋白的功能。

也可以是，本实用新型中，所述第一微粒化单元的腔室内流通有用于加热乳清蛋白的热介质；所述第二微粒化单元的腔室内流通有用于冷却乳清蛋白的冷介质。由此，第一微粒化单元能在搅拌剪切乳清蛋白的同时使其升温至变性温度，第二微粒化单元能在搅拌剪切乳清蛋白的同时使其冷却。

也可以是，本实用新型中，在所述第一微粒化单元与所述第二微粒化单元中，所述轴的转速为400-500rpm。由此能实现粒径在规定范围内的乳清蛋白微粒化。

也可以是，本实用新型中，所述热交换模块是板式热交换器。

也可以是，本实用新型中，所述超滤模块包括第一缓冲罐和超滤装置。由此能对乳清蛋白进行浓缩和灭菌。

也可以是，本实用新型中，所述动力模块包括将乳清蛋白从所述储罐泵出的供料泵、使乳清蛋白在所述超滤模块中循环的循环泵和从所述超滤模块向所述热交换模输送乳清蛋白的输送泵。由此，能为乳清蛋白提供一定的流速使其在系统中流动。

也可以是，本实用新型中，所述超滤模块与所述热交换模块之间还设置有暂存罐和第二缓冲罐。

也可以是，本实用新型中，所述乳清蛋白微粒化系统的处理速度为150lph-3000lph。

实用新型效果：

如以上说明，根据本实用新型，乳清蛋白微粒化系统柔性可控、工艺设计合理且结构简单，仅通过调节各个模块的工艺参数就能在可控制的高剪切力下一步实现从蛋白变性到微粒化的整个过程，产出的乳清蛋白微粒具有高精度的粒度分布和良好的颗粒结构及功能特性。

附图说明

图1是根据本实用新型一实施形态的乳清蛋白微粒化系统的结构示意图；

图2是图1所示乳清蛋白微粒化系统中的蛋白微粒化单元的剖视示意图；

图3是图2所示蛋白微粒化单元的横截面示意图；

符号说明：

1、储罐；2、第一缓冲罐；3、超滤装置；4、半成品暂存罐；5、第二缓冲罐；6、热交换器；7a、第一微粒化单元；7b、第二微粒化单元；8、持温管（持温变性单元）；9、成品暂存罐；11、供料泵；12、循环泵；13、第一输送泵；14、螺杆泵（第二输送泵）；15、渗透液排出泵；71、壳体；72、绝热层；73、腔室；74、缸体；75、轴；76、刮刀；771、原料输入口；772、原料排出口；781、导热介质输入口；782、导热介质排出口；P、乳清蛋白。

具体实施方式

以下结合附图和下述实施方式进一步说明本实用新型，应理解，附图和下述实施方式仅用于说明本实用新型，而非限制本实用新型。

在此公开一种能以简单的结构和操作对乳清蛋白进行微粒化处理，一步实现从蛋白升温变性到微粒化的整个过程的乳清蛋白微粒化系统。图1是根据本实用新型一实施形态的乳清蛋白微粒化系统的结构示意图。

如图1所示，本实施形态的乳清蛋白微粒化系统（以下简称为系统）具备：储罐1、动力模块、超滤模块、微粒化模块以及热交换模块。

储罐1主要作用是储存待加工的乳清蛋白，其上可以安装有未图示的液位计等传感器用以监控储罐内的乳清蛋白储量。储罐1通过供料管路与后述的超滤模块相连。

动力模块主要作用是在系统中输送乳清蛋白，为乳清蛋白提供一定的流速使其在系统中流动。具体而言，动力模块包括供料泵11、循环泵12、第一输送泵13、第二输送泵14和渗透液排出泵15。供料泵11设置于储罐1与超滤模块之间，用于将储罐1中的乳清蛋白泵送至超滤模块。循环泵12和渗透液排出泵15设置于超滤模块内部，前者为超滤模块提供流速和压力使乳清蛋白在超滤模块内部循环超滤，后者将超滤后的渗透液向系统外排出。第一输送泵13及第二输送泵14用于将超滤后的乳清蛋白泵送至进料管路，其具体内容后述。

