一種由乳清同時製備乳清蛋白粉和乳糖粉的方法
2024-01-26 05:39:15 3
專利名稱：一種由乳清同時製備乳清蛋白粉和乳糖粉的方法
技術領域：
本發明涉及一種由乳清液製備乳清蛋白粉和乳糖粉的方法，屬於乳品加工領域。
背景技術：
牛奶分離出酪蛋白製備奶酪後，剩餘溶液即為乳清液。乳清液作為副產物，其水含量高，運輸不便，經常通過噴霧乾燥等方法製成甜乳清粉。甜乳清粉中主要含有乳糖(約70%)和乳清蛋白(約10%)。乳糖是哺乳動物乳腺分泌的一種二糖，由一個葡萄糖和一個半乳糖縮合而成，有α和β兩種構象。乳糖產品基本都從乳清中提取，可以用於嬰兒食品、糖果、人造牛奶等，醫學上常用作矯味劑。由於我國居民中乳糖不耐受的發生率較高，因此通常需要將乳糖從乳品中分離出來。 乳清蛋白在牛奶中的含量僅為O. 7%，含有人體所需的全部8種必需胺基酸，且各胺基酸的比例恰當，幾乎與骨骼肌中胺基酸的組成比例完全一致，極易被人體利用，是最佳的蛋白質來源，能滿足不同群體和不同年齡段人群對健康和營養的需求。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)、乳過氧化酶、生長因子和許多生物活性因子及酶，這些物質均具有一定的生物活性，尤其適合於嬰幼兒食品。從價格相對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，具有良好的市場前景。中國專利CN 101926408 A採用微濾將牛奶簡單分成富含酪蛋白的濃縮液和成分均一的乳清透過液，簡化了乾酪用乳的標準化過程，然而未對乳清產品進行進一步的加工。中國專利CN 1606917 A公開了一種〃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%體積的無水乙醇，攪拌均勻，靜置30-60分鐘後過濾去除沉澱，然後在濾液中添加無水乙醇，使乙醇含量達到35%，繼續添加無水乙醇直至乙醇含量逐漸達到55%，攪拌均勻，靜置30-60分鐘後，3000-5000rpm離心，倒出上清液，所得沉澱即為乳清蛋白。中國專利CN 101367864 A中採用疏水作用層析和凝膠過濾層析分離乳清蛋白，層析過程中引入了硫酸銨、磷酸鹽緩衝液等陰陽離子，產生的廢液需處理後排放，分離介質昂貴，製備成本較高。中國專利CN 101731446 A中，以牛奶為原料製備乳清蛋白粉，先將牛奶通過O. Iμ m的膜微濾，透過液再經超濾，濃縮液即為乳清蛋白液，並未提及超濾膜的截留分子量和產品中蛋白質的含量。中國專利CN 101822309 A公開了一種採用中空纖維膜超濾生產乳清蛋白及其製品的生產方法，其產品中蛋白含量僅為15% 土 0.5%，無法達到濃縮乳清蛋白WPC 70 (蛋白含量彡70%)和WPC 80 (蛋白含量彡80%)的標準要求。中國專利CN 101491287 A中公開了一種同時分離乳清蛋白和乳糖的方法，其步驟如下先用網篩過濾器除去乳清中的奶酪顆粒，然後濃縮乳清，冷卻結晶並離心分離得到乳糖；離心的清液經微濾，超濾和納濾後得到乳清蛋白液，再濃縮、噴霧乾燥後得蛋白粉。未公開蛋白含量，且整個過程步驟較多，耗時較長。在現有專利公開的製備方法中，最終產品乳清蛋白中蛋白含量普遍較低，一般達不到濃縮乳清蛋白WPC的相關標準，不適用於嬰兒食品等的添加。本專利通過在超濾中增加補水這一簡單的操作流程，可以將蛋白含量提高至70%以上，同時避免了微濾、納濾等操作，流程簡便、產品質量好、生產成本低。本發明還提出了乙醇沉澱分離乳糖的新工藝，減少了傳統乳糖提取過程中的熱能損耗，並可同時製得高含量的乳糖產品。
發明內容
本發明的目的在於針對現有技術的缺陷，提供一種簡便、收率高、成本較低的由乳清同時製備乳清蛋白粉和乳糖粉的方法。 由乳清同時製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)補水洗濾向濃縮液中連續或間歇加入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，直接通過冷凍乾燥、噴霧乾燥或真空乾燥得到蛋白質質量百分含量為70% 85%的乳清蛋白粉；
