CN101491287B - 从乳清中提取乳糖和乳清蛋白的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于乳制品的生产技术，具体涉及一种从乳清中提取乳糖和乳清蛋白及生产配方奶粉的方法。本发明采用微滤膜对乳清进行预处理，即可以达到脱除乳清中脂肪的作用，降低昂贵的奶油分离机的投资；同时又可以净化乳清，提高超滤膜的使用寿命，提高膜的运行时间，减少投资和运行成本。另外，本发明利用微滤结合超滤技术从乳清水中浓缩乳清蛋白后，直接与配方奶粉的其他成分混合，减少了乳清蛋白的二次热处理，节约能源、保护和稳定乳清蛋白。

Description

从乳清中提取乳糖和乳清蛋白的方法

技术领域

本发明属于乳制品的生产技术，具体涉及一种从乳清中提取乳糖和乳清蛋白及生产配方奶粉的方法。 

背景技术

乳清主要是生产干酪所得到的一种副产品。每生产1吨干酪，大约就有8～9吨的乳清排出，乳清中大约有6％的干物质，占原料乳总干物质的一半，其中乳糖的含量占干物质的70％以上，乳清蛋白占牛乳总蛋白的20％，牛乳中所含的维生素和矿物质大多在乳清中。 

乳糖和乳清蛋白是比较珍贵的食品原料。在欧美等乳品发达国家，一个小规模的干酪生产厂，一天就要生产30余吨的硬质干酪，每天将排出2～3百吨的乳清废液，这样大量的富有营养价值的乳清处理问题，需要综合考虑。在中国，同样面临着乳清的处理问题。从国外进口乳清处理设备价格昂贵，每日处理量达到500吨才能维持设备运行的固定成本，对于日产量100吨以下乳清的处理在国内外还未见详细的、适宜的解决办法。另外，近二、三十年，超滤和反渗透膜技术等新技术的发展和应用，使乳清的综合利用和开发取得了很大的进步。这些方法主要用于分离和开发提取乳清中的乳清蛋白、乳糖等营养成分。膜技术主要的问题是浓差极化和孔径的堵塞，使用时间短，停机清洗频繁。同时在国内还没有成熟的膜工艺组合技术应用在乳清的处理中。美国专利采用先对乳清进行除大颗粒杂质预处理后，进行超滤，然后对超滤透过液体使用碱调整pH为7-10后，进行加热处理，沉淀盐分、过滤除去沉淀后，再对过滤透过液体浓缩到50％～60％， 乳糖结晶后，分离提取乳糖，结晶的乳糖采用酸性水来清洗。还有以阴阳离子交换树脂来除去乳清中的一价和二价的离子，然后再采用纳滤和电渗析来脱盐，在脱盐和膜处理之间采用低pH2-3.0热处理，过滤除掉沉淀，然后浓缩乳清生产乳清粉。但是过多的加热处理导致乳糖的颜色褐变，乳清蛋白变性被过滤掉，降低了乳清蛋白的利用率。采用奶油离心分离机来脱除乳清中的脂肪，不能达到完全脱脂的目的，脂肪与蛋白的复合物沉积在超滤膜上，降低超滤膜的膜通量。还有直接对乳清采用超滤技术处理，更容易对超滤膜产生污染，降低超滤膜的使用寿命。 

乳清蛋白是制造婴幼儿配方奶粉的重要原料，由于国内奶酪的产量较低，没有企业生产食品用的乳清粉及乳清蛋白粉，一般都从国外进口乳清粉、乳清蛋白粉及乳糖来制作配方奶粉，受国外的制约较大。随着国内奶酪市场的扩大，奶酪的副产品乳清的产量越来越多，有的企业采取直接排放的方式，污染环境，有的企业由于缺少资金不能投资乳清脱盐项目，直接将乳清干燥成高盐乳清粉，只能用于饲料使用。 

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种产量高、投资和运行成本小的从乳清中提取乳糖和乳清蛋白及生产配方奶粉的方法。 

