專(zhuān)利名稱(chēng)：一種由乳清同時(shí)制備乳清蛋白粉和乳糖粉的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由乳清液制備乳清蛋白粉和乳糖粉的方法，屬于乳品加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
牛奶分離出酪蛋白制備奶酪后，剩余溶液即為乳清液。乳清液作為副產(chǎn)物，其水含量高，運(yùn)輸不便，經(jīng)常通過(guò)噴霧干燥等方法制成甜乳清粉。甜乳清粉中主要含有乳糖(約70%)和乳清蛋白(約10%)。乳糖是哺乳動(dòng)物乳腺分泌的一種二糖，由一個(gè)葡萄糖和一個(gè)半乳糖縮合而成，有α和β兩種構(gòu)象。乳糖產(chǎn)品基本都從乳清中提取，可以用于嬰兒食品、糖果、人造牛奶等，醫(yī)學(xué)上常用作矯味劑。由于我國(guó)居民中乳糖不耐受的發(fā)生率較高，因此通常需要將乳糖從乳品中分離出來(lái)。 乳清蛋白在牛奶中的含量?jī)H為O. 7%，含有人體所需的全部8種必需氨基酸，且各氨基酸的比例恰當(dāng)，幾乎與骨骼肌中氨基酸的組成比例完全一致，極易被人體利用，是最佳的蛋白質(zhì)來(lái)源，能滿足不同群體和不同年齡段人群對(duì)健康和營(yíng)養(yǎng)的需求。牛乳清蛋白的功能性成分主要為乳球蛋白(β-Lg)、0-乳白蛋白(0-1^)、牛血清白蛋白(85六)、免疫球蛋白(IgG)，以及乳鐵蛋白(Lf)、乳過(guò)氧化酶、生長(zhǎng)因子和許多生物活性因子及酶，這些物質(zhì)均具有一定的生物活性，尤其適合于嬰幼兒食品。從價(jià)格相對(duì)低廉的甜乳清粉中分離乳清蛋白和乳糖，特別是濃縮乳清蛋白(WPC)，作為嬰兒乳品的活性添加劑，具有良好的市場(chǎng)前景。中國(guó)專(zhuān)利CN 101926408 A采用微濾將牛奶簡(jiǎn)單分成富含酪蛋白的濃縮液和成分均一的乳清透過(guò)液，簡(jiǎn)化了干酪用乳的標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程，然而未對(duì)乳清產(chǎn)品進(jìn)行進(jìn)一步的加工。中國(guó)專(zhuān)利CN 1606917 A公開(kāi)了一種〃從牛奶中提取乳清蛋白及分離乳清蛋白中不同活性成分的方法〃，其主要步驟為首先在牛奶中添加15-25%體積的無(wú)水乙醇，攪拌均勻，靜置30-60分鐘后過(guò)濾去除沉淀，然后在濾液中添加無(wú)水乙醇，使乙醇含量達(dá)到35%，繼續(xù)添加無(wú)水乙醇直至乙醇含量逐漸達(dá)到55%，攪拌均勻，靜置30-60分鐘后，3000-5000rpm離心，倒出上清液，所得沉淀即為乳清蛋白。中國(guó)專(zhuān)利CN 101367864 A中采用疏水作用層析和凝膠過(guò)濾層析分離乳清蛋白，層析過(guò)程中引入了硫酸銨、磷酸鹽緩沖液等陰陽(yáng)離子，產(chǎn)生的廢液需處理后排放，分離介質(zhì)昂貴，制備成本較高。中國(guó)專(zhuān)利CN 101731446 A中，以牛奶為原料制備乳清蛋白粉，先將牛奶通過(guò)O. Iμ m的膜微濾，透過(guò)液再經(jīng)超濾，濃縮液即為乳清蛋白液，并未提及超濾膜的截留分子量和產(chǎn)品中蛋白質(zhì)的含量。中國(guó)專(zhuān)利CN 101822309 A公開(kāi)了一種采用中空纖維膜超濾生產(chǎn)乳清蛋白及其制品的生產(chǎn)方法，其產(chǎn)品中蛋白含量?jī)H為15% 土 0.5%，無(wú)法達(dá)到濃縮乳清蛋白WPC 70 (蛋白含量彡70%)和WPC 80 (蛋白含量彡80%)的標(biāo)準(zhǔn)要求。