(4)精製乳糖粉透過液蒸發濃縮，加入濃縮後體積的O.6 I. 5倍的食品級乙醇，使乳糖沉澱，再經冷水和食品級乙醇洗滌，乾燥，得到純度>95%的乳糖粉。所述的乳清液為液態乳清液，或者甜乳清粉加水溶解而成的乳清溶液。所述的超濾器中採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)中蒸發濃縮為減壓蒸發、單效蒸發或雙效蒸發。所述步驟(4)中乾燥採用半沸騰床式乾燥機或氣流乾燥機。本發明的有益效果如下
(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 )超濾過程工藝簡單，不添加無機鹽和其它加重環境汙染的物質。(3)超濾濃縮過程中，膜通量降低可分成三個階段由於溶劑中的細菌和微量膠體堵塞膜孔導致膜通量降低至初始膜通量的90%左右；之後因為濃差極化層的形成，膜通量降至初始的60%-80% ;隨著超濾繼續進行，膜孔道堵塞並在膜表面形成凝膠層，汙染嚴重時，膜通量僅為初始膜通量的20%以下。在第二階段轉至第三階段時(膜通量降至初始膜通量的60%_80%),開始補水，不僅可以使補水量最小，減少後續濃縮的處理量；還能提聞超濾的整體速度和效率；同時有效延長超濾膜的使用壽命。不同膜出現轉折點(即超濾速度明顯下降的點)的時間與操作條件和膜特性有關，需分別考察。(4)乳糖精製過程中，採用乙醇沉澱法取代常用的結晶法，降低能耗，提高了分離速度。洗滌乳糖用預冷水代替酸性水，降低影響產品質量的風險和減輕汙水處理量。分離和洗滌乳糖過程中使用的食品級乙醇可以回收利用。
圖I是本發明中濃縮乳清蛋白和乳糖的分離工藝流程 圖2是實施例I和實施例2製備的濃縮乳清蛋白粉WPC 70 (蛋白質含量>70%)和WPC80 (蛋白質含量>80%)的凝膠電泳圖片；
圖3是實施例I和實施例2製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。
具體實施例方式由乳清同時製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)補水洗濾向濃縮液中連續或間歇加入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，直接通過冷凍乾燥、噴霧乾燥或真空乾燥得到蛋白質質量百分含量為70% 85%的乳清蛋白粉；
(4)精製乳糖粉透過液蒸發濃縮，加入濃縮後體積的O.6 I. 5倍的食品級乙醇，使乳糖沉澱，再經冷水和食品級乙醇洗滌，乾燥，得到純度>95%的乳糖粉。所述的乳清液為液態乳清液，或者甜乳清粉加水溶解而成的乳清溶液。所述的超濾器中採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)中蒸發濃縮為減壓蒸發、單效蒸發或雙效蒸發。所述步驟(4)中乾燥採用半沸騰床式乾燥機或氣流乾燥機。實施例I (從甜乳清粉中製備乳清蛋白粉WPC 70和乳糖)
稱取182. 9 g甜乳清粉，加水溶解至2 L，採用截留分子量為10000 Da，膜面積為O. 11m2的聚醚碸膜超濾，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%，剩餘濃縮液約為170 mL，開始連續補水，補水速度大致等於超濾速度，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透過液和180mL濃縮液。將超濾濃縮液直接冷凍乾燥，得到淡黃色乳清蛋白粉20. 49 g，蛋白含量(以乾重計)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的相關標準(水分彡5. 0%、脂肪彡18. 0%、幹基蛋白質彡70%、灰分< 5%、乳糖彡2%)。超濾透過液經90 ° C加熱30 min後，抽濾，濾過液經旋轉蒸發濃縮至200 mL，冷卻至室溫，加入食品級乙醇150 mL (最終體積分數約43%)，抽濾，沉澱用200 mL預冷水洗滌，再用300 mL食品級乙醇洗滌，最後60 ° C烘箱乾燥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。實施例2 (從乳清粉中提取濃縮乳清蛋白WPC 80)稱取180. 6 g甜乳清粉，定容至2 L0洗濾操作條件大致同實施例1，只是超濾至膜通量為初始膜通量的60%時，剩餘濃縮液約為170 mL，開始補水約1500 mL (約濃縮液體積的