本发明的技术方案如下：一种从乳清中提取乳糖和乳清蛋白的方法，包括如下步骤： 

(1)将干酪生产过程排出的新鲜乳清，经网筛过滤器除去乳清中的奶酪颗粒； 

(2)对过滤后的乳清进行巴氏杀菌； 

(3)通过使用0.1～1微米孔径的微滤膜对乳清进行微滤处理后， 对微滤截留产物进行浓缩； 

(4)对浓缩产物进行喷雾干燥，制成蛋白粉； 

(5)微滤透过液经浓缩后，冷却待乳糖结晶，对乳糖进行离心分离。 

如上所述的从乳清中提取乳糖和乳清蛋白的方法，其中，步骤(3)中对微滤截留产物进行浓缩的方法可以为采用多效蒸发器蒸发法，或采用纳滤膜纳滤法，或反渗透法。 

如上所述的从乳清中提取乳糖和乳清蛋白的方法，其中，步骤(5)中对乳糖进行离心处理后，采用0～4度的反渗透水或软化水在线喷洒、清洗乳糖。 

如上所述的从乳清中提取乳糖和乳清蛋白的方法，其中，对步骤(5)产生的乳糖分离母液进行超滤脱盐，喷雾干燥，制成蛋白粉。 

一种从乳清中提取乳糖和乳清蛋白的方法，包括如下步骤： 

(1)将干酪生产过程排出的新鲜乳清，经网筛过滤器除去乳清中的奶酪颗粒； 

(2)对过滤后的乳清进行巴氏杀菌； 

(3)对乳清进行浓缩，冷却待乳糖结晶后，对乳糖进行离心分离； 

(4)通过使用0.1～1微米孔径的微滤膜对离心透过液进行微滤处理，然后对微滤透过液进行超滤处理； 

(5)将超滤浓缩产物喷雾干燥，制成蛋白粉。 

如上所述的从乳清中提取乳糖和乳清蛋白的方法，其中，步骤(3)中对乳清进行浓缩的方法可以采用单效或多效蒸发器蒸发法，或者采用纳滤膜纳滤附加单效蒸发器蒸发法。 

如上所述的从乳清中提取乳糖和乳清蛋白的方法，其中，步骤(3) 中浓缩后的浓缩产物的固型物质量含量为50％～60％。 

如上所述的从乳清中提取乳糖和乳清蛋白的方法，其中，对步骤(3)中分离出的乳糖采用0～4度的反渗透水进行清洗，清洗的过程采用边离心边喷洒反渗透水的方法，对得到的乳糖进行干燥，干燥后粉碎到指定的颗粒度。 

一种利用分离到的乳清蛋白浓缩液和乳糖生产配方奶粉的方法，包括如下步骤： 

(1)将干酪生产过程排出的新鲜乳清，经网筛过滤器除去乳清中的奶酪颗粒； 

(2)对过滤后的乳清进行巴氏杀菌，在73～85度温度下进行15秒热处理； 

(3)通过使用0.1～1微米孔径的微滤膜对乳清进行微滤处理后，对微滤透过液进行超滤处理； 

(4)对超滤透过液进行浓缩，冷却待乳糖结晶后，对乳糖进行离心分离； 

(5)将超滤浓缩液与鲜牛奶进行混合，调整增加乳清蛋白的含量，使乳清蛋白与酪蛋白的质量比值大于6∶4； 

(6)将与鲜牛奶混合后的乳清蛋白液与分离得到的含水乳糖以及其它辅料进行混合，浓缩后进行喷雾干燥，制成配方奶粉。 

如上所述的利用分离到的乳清蛋白浓缩液和乳糖生产配方奶粉的方法，其中，步骤(6)中所述的辅料包括玉米油、精炼大豆油、麦芽糊精、维生素、微量元素、DHA、AA、核苷酸、金枪鱼油。 

本发明的有益效果如下： 

(1)采用微滤处理样品，提高超滤膜的膜通量，减轻膜污染的 程度。在采用0.1微米孔径的微滤膜处理乳清后，2540中空纤维超滤膜的平均通量增加20％～50％。 

(2)采用反渗透水来清洗乳糖，不使用酸性水来清洗乳糖，工艺简单，可以减轻外带入的阴阳离子，简化后续处理工艺。 

(3)对超滤透过液不采用加热处理的方法来除去蛋白质和金属离子，也不用金属螯合剂来提高金属盐离子的溶解性。 

(4)对乳清采用微滤、超滤和纳滤结合的方式来处理，所选用的微滤膜为PVDF和聚砜膜，超滤选用聚砜和PVDF材料；选用内压或外压中空纤维膜。本方法避免了乳清蛋白的变性，保证乳清蛋白不变性，提高了蛋白的回收利用率。 

(5)对除去大颗粒杂质后的乳清经过巴氏杀菌、浓缩后，直接分离乳糖结晶，再对分离的液体进行微滤、超滤处理。乳清浓缩之前不需经过调pH到酸性条件后加热沉淀蛋白处理。 

(6)本发明利用微滤结合超滤技术从乳清水中浓缩乳清蛋白后，直接与配方奶粉的其他成分混合，减少了乳清蛋白的二次热处理，节约能源、保护和稳定乳清蛋白。 

具体实施方式

实施例1(从乳清中提取乳糖和乳清蛋白的方法) 