中國(guó)專(zhuān)利CN 101491287 A中公開(kāi)了一種同時(shí)分離乳清蛋白和乳糖的方法，其步驟如下先用網(wǎng)篩過(guò)濾器除去乳清中的奶酪顆粒，然后濃縮乳清，冷卻結(jié)晶并離心分離得到乳糖；離心的清液經(jīng)微濾，超濾和納濾后得到乳清蛋白液，再濃縮、噴霧干燥后得蛋白粉。未公開(kāi)蛋白含量，且整個(gè)過(guò)程步驟較多，耗時(shí)較長(zhǎng)。在現(xiàn)有專(zhuān)利公開(kāi)的制備方法中，最終產(chǎn)品乳清蛋白中蛋白含量普遍較低，一般達(dá)不到濃縮乳清蛋白WPC的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，不適用于嬰兒食品等的添加。本專(zhuān)利通過(guò)在超濾中增加補(bǔ)水這一簡(jiǎn)單的操作流程，可以將蛋白含量提高至70%以上，同時(shí)避免了微濾、納濾等操作，流程簡(jiǎn)便、產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)成本低。本發(fā)明還提出了乙醇沉淀分離乳糖的新工藝，減少了傳統(tǒng)乳糖提取過(guò)程中的熱能損耗，并可同時(shí)制得高含量的乳糖產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種簡(jiǎn)便、收率高、成本較低的由乳清同時(shí)制備乳清蛋白粉和乳糖粉的方法。 由乳清同時(shí)制備乳清蛋白粉和乳糖粉的方法包括以下步驟
(1)初步超濾乳清液在超濾器中濃縮至超濾膜的膜通量下降到初始膜通量的60%
80% ；
(2)補(bǔ)水洗濾向濃縮液中連續(xù)或間歇加入2 5倍濃縮液體積的去離子水，洗濾，得到濃縮液和透過(guò)液；
(3)制乳清蛋白粉將濃縮液，即濃縮乳清蛋白溶液，直接通過(guò)冷凍干燥、噴霧干燥或真空干燥得到蛋白質(zhì)質(zhì)量百分含量為70% 85%的乳清蛋白粉；
(4)精制乳糖粉透過(guò)液蒸發(fā)濃縮，加入濃縮后體積的O.6 I. 5倍的食品級(jí)乙醇，使乳糖沉淀，再經(jīng)冷水和食品級(jí)乙醇洗滌，干燥，得到純度>95%的乳糖粉。所述的乳清液為液態(tài)乳清液，或者甜乳清粉加水溶解而成的乳清溶液。所述的超濾器中采用的超濾膜為超濾膜包或中空纖維膜柱，截留分子量為5000 10000 Da。所述步驟(4)中蒸發(fā)濃縮為減壓蒸發(fā)、單效蒸發(fā)或雙效蒸發(fā)。所述步驟(4)中干燥采用半沸騰床式干燥機(jī)或氣流干燥機(jī)。本發(fā)明的有益效果如下
(I)超濾操作條件溫和，避免了乳清蛋白的變性，提高蛋白的回收率；
(2 )超濾過(guò)程工藝簡(jiǎn)單，不添加無(wú)機(jī)鹽和其它加重環(huán)境污染的物質(zhì)。(3)超濾濃縮過(guò)程中，膜通量降低可分成三個(gè)階段由于溶劑中的細(xì)菌和微量膠體堵塞膜孔導(dǎo)致膜通量降低至初始膜通量的90%左右；之后因?yàn)闈獠顦O化層的形成，膜通量降至初始的60%-80% ;隨著超濾繼續(xù)進(jìn)行，膜孔道堵塞并在膜表面形成凝膠層，污染嚴(yán)重時(shí)，膜通量?jī)H為初始膜通量的20%以下。在第二階段轉(zhuǎn)至第三階段時(shí)(膜通量降至初始膜通量的60%_80%),開(kāi)始補(bǔ)水，不僅可以使補(bǔ)水量最小，減少后續(xù)濃縮的處理量；還能提聞超濾的整體速度和效率；同時(shí)有效延長(zhǎng)超濾膜的使用壽命。