奶粉是婴儿配方食品的一个至关重要的原料，也广泛用于烘焙食品和糖果产品中。奶粉的生产是由一系列耗能工艺组成，涉及牛奶的浓缩和干燥。
德国慕尼黑理工大学(TUM)的一篇新闻报道，研究者们正在研究更节能的方式来浓缩牛奶。他们已经取得了可喜的成果：通过结合不同的膜分离过程，他们在进行牛奶浓缩时已成功减少大约20%的能量。
德国生产的牛奶几乎有一半变成了奶粉。这相当于每年约83万吨。牛奶行业消耗能量的百分之二十五用于生产浓缩乳和乳清。慕尼黑理工大学的研究人员一直在寻找能使奶粉生产链的不同步骤节省能量的方法。
在这个工艺链中，初始的牛奶和乳清被浓缩至原体积的10%左右。除了使用传统方法加热和蒸发乳制品外，乳业界也使用了反渗透和纳滤等膜分离过程。然后浓缩物中的残留水分再通过干燥来去除。尽管在这一阶段只有很少量的水剩下，但相应的干燥却占据了整个能源消耗的50%。
分离取代蒸发
研究人员已证明，在浓缩阶段初期可以大量节省能量。
“与常规蒸发方法相比，反渗透和纳滤可以减少两倍甚至四倍的能耗，”Ulrich Kulozik教授解释说，他是慕尼黑理工大学食品加工工程和乳品技术系的主任和项目负责人。
反渗透和纳滤这两个过程使用特殊的膜，能让水通过，同时保留牛奶中几乎所有的成分和乳清。然而，一个缺点是，随着水被转移走，盐和乳糖等溶解物的浓度增加，蛋白质浓度的增加也会“阻塞”膜从而使过滤更加困难。
“因此，使用反渗透我们只能使干物质浓度达到35%，”Kulozik说。“我们真正想要的是一个更高浓度的干物质，因为这会减少在在随后的蒸发和干燥过程中需要转移去除的水分量。这将进一步降低在初始浓缩阶段的能源消耗。”
要获得一个浓度更高的浓缩物，制造商必须要提供更高的工作压力，而更高的工作压力反过来会需要更多的能量。Kulozik教授和他的团队通过结合三个不同的膜分离过程：超滤、反渗透和纳滤，已经解决了这个问题。
研究人员第一次使用超滤从牛奶中去除蛋白质。溶解成分再可以使用反渗透和纳滤进行浓缩收集。通过这种方式去除蛋白质能使反渗透和纳滤的速度加速两到五倍。这种反渗透和超滤的结合比单纯的反渗透能实现节能20%。其中蛋白质和溶解成分可在后期工序中重新组合到一起。
TUM研究团队还通过一系列超滤-纳滤双联过程使干物质产量增加两倍。
“我们发现正确的膜分离技术组合可以显著提高奶粉和乳清的生产效率”Kulozik说，“我们的目标是在蒸发和干燥之前获得尽可能高浓度的牛奶。”
奶粉的保质期达两年以上。然而，到现在为止浓缩奶只能保持最多10天的新鲜。TUM的研究者们也想延长这个存储期。“我们正在探索各种浓缩奶的加热过程，以期延长浓缩奶的保质期，这样相对于奶粉来说浓缩奶将会是另外一个有吸引力的选择”，Kulozik说。
研究人员已能够在温度低于
“浓缩奶的一个主要好处是，它仍然是液体，所以不需要再溶解在水中，”他说。“由于没有干燥过程，他们还能显著节省能源和成本。”
Kulozik教授的团队正在与Martin Grunow教授主持的生产和供应链管理团队合作研究浓缩奶的好处。他们正在评估浓缩奶相对于奶粉的潜在价值优势，也在评估乳品行业内部对此的市场需求和后勤服务需求。他们的关注点在于可持续性和气候足迹，并且该团队将使用生态平衡软件来测试不同技术的性能。乳制品行业中有两家公司也在与TUM团队合作研究这个项目。
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