超滤模块主要作用是对从储罐1输出的乳清蛋白进行浓缩超滤。超滤模块包括第一缓冲罐2和超滤装置3。第一缓冲罐2一方面设置于供料管路上比供料泵11靠近下游处，另一方面接入超滤模块的循环管路，第一缓冲罐2主要用于缓冲来自储罐1的乳清蛋白、抑制循环管路中的压力波动，使超滤模块工作更平稳。超滤装置3是超滤膜设备，主要用于对乳清蛋白进行浓缩超滤使之浓缩至一定的浓度，该浓度可以根据不同的产品需求进行调节，同时还兼顾乳清蛋白的除菌灭菌功能。超滤装置3一方面通过原料入口和渗透液出口接入循环管路，在原料入口与第一缓冲罐2之间设置有上述循环泵12，另一方面则通过浓缩液出口与半成品暂存罐4相连。经超滤浓缩的乳清蛋白通过浓缩液出口输送至半成品暂存罐4，而不含乳清蛋白的渗透液则通过渗透液出口经由第一缓冲罐2和渗透液排出泵15排出至系统外。

半成品暂存罐4用于暂存来自超滤模块的经超滤浓缩的乳清蛋白，并通过进料管路经由后述的热交换模块将该乳清蛋白输送至后述的微粒化模块。更具体地，本实施形态中，在半成品暂存罐4和热交换模块之间依次设置有上述第一输送泵13、第二缓冲罐5和第二输送泵14。第一输送泵13主要用于将乳清蛋白从半成品暂存罐4中泵出至进料管路。第二输送泵14可以是螺杆泵，其调节范围广，适用于不同粘度的物料，能为后述的微粒化单元提供足够的背压。第二缓冲罐5位于第一输送泵13和螺杆泵14之间，主要用于缓冲进料管路中的压力波动，从而使系统稳定持续运行。

热交换模块可以是板式的热交换器6，其设置于进料管路上比半成品暂存罐4靠近下游处，主要用于使来自上述超滤模块的乳清蛋白（即尚未微粒化的乳清蛋白）与来自后述的微粒化模块的乳清蛋白（即微粒化后的乳清蛋白）进行热交换。具体而言，热交换器6内部通过流通有微粒化前的乳清蛋白的进料管路的一部分和流通有微粒化后的乳清蛋白的出料管路的一部分。微粒化模块中输入的乳清蛋白在模块中升温变性，接受搅拌剪切而被微粒化，因此从微粒化模块排出的乳清蛋白（乳清蛋白微粒）具有比从超滤模块排出的乳清蛋白更高的温度。借助使微粒化前后的乳清蛋白在热交换器中进行热交换，能够对即将进入微粒化模块接受微粒化的乳清蛋白进行预加热，从而实现热能回收利用。

微粒化模块主要作用是使乳清蛋白微粒化，产出满足规定需求的乳清蛋白微粒。微粒化模块的进料端通过进料管路连接上述热交换器6，出料端通过出料管路连接成品暂存罐9。本实施形态中，微粒化模块由第一微粒化单元7a、持温变性单元和第二微粒化单元7b依次串联而成。图2是蛋白微粒化单元的剖视示意图，图3是该蛋白微粒化单元的横截面示意图。

如图2所示，第一微粒化单元7a是所谓的预微粒化单元，包括壳体71、搅拌部、换热部和驱动部。壳体71是微粒化单元的主体外壳，例如可以是不锈钢外壳。在壳体71的内侧设置有填充了绝热材料的绝热层72，主要用于抑制微粒化单元的热量损耗。在绝热层72的径向内方隔开间隔地设置有缸体74，缸体74是中空的薄壁构件，其内部流通有乳清蛋白P。驱动部包括未图示的驱动电机和变速器（未图示）等，驱动电机通过变速器与轴75相连。轴75沿竖直方向插通缸体74的内部中央，在轴75上沿轴向方向设置有多个刮刀76，刮刀76随轴75在驱动部的带动下相对于缸体74高速旋转，借助高速旋转产生的高剪切力对流入缸体74内的乳清蛋白P进行首次搅拌使之初步微粒化，同时刮刀76还能在旋转的过程中将残留在缸体74内壁上的乳清蛋白刮下。如图3所示，在绝热层72与缸体74之间存在腔室73，其内部流通有用于与乳清蛋白进行热交换的热介质（导热介质，例如82℃的热水），由此使乳清蛋白升温变形。另外，在壳体71上还设置有用于输入乳清蛋白P的原料输入口771、用于输入乳清蛋白P的原料排出口772、用于输入热介质的导热介质输入口781以及用于排出热介质的导热介质排出口782。从原料输入口771流入来自热交换器的乳清蛋白P，其通过与热介质热交换升温变性，且在刮刀76的旋转剪切力的作用下初步微粒化，并从原料排出口772排出至持温变性单元。