不同膜出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)(即超濾速度明顯下降的點(diǎn))的時(shí)間與操作條件和膜特性有關(guān)，需分別考察。(4)乳糖精制過(guò)程中，采用乙醇沉淀法取代常用的結(jié)晶法，降低能耗，提高了分離速度。洗滌乳糖用預(yù)冷水代替酸性水，降低影響產(chǎn)品質(zhì)量的風(fēng)險(xiǎn)和減輕污水處理量。分離和洗滌乳糖過(guò)程中使用的食品級(jí)乙醇可以回收利用。


圖I是本發(fā)明中濃縮乳清蛋白和乳糖的分離工藝流程 圖2是實(shí)施例I和實(shí)施例2制備的濃縮乳清蛋白粉WPC 70 (蛋白質(zhì)含量>70%)和WPC80 (蛋白質(zhì)含量>80%)的凝膠電泳圖片；
圖3是實(shí)施例I和實(shí)施例2制備的濃縮乳清蛋白粉WPC 70和WPC 80的高效液相譜圖，圖中 A 為 WPC 70, B % WPC80。
具體實(shí)施例方式由乳清同時(shí)制備乳清蛋白粉和乳糖粉的方法包括以下步驟
(1)初步超濾乳清液在超濾器中濃縮至超濾膜的膜通量下降到初始膜通量的60% 80% ；
(2)補(bǔ)水洗濾向濃縮液中連續(xù)或間歇加入2 5倍濃縮液體積的去離子水，洗濾，得到濃縮液和透過(guò)液；
(3)制乳清蛋白粉將濃縮液，即濃縮乳清蛋白溶液，直接通過(guò)冷凍干燥、噴霧干燥或真空干燥得到蛋白質(zhì)質(zhì)量百分含量為70% 85%的乳清蛋白粉；
(4)精制乳糖粉透過(guò)液蒸發(fā)濃縮，加入濃縮后體積的O.6 I. 5倍的食品級(jí)乙醇，使乳糖沉淀，再經(jīng)冷水和食品級(jí)乙醇洗滌，干燥，得到純度>95%的乳糖粉。所述的乳清液為液態(tài)乳清液，或者甜乳清粉加水溶解而成的乳清溶液。所述的超濾器中采用的超濾膜為超濾膜包或中空纖維膜柱，截留分子量為5000 10000 Da。所述步驟(4)中蒸發(fā)濃縮為減壓蒸發(fā)、單效蒸發(fā)或雙效蒸發(fā)。所述步驟(4)中干燥采用半沸騰床式干燥機(jī)或氣流干燥機(jī)。實(shí)施例I (從甜乳清粉中制備乳清蛋白粉WPC 70和乳糖)
稱(chēng)取182. 9 g甜乳清粉，加水溶解至2 L，采用截留分子量為10000 Da，膜面積為O. 11m2的聚醚砜膜超濾，跨膜壓力O. 24 MPa，膜面流速36 L/h，超濾至膜通量為初始膜通量的80%，剩余濃縮液約為170 mL，開(kāi)始連續(xù)補(bǔ)水，補(bǔ)水速度大致等于超濾速度，維持濃縮液體積基本不變。共加入2. 6倍濃縮液體積(約450mL)的去離子水，得到2425 mL透過(guò)液和180mL濃縮液。將超濾濃縮液直接冷凍干燥，得到淡黃色乳清蛋白粉20. 49 g，蛋白含量(以干重計(jì))為73. 57%，乳糖含量為8. 45%，脂肪5. 01%,水分6. 31%，灰分4. 94%，主要金屬離子含量為鉀 733.5 mg/100g、鈉 357. I mg/100g、鈣 1022 mg/100g、鎂 86. 5 mg/100g、銅 I. 82mg/100g、鋅 1.67 mg/100g、錳 0. 13 mg/100g、鐵 4. 56 mg/100g，符合濃縮乳清蛋白 WPC 70的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(水分彡5. 0%、脂肪彡18. 0%、干基蛋白質(zhì)彡70%、灰分< 5%、乳糖彡2%)。