编译：童梦（bean476@yahoo.com.cn）
把一种通常被认为是副产品的原料加工成具有高附加值的产品，是食品工业中令人激动不已的创举。首先进行这种尝试的公司能够改善公司经济模式，并在激烈的市场竞争中占据明显优势。
浓缩乳清蛋白（WPC，whey protein concentrate）就是一个典型例子。奶酪制造业每年都会产生大量的乳清，处理乳清的高昂费用已经使一些奶酪厂被迫倒闭。欧洲的乳品制造商利用乳清生产浓缩乳清蛋白已有许多年的历史，由于食品工业对乳清产品的需求，美国的乳品制造商，尤其是奶酪制造商也在迅速发展乳清加工业。
一般来说，浓缩乳清蛋白的蛋白质含量仅仅被提高到35%，然而这依然会产生大量生物需氧量较高的废弃物。因此，在那些环境保护法规严厉的地区，奶酪制造商会寻求更加有效的处理方式。
美国佛蒙特州的卡伯特乳品厂（Cabot Creamery）就是一个极佳的案例，卡伯特乳品厂是Agri-Mark股份有限公司的一个部门。卡伯特乳品厂是全世界范围内为数不多的几家具有从乳清里提取乳铁蛋白（lactoferrin）技术的乳品厂之一。卡伯特乳品厂下属的Middlebury工厂从1997年就开始从乳清里提取乳铁蛋白，乳铁蛋白可以作为婴儿配方奶粉及其他功能性食品的配料。最近的研究显示乳铁蛋白还可以作用肉类制品中的天然抗菌剂。
尽管如此，牛奶中乳铁蛋白的含量远不足1%。以生产切达奶酪为例，牛奶重量的10%被制作成奶酪，还有1%在分离乳清中奶油时被分离出来，加工成黄油。这样算来，仅Middlebury工厂一家每年就要接收150万磅牛奶，除了生产切达奶酪和黄油之外，即使提取出全部的乳铁蛋白，还有130多万磅的牛奶成分需要处理。1999年，佛蒙特州乳清处理厂倒闭，使得该州的奶酪制造商面临巨大的挑战。卡伯特乳品厂不得不将乳清运输到肯塔基州进行处理，公司为此支付了高额的运费。
在佛蒙特州乳清处理厂倒闭之前，Agri-Mark公司的工程师就开始考虑乳清处理问题。生产蛋白质含量80%的浓缩乳清蛋白虽然经济收益客观，可是仍然要产生大量的副产品。最后公司决定同时浓缩乳清蛋白和不含蛋白的乳清渗透物（whey permeate），乳清处理车间经过了美国农业部的检验，因此这些产品可以用于食品工业。
Middlebury工厂由卡夫公司（Kraft）建于1974年，原本是一家生产瑞士奶酪的乳品厂，后来由于产量有限，被卡夫公司关闭。1994年，Agri-Mark公司投资1200万美元将Middlebury工厂改造成一个切达奶酪厂，并交给旗下的卡伯特乳品厂管理。卡伯特乳品厂是一个奶农合作社性质的公司，于1992年与Agri-Mark公司合并。目前，卡伯特乳品厂发展迅速，形势良好。
卡伯特乳品厂的佛蒙特工厂生产特种奶酪，这依然需要大量的体力劳动，而Middlebury工厂则是一座全自动化的奶酪厂，成为卡伯特乳品厂的产量支柱。Middlebury工厂每年生产切达奶酪5000万磅，大部分是以每块
卡伯特乳品厂通过升膜蒸发器（rising film evaporator）将乳清的总固体含量提高到50%，但是市场需求的压力促使乳品厂生产更好的产品。以往，卡伯特乳品厂直接销售水分含量82%的浓缩凝乳，这大大增加了运费。Agri-Mark公司技术部副总Ray Dyke组织了一个团队，该团队与公司研究中心和乳品厂交流，共同开发一个功能完备的乳清处理解决方案。
总共有600多位工作人员参与到这个项目，乳清处理是一个复杂的问题，单凭一个公司的技术和资源很难达到满意的效果。包括工程、技术、设备和施工等多家公司参与到乳清处理车间的建设中。
膜分离技术发展使得乳清处理更加具有商业可行性，不同等级的膜滤工艺能够分离不同大小的分子。常见的膜分离工艺包括微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）和反渗透（OR）。微滤能够过滤细菌、脂肪和部分蛋白质；超滤能够过滤全部细菌、脂肪和蛋白质；纳滤只允许部分矿物质（盐）通过；而反渗透只允许水分子通过。卡伯特乳品厂采用的复合式膜分离系统，唯一产生的副产品就是牛奶中的水分，而这些水也可以用来清洗厂房等等。
图1 膜分离技术原理
乳清首先经过净化和除奶酪细粒（cheese fine），再巴氏杀菌，然后储存于
被分离出蛋白质的乳清渗透物首先被注入巴氏杀菌设备，然后经过反渗透处理除去2/3的水分。然后经过浓缩的乳清渗透物通过降膜TVR蒸发器（falling film TVR evaporator）将总固体含量提高到60%。接下来，浓缩乳清渗透液被注入结晶槽（crystallizers），卡伯特乳品厂共配备5个热量
时，就像在搅拌粘稠的糖浆。
图2 乳清处理车间的中央控制室
从乳清中分离乳糖，并且将乳糖干燥制成细腻的颗粒是一项难以掌握的工艺。
结晶以后，浓缩物被注入多段式干燥器（multi-stage drying system），外界空气通过丙烷被加热，然后与喷入干燥塔内的雾化浓缩渗透液混合。干燥浓缩渗透液的干燥塔高达
图3 前方是浓缩乳清蛋白的干燥塔，后方是浓缩乳清渗透物的干燥塔。
气旋能够重新控制住大部分渗透物，使其不会落在干燥器底部，干燥器底部的一个同步传输带则通过液床干燥器（fluid bed dryer）来运输渗透物。随后，干燥物在气压的作用下以每小时
图4 三段式的液床干燥器（three-stage fluid-bed dryer）
图5 超滤（UF）和渗滤设备
图6 乳糖结晶槽
图7 干燥乳清渗透物被包装成
处理完成后，几乎乳清中所有的固体物质都被回收，每年仅会排放
Agri-Mark公司为这项乳清处理过程总共投资2100万美元。Agri-Mark公司认为这项投资具有长期回收和高收益，并且是公司发展必须经过的一步。目前，卡伯特乳品厂的乳清渗透物产品已经销往国外市场，该产品可以作为食品和制药业的生产原料。
卡伯特乳品厂的一名资深经理表示，“对于任何一家大型奶酪制造商，不论他们是否情愿，他们不得不跻身于乳清制造业”，他接着谈到，“处理乳清，并不在乎谁做的最好，谁最早开始做，最重要的是我们将一种以往被当作废弃物的东西，转变成可供人们消费的，并具有高附加值的产品，这是令人激动的一件事，也激励着所有食品工业的同行继续在这个道路上前进。”
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