5倍)，最終得到了 3285 mL透過液和170 mL濃縮液。將超濾濃縮液冷凍乾燥，得到淡黃色乳清蛋白粉14. 89 g，蛋白含量(以乾重計)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的相關標準(水分彡5. 5%、脂肪彡8. 0%、幹基蛋白質彡80%、灰分彡5%、乳糖彡9%)。實施例3 (從超濾透過液中提取乳糖)
以實施例2中的超濾透過液3285 mL為原料，提取乳糖，具體操作大致同實施例1，只是透過液未經加熱，過濾，直接旋轉蒸發濃縮至終體積為250 mL，沉澱乳糖所用食品級乙醇體積為380 mL (最終體積分數約60%)，洗滌用預冷水增加至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%，脂肪未檢測出，水分O. 59%。由於增加了洗滌用水，乳糖成色比實施例I中的更好，顏色更白。實施例4 (不補水超濾分離乳糖)
用去離子水配製10 g/L甜乳清粉溶液150 mL,於millipore超濾杯中，通過截留分子量為5000 Da的再生纖維素膜，在0.2 MPa氮氣下超濾，超濾過程未加水。測定原料液、濃縮液和透過液中乳糖濃度分別為7.60 g/L、7. 53 g/L,7. 60 g/L。由於乳糖分子足夠小，可以自由穿梭膜孔，其穿過膜孔的方式為自由擴散，驅動力為濃度差，所以在不補水的情況下，超濾無法從原料中分離乳糖。實施例5 (間歇補水超濾分離乳糖)
用去離子水配製90 g/L甜乳清粉溶液50 mL,於millipore超濾杯中，通過10000 Da膜，在0. 2 MPa氮氣下超濾60 min後，濃縮剩餘19. 7 mL,按照1:2 (濃縮液補加水量)的比例，一次性補加去離子水39. 4 mL ;繼續超濾65 min，濃縮液體積為15. O mL，按照1:3的比例加水；47 min後，濃縮液為11.0 mL，按照1:4加水；繼續超濾40 min。四個階段的濃縮液和滲透液分別取樣測乳糖濃度，結果如表I
表1間歇補水各階段濃縮液和透過液中乳糖濃度
權利要求
1.一種由乳清同時製備乳清蛋白粉和乳糖粉的方法，其特徵在於包括以下步驟 (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)補水洗濾向濃縮液中連續或間歇加入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，直接通過冷凍乾燥、噴霧乾燥或真空乾燥得到蛋白質質量百分含量為70% 85%的乳清蛋白粉； (4)精製乳糖粉透過液蒸發濃縮，加入濃縮後體積的O.6 I. 5倍的食品級乙醇，使乳糖沉澱，再經冷水和食品級乙醇洗滌，乾燥，得到純度>95%的乳糖粉。
2.根據權利要求I所述的一種由乳清同時製備乳清蛋白和乳糖的方法，其特徵在於所述的乳清液為液態乳清液，或者甜乳清粉加水溶解而成的乳清溶液。
3.根據權利要求I所述的一種由乳清同時製備乳清蛋白和乳糖的方法，其特徵在於所述的超濾器中採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.根據權利要求I所述的由乳清同時製備乳清蛋白和乳糖的簡便方法，其特徵在於所述步驟(4)中蒸發濃縮為減壓蒸發、單效蒸發或雙效蒸發。
5.根據權利要求I所述的由乳清同時製備乳清蛋白和乳糖的簡便方法，其特徵在於所述步驟(4 )中乾燥採用半沸騰床式乾燥機或氣流乾燥機。
全文摘要
本發明屬於乳製品的生產技術，具體涉及一種由乳清同時製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截留分子量為5000～10000Da的超濾膜；(2)補水超濾在膜通量下降到初始膜通量的60%～80%時，向濃縮液中連續補加2～5倍濃縮液體積的去離子水，獲得透過液和濃縮液；(3)制乳清蛋白粉超濾得到的濃縮液，乾燥，得到乳清蛋白粉(WPC)；(4)精製乳糖粉超濾透過液經蒸發濃縮，加入食品級乙醇至最終體積分數為40～60%，收集沉澱，洗滌，乾燥，即為乳糖。本發明以超濾為主要分離方法，同時製得高蛋白含量的乳清蛋白粉和高純度的乳糖粉，整個過程只添加去離子水和食品級乙醇，不添加額外鹽分及酸鹼等物質。
文檔編號A23J1/20GK102870952SQ20121034798
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月19日 優先權日2012年9月19日
發明者姚善涇, 杜巧燕, 俞祖勳, 林東強 申請人:浙江大學