超濾透過(guò)液經(jīng)90 ° C加熱30 min后，抽濾，濾過(guò)液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至200 mL，冷卻至室溫，加入食品級(jí)乙醇150 mL (最終體積分?jǐn)?shù)約43%)，抽濾，沉淀用200 mL預(yù)冷水洗滌，再用300 mL食品級(jí)乙醇洗滌，最后60 ° C烘箱干燥12 h，得到乳糖粉95. 55 g。乳糖粉的乳糖含量為96. 9%，蛋白含量為I. 31%，脂肪未檢測(cè)出，水分I. 35%，灰分I. 27%，主要金屬離子含量為鉀 109.9 mg/100g、鈉 32. 2 mg/100g、鈣 301. 8 mg/100g、鎂 25. 9 mg/100g、銅 0.15 mg/100g、鋅 0.12 mg/100g、錳 0.01 mg/100g、鐵 I.15 mg/100g。實(shí)施例2 (從乳清粉中提取濃縮乳清蛋白WPC 80)稱(chēng)取180. 6 g甜乳清粉，定容至2 L0洗濾操作條件大致同實(shí)施例1，只是超濾至膜通量為初始膜通量的60%時(shí)，剩余濃縮液約為170 mL，開(kāi)始補(bǔ)水約1500 mL (約濃縮液體積的
5倍)，最終得到了 3285 mL透過(guò)液和170 mL濃縮液。將超濾濃縮液冷凍干燥，得到淡黃色乳清蛋白粉14. 89 g，蛋白含量(以干重計(jì))為81. 74%，乳糖含量為I. 97%，脂肪4. 23%，水分7. 02%,灰分3. 85%，主要金屬離子含量為鉀470.4 mg/100g、鈉 233. 6 mg/100g、鈣 1117 mg/100g、鎂 86.O mg/100g、銅 I.32 mg/100g、鋅I. 10 mg/100g、猛O. 09 mg/100g、鐵5. 11 mg/100g，符合濃縮乳清蛋白WPC 80的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(水分彡5. 5%、脂肪彡8. 0%、干基蛋白質(zhì)彡80%、灰分彡5%、乳糖彡9%)。實(shí)施例3 (從超濾透過(guò)液中提取乳糖)
以實(shí)施例2中的超濾透過(guò)液3285 mL為原料，提取乳糖，具體操作大致同實(shí)施例1，只是透過(guò)液未經(jīng)加熱，過(guò)濾，直接旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至終體積為250 mL，沉淀乳糖所用食品級(jí)乙醇體積為380 mL (最終體積分?jǐn)?shù)約60%)，洗滌用預(yù)冷水增加至300 mL，最終得到白色乳糖粉75. 04 g，乳糖含量為97. 6%，蛋白含量為O. 38%，脂肪未檢測(cè)出，水分O. 59%。由于增加了洗滌用水，乳糖成色比實(shí)施例I中的更好，顏色更白。實(shí)施例4 (不補(bǔ)水超濾分離乳糖)
用去離子水配制10 g/L甜乳清粉溶液150 mL,于millipore超濾杯中，通過(guò)截留分子量為5000 Da的再生纖維素膜，在0.2 MPa氮?dú)庀鲁瑸V，超濾過(guò)程未加水。測(cè)定原料液、濃縮液和透過(guò)液中乳糖濃度分別為7.60 g/L、7. 53 g/L,7. 60 g/L。由于乳糖分子足夠小，可以自由穿梭膜孔，其穿過(guò)膜孔的方式為自由擴(kuò)散，驅(qū)動(dòng)力為濃度差，所以在不補(bǔ)水的情況下，超濾無(wú)法從原料中分離乳糖。實(shí)施例5 (間歇補(bǔ)水超濾分離乳糖)
用去離子水配制90 g/L甜乳清粉溶液50 mL,于millipore超濾杯中，通過(guò)10000 Da膜，在0. 2 MPa氮?dú)庀鲁瑸V60 min后，濃縮剩余19. 7 mL,按照1:2 (濃縮液補(bǔ)加水量)的比例，一次性補(bǔ)加去離子水39. 4 mL ;繼續(xù)超濾65 min，濃縮液體積為15. O mL，按照1:3的比例加水；47 min后，濃縮液為11.0 mL，按照1:4加水；繼續(xù)超濾40 min。四個(gè)階段的濃縮液和滲透液分別取樣測(cè)乳糖濃度，結(jié)果如表I