第二微粒化单元7b是所谓的二次微粒化单元，其结构与上述第一微粒化单元7a基本相同，再次仅说明与第一微粒化单元7a的不同之处。第二微粒化单元7b中，刮刀76随轴75在驱动部的带动下相对于缸体74高速旋转，借助高速旋转产生的高剪切力对流入缸体74内的乳清蛋白P进行搅拌使之再次微粒化。绝热层72与缸体74之间的腔室73，通过导热介质输入口781和导热介质排出口782在其内部流通有用于与乳清蛋白进行热交换的冷介质（导热介质，例如2℃的冰水），由此使乳清蛋白P初步冷却。从原料输入口771输入来自持温变性单元的乳清蛋白P，其在刮刀76的旋转剪切力的作用下再次微粒化，且通过与冷介质热交换而初步降温，并从原料排出口772排出至出料管路。

持温变性单元可以是持温管8（holding cell），其串联设置于上述第一微粒化单元7a和上述第二微粒化单元7b之间，主要用于使来自第一微粒化单元7a的经加热和初步微粒化的乳清蛋白持温规定的时间，使其在变性温度下充分变性。如图1所示，持温管8可以形成为外部包裹有绝热材料且内部形成有曲折流路的结构，乳清蛋白能在持温管8中保持变性温度流动规定时间（例如100秒）以上，从而充分变性。

此外，乳清蛋白微粒化系统中还设置有成品暂存罐9，成品暂存罐9与出料管路连接，主要用于暂存充分降温且微粒化后的作为成品的乳清蛋白微粒，并将其向系统外排出。

以下结合附图说明本实用新型的乳清蛋白微粒化系统的工作流程。

在系统内清洗完全并排完所有管道内的水之后，乳清蛋白从外部进入储罐1内，准备进行处理。

在整个系统运行过程中，动力模块为乳清蛋白在系统内流动提供了流速和压力。设置于储罐1下游的供料泵11将乳清蛋白从储罐1中泵出，通过供料管路将规定流速和压力的乳清蛋白输送至超滤模块。

进入超滤模块后，乳清蛋白经由第一缓冲罐2在循环泵12的作用下在超滤模块内反复循环超滤。经超滤装置3超滤循环浓缩后的乳清蛋白从浓缩液出口经由半成品暂存罐4依次经过设置在进料管路上的第一输送泵13、第二缓冲罐5和螺杆泵14进入热交换器6，并在热交换器6中与从微粒化模块、具体而言从第二微粒化单元7b排出的充分微粒化且温度较高的乳清蛋白发生热交换，由此利用高温的乳清蛋白的热量将低温待微粒化的乳清蛋白预加热至例如62℃，从而实现热能回收。另一方面，不含蛋白的渗透液则在渗透液排出泵15的作用下通过渗透液出口排出至系统外。

预加热后的乳清蛋白离开热交换器6通过进入微粒化模块中的第一微粒化单元7a即预微粒化单元。第一微粒化单元7a中，通过原料输入口771输入的乳清蛋白与腔室73内的热介质进行热交换而进一步加热至例如80℃的变性温度，且轴75在驱动电机的驱动下以例如400-500rpm的转速带动刮刀76旋转，乳清蛋白在刮刀76产生的高剪切力的作用下初步微粒化。

接着乳清蛋白从原料排出口772排出至持温管8，在持温管8中以例如80℃的温度流动例如100秒从而充分变性，然后从持温管8向第二微粒化单元7b的原料输入口771输入。

之后，充分变性的乳清蛋白进入第二微粒化单元7b即二次微粒化单元。轴75在驱动电机的驱动下以例如400-500rpm的转速带动刮刀76旋转，乳清蛋白在刮刀76产生的高剪切力的作用下实现精确的二次微粒化，并与腔室73内的冷介质进行热交换而被冷却至例如65℃。

经充分微粒化且初步冷却后的乳清蛋白从微粒化模块排出至出料管路，途径热交换器6与进料管路中尚未微粒化的低温的乳清蛋白发生热交换而降温至例如5℃，之后流入成品暂存罐9并向系统外部排出。

