乳清蛋白浓缩物 (WPC) 和乳清蛋白分离物 (WPI) 通常根据营养标签、蛋白质百分比或消费者应用进行比较，但在乳制品厂内部，真正的区别在于加工的复杂性。
这两种产品均以相同的原料为原料：奶酪生产过程中产生的乳清。首先，利用膜分离系统分离、浓缩和精制蛋白质，同时去除乳糖、矿物质、水分和脂肪。后续加工环节对蛋白质浓度的要求越高，膜分离步骤就越多，清洁要求也越高，操作难度也越大。
从加工角度来看，WPC 和 WPI 有着本质的区别，因为 WPI 需要更多的分离工作。
WPC 的处理过程
乳清蛋白浓缩物 (WPC) 的生产通常始于经过巴氏杀菌、澄清和分离的混合脱脂乳清。预处理后的乳清随后被送入具有多级膜的超滤 (UF) 系统，以浓缩蛋白质。
在WPC35的生产过程中，目标是达到35%的最终蛋白质浓度。超滤膜截留蛋白质，同时允许乳糖和矿物质等较小的成分通过进入渗透液。截留液随后被干燥成WPC粉末。
WPC80 的目标最终蛋白浓度为 80%，其结构与 WPC80 类似，但需要更高的浓缩度和额外的精制步骤。整个过程中通常会加入透析过滤，以洗去较小的非目标成分，进一步提高蛋白浓度。在系统的后端，通常会使用更紧密的膜元件，以持续提高蛋白浓度。
即使在WPC阶段，膜污染也成为一个主要的运行问题。传统的聚醚砜（PES）超滤膜会自然地在膜表面积累有机物，形成凝胶层。该凝胶层会阻碍膜通量，并使膜随着时间的推移更难清洗。
随着浓度增加，固体颗粒更难通过系统。操作人员通常会通过延长清洗程序、使用更强效的化学清洁剂以及增加生产运行间的停机时间来弥补这一不足。
WPI加工如何变得更加复杂
WPI 的生产以 WPC 相同的起始工艺为基础，但增加了几个膜分离操作，使蛋白质含量至少达到 90%。
该工艺通常首先使用超滤（UF）系统浓缩乳清蛋白。之后，浓缩的乳清蛋白流进入微滤（MF）系统，用于去除脂肪。微滤后的渗透液进入第二个超滤系统，进一步提高蛋白质浓度。许多工厂还会增设一个纳滤（NF）系统，以最大限度地提高蛋白质含量。
在这些阶段中，均采用透析过滤来洗去较小的成分并提高蛋白质保留率。最终，将纳滤浓缩液干燥成乳清蛋白分离物粉末。
从操作角度来看，WPI加工还带来了一些额外的挑战：
- 更多膜阶段
- 较高的固体浓度
- 更多发生污垢的机会
- 更多清洁周期
- 对正常运行时间和生产力的压力更大
在乳清蛋白分离物 (WPI) 加工过程中，最终浓缩系统尤为复杂，因为物料流的浓度和粘度会不断增加。在高固含量下，膜表面凝胶层的形成会对膜的性能产生显著影响。
这就是为什么膜的清洁性在乳清蛋白分离物生产中成为一个如此关键的问题。
为什么膜的选择很重要
在传统的乳清加工系统中，一旦将所有冲洗步骤和中间步骤都计算在内，清洗程序可能会变得异常冗长。一个“四步”清洗程序，如果算上水冲洗，实际上可能包含 11 个或更多步骤。
每一步清洁都会增加：
- 化学品使用
- 用水需求
- 废水产生
- 能源消耗
- 停机时间
随着加工商追求更高的蛋白质浓度，这些运营方面的损失也随之增加。
在乳制品加工领域，防污膜化学的重要性日益凸显。ZwitterCo Evolution 膜采用专利两性离子化学技术，形成极亲水的表面，同时有效排斥有机污染物。通过抵抗有机污染并最大限度地减少凝胶层的形成，Evolution 膜能够保持更高的可持续运行通量，并且在清洗过程中更容易恢复。最终，清洗步骤更少，清洗周期更短，从而可以投入更多时间进行生产。
在WPC35运行中，Evolution PCM的通量高于传统的5 kDa和10 kDa PES膜，而Evolution SF在高浓度下保持了更平缓的通量曲线。未观察到明显的蛋白质损失。
在 WPI 加工过程中，与传统 PES UF 膜并行运行的 Evolution SF 膜在截留物固体含量为 28-29% 时表现出更高的运行通量，而渗透物没有明显差异。
其影响既体现在操作层面，也体现在技术层面。更高的可持续通量意味着加工商可以在高固含量下更稳定地维持生产，而无需花费大量时间来恢复膜的性能。
WPC 和 WPI 的本质在于分离强度
WPC 和 WPI 加工工艺的最大区别不仅仅在于蛋白质含量，更在于乳清液需要经过多大程度的精炼才能去除乳糖、脂肪和其他细小成分。
乳清蛋白浓缩物 (WPC) 的生产高度依赖超滤 (UF) 浓缩，并可根据蛋白质浓度目标值结合纳滤 (NF) 和渗滤。乳清蛋白分离物 (WPI) 的生产则将多种膜技术——超滤 (UF)、微滤 (MF)、纳滤 (NF) 和渗滤——叠加使用，以进一步提高蛋白质浓度。每增加一个步骤，都会增加工厂内部的复杂性。
随着乳制品加工企业不断扩大高蛋白原料的生产，膜系统在整体生产效率方面的重要性日益凸显。可持续通量、清洗时间、抗污染能力以及清洗后的恢复能力都直接影响着这些系统日常运行的效率。
要了解更多关于用于乳清蛋白浓缩和乳清蛋白分离物加工的 Evolution 膜的信息，请联系 ZwitterCo。