表1間歇補(bǔ)水各階段濃縮液和透過(guò)液中乳糖濃度
權(quán)利要求
1.一種由乳清同時(shí)制備乳清蛋白粉和乳糖粉的方法，其特征在于包括以下步驟 (1)初步超濾乳清液在超濾器中濃縮至超濾膜的膜通量下降到初始膜通量的60% 80% ； (2)補(bǔ)水洗濾向濃縮液中連續(xù)或間歇加入2 5倍濃縮液體積的去離子水，洗濾，得到濃縮液和透過(guò)液； (3)制乳清蛋白粉將濃縮液，即濃縮乳清蛋白溶液，直接通過(guò)冷凍干燥、噴霧干燥或真空干燥得到蛋白質(zhì)質(zhì)量百分含量為70% 85%的乳清蛋白粉； (4)精制乳糖粉透過(guò)液蒸發(fā)濃縮，加入濃縮后體積的O.6 I. 5倍的食品級(jí)乙醇，使乳糖沉淀，再經(jīng)冷水和食品級(jí)乙醇洗滌，干燥，得到純度>95%的乳糖粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種由乳清同時(shí)制備乳清蛋白和乳糖的方法，其特征在于所述的乳清液為液態(tài)乳清液，或者甜乳清粉加水溶解而成的乳清溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種由乳清同時(shí)制備乳清蛋白和乳糖的方法，其特征在于所述的超濾器中采用的超濾膜為超濾膜包或中空纖維膜柱，截留分子量為5000 10000Da0
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的由乳清同時(shí)制備乳清蛋白和乳糖的簡(jiǎn)便方法，其特征在于所述步驟(4)中蒸發(fā)濃縮為減壓蒸發(fā)、單效蒸發(fā)或雙效蒸發(fā)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的由乳清同時(shí)制備乳清蛋白和乳糖的簡(jiǎn)便方法，其特征在于所述步驟(4 )中干燥采用半沸騰床式干燥機(jī)或氣流干燥機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明屬于乳制品的生產(chǎn)技術(shù)，具體涉及一種由乳清同時(shí)制備乳清蛋白粉和乳糖粉的方法。主要步驟為(1)初步超濾將乳清液通過(guò)截留分子量為5000～10000Da的超濾膜；(2)補(bǔ)水超濾在膜通量下降到初始膜通量的60%～80%時(shí)，向濃縮液中連續(xù)補(bǔ)加2～5倍濃縮液體積的去離子水，獲得透過(guò)液和濃縮液；(3)制乳清蛋白粉超濾得到的濃縮液，干燥，得到乳清蛋白粉(WPC)；(4)精制乳糖粉超濾透過(guò)液經(jīng)蒸發(fā)濃縮，加入食品級(jí)乙醇至最終體積分?jǐn)?shù)為40～60%，收集沉淀，洗滌，干燥，即為乳糖。本發(fā)明以超濾為主要分離方法，同時(shí)制得高蛋白含量的乳清蛋白粉和高純度的乳糖粉，整個(gè)過(guò)程只添加去離子水和食品級(jí)乙醇，不添加額外鹽分及酸堿等物質(zhì)。
文檔編號(hào)A23J1/20GK102870952SQ20121034798
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月19日
發(fā)明者姚善涇, 杜巧燕, 俞祖勛, 林東強(qiáng) 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)