另外，上述超滤装置的浓缩比、第一微粒化单元7a、第二微粒化单元7b的冷热介质的种类、加热或冷却的温度、轴75的转速、刮刀76的种类、热交换器6的种类及热交换性能、以及持温管8的长度（即保温时间）等均可根据实际需要进行调节，只要能保证以规定的处理速度（本实施形态中为150lph-3000lph）产出粒径范围在2μm~10μm以内的乳清蛋白微粒即可。像这样，仅通过调节超滤模块、热交换模块、微粒化模块的工艺参数就能实现规定工艺要求的乳清蛋白微粒化。

本实用新型的乳清蛋白微粒化系统柔性可控、工艺设计合理且结构简单，仅通过各个模块的工艺参数就能在可控制的高剪切力下一步实现从蛋白变性到微粒化的整个过程，产出的乳清蛋白微粒具有高精度的粒度分布和良好的颗粒结构及功能特性。经过微粒化的乳清蛋白能广泛应用在奶酪、高蛋白饮品、调味料、冰淇淋、巧克力、糖果和一些营养品等产品中，应用领域广阔，市场需求量大，具有非常大的推广和应用价值。

以上的具体实施方式对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应当理解的是，以上仅为本实用新型的一种具体实施方式而已，并不限于本实用新型的保护范围，在不脱离本实用新型的基本特征的宗旨下，本实用新型可体现为多种形式，因此本实用新型中的实施形态是用于说明而非限制，由于本实用新型的范围由权利要求限定而非由说明书限定，而且落在权利要求界定的范围，或其界定的范围的等价范围内的所有变化都应理解为包括在权利要求书中。凡在本实用新型的精神和原则之内的，所做出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种乳清蛋白微粒化系统，其特征在于，包括：

储存乳清蛋白的储罐；

在系统中输送乳清蛋白的动力模块；

对从所述储罐送出的乳清蛋白进行循环过滤的超滤模块；

使从所述超滤模块送出的乳清蛋白升温变性且微粒化的微粒化模块，所述微粒化模块具备使乳清蛋白升温变性且初步微粒化的第一微粒化单元、对乳清蛋白进行再次微粒化的第二微粒化单元和位于所述第一微粒化单元与所述第二微粒化单元之间用于恒温保持乳清蛋白而使其充分变性的持温变性单元；以及

热交换模块，所述热交换模块使被所述超滤模块过滤后的乳清蛋白与经所述微粒化模块微粒化后的乳清蛋白进行热交换。

2.根据权利要求1所述的乳清蛋白微粒化系统，其特征在于，

所述第一微粒化单元和所述第二微粒化单元各自包括：

壳体；

设置于所述壳体的内侧的绝热层；

隔开间距地设置于所述绝热层内方，内部流通有乳清蛋白的缸体；

插通所述缸体且由驱动装置驱动的轴；

设置于所述轴并随之一起在所述缸体内旋转的多个刮刀；

位于所述缸体与所述绝热层之间，用于流通导热介质的腔室。

3.根据权利要求2所述的乳清蛋白微粒化系统，其特征在于，

所述第一微粒化单元的腔室内流通有用于加热乳清蛋白的热介质；

所述第二微粒化单元的腔室内流通有用于冷却乳清蛋白的冷介质。

4.根据权利要求2所述的乳清蛋白微粒化系统，其特征在于，

在所述第一微粒化单元与所述第二微粒化单元中，所述轴的转速为400-500rpm。

5.根据权利要求1所述的乳清蛋白微粒化系统，其特征在于，

所述热交换模块是板式热交换器。

6.根据权利要求1所述的乳清蛋白微粒化系统，其特征在于，

所述超滤模块包括第一缓冲罐和超滤装置。

7.根据权利要求1所述的乳清蛋白微粒化系统，其特征在于，

所述动力模块包括将乳清蛋白从所述储罐泵出的供料泵、使乳清蛋白在所述超滤模块中循环的循环泵和从所述超滤模块向所述热交换模输送乳清蛋白的输送泵。

8.根据权利要求1所述的乳清蛋白微粒化系统，其特征在于，

所述超滤模块与所述热交换模块之间还设置有暂存罐和第二缓冲罐。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的乳清蛋白微粒化系统，其特征在于，

所述乳清蛋白微粒化系统的处理速度为150lph-3000lph。

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