乳清过滤除去奶酪颗粒、预处理-->巴氏杀菌-->单、多效浓缩-->冷却、乳糖结晶-->乳糖离心分离-反渗透水清洗--乳糖干燥。 

离心透过液-->微滤处理-->超滤脱盐-->喷雾干燥-->蛋白粉-->包装。 

干酪生产过程排出的新鲜乳清，首先经过各种网筛过滤器，以除去悬浮在乳清中的酪蛋白细粒，脱脂或不脱脂、直接浓缩，浓缩的方法采用单效或多效蒸发器或纳滤加单效蒸发器浓缩到50％～60％固型 物后，冷却到4～20度，缓慢搅拌6转/分钟，放置1～7个小时。离心分离乳糖，对分离出的乳糖采用0～4度的反渗透水(即经反渗透水处理设备处理后的纯水)来进行清洗，清洗的过程采用边离心边喷洒反渗透水的方法，得到的乳糖采用特定的专用干燥设备来干燥，干燥后粉碎到指定的颗粒度。 

对于离心出来的清液采用0.1～1微米孔径的微滤膜处理，然后对微滤透过液体采用超滤的方法来截留乳清蛋白质。采用多效蒸发器浓缩到固型物为45％～55％喷雾干燥成蛋白粉。 

超滤和纳滤工艺过程为公知技术，超滤的操作压力为0.05～0.08MPa，纳滤工艺的操作压力在设备运行前10分钟内采用0.5MPa，然后调整到1～1.5MPa，浓缩液体的流量比透过液的流量大5-15倍。 

实施例2(从乳清中提取乳糖和乳清蛋白的方法) 

乳清过滤除去奶酪颗粒-->巴氏杀菌-->微滤-->浓缩液采用多效蒸发器浓缩-->喷雾干燥-->蛋白粉-->包装。 

微滤渗透液经单、双效浓缩-->乳糖结晶-->乳糖分离干燥。 

乳糖分离母液经-->超滤脱盐-->喷雾干燥-->蛋白粉-->包装。 

乳清经PVDF微滤膜处理后采用多效蒸发器蒸发的方法(二效、三效、四效、七效)、或纳滤、或反渗透的方法来浓缩乳清。浓缩到固型物达到45％～65％后，冷却、乳糖结晶后，分离乳糖，乳糖分离采用旋转转筒(转速为600～1600转/分钟)，转筒上有孔来允许乳清浓缩上清液体透过，使用300～1000目的滤布或300～1000目的不锈钢滤网衬在转鼓内部来截住乳糖结晶体。离心处理后，采用0～4度的反渗透水(或软化水)在线喷洒、清洗乳糖，不使用酸性水来洗涤乳糖。 

分离出来的乳糖采用干燥设备来进行干燥，干燥后进行粉碎得到 标准规定的目数。离心分离到的蛋白和盐分的浓缩液再采用超滤的办法脱盐。截留的蛋白部分直接进行浓缩后、干燥成乳清蛋白粉。 

对于离心出来的上清液采用分子量为6000的超滤膜设备提取乳清蛋白。操作压力为0.08～0.15MPa。超滤透过液，采用纳滤来浓缩到原液体的4倍，并脱除部分盐分，浓缩部分经浓缩到40％-50％的浓度后，喷雾干燥得到低分子量的乳清蛋白粉。 

超滤、纳滤和反渗透的工艺过程为公知技术，超滤的操作压力为0.05～0.08MPa，纳滤工艺的操作压力在设备运行前10分钟内采用0.5MPa，然后调整到1～1.5MPa，浓缩液体的流量比透过液的流量大5-15倍。 

实施例3(从乳清中提取乳糖和乳清蛋白的方法) 

乳清过滤除去奶酪颗粒-->巴氏杀菌-->微滤处理-->浓缩液-->多效蒸发器蒸发浓缩或结合纳滤膜浓缩-->喷雾干燥-->蛋白粉-->包装。 

微滤渗透液经超滤膜处理得到超滤浓缩液，超滤浓缩液采用多效蒸发器或结合纳滤、反渗透进行浓缩，浓缩到固型物含量为45％～55％时，喷雾干燥成蛋白粉。 

超滤的透过液采用纳滤膜或不采用纳滤膜处理，然后采用多效蒸发器浓缩的方法浓缩到45％～65％-->冷却到4～20度-->乳糖结晶-->乳糖分离干燥。 

乳糖分离母液经纳滤膜处理后与超滤透过液混合，浓缩、结晶、分离乳糖。 

乳清经0.1～1微米孔径的微滤处理后，微滤透过液不经过浓缩，继续进行超滤处理得到超滤浓缩液，超滤的压力选择0.08～0.15MPa，浓缩液固型物含量为14％～25％，浓缩液经多效蒸发器(或结合纳滤)浓缩到固型物浓度为45％～55％，浓缩温度60～80度，喷雾干燥，进 风温度在150～190度，出风温度在70～85度。对超滤透过液体不采用高温和调pH值到中性的方法来清除钙、镁等盐分，而是采用直接浓缩超滤透过液到45％～60％浓度、冷却到4～10度，放到结晶缸中，结晶乳糖后，离心分离乳糖，对分离出的乳糖采用0～4度的反渗透水(或软化水)来进行清洗，清洗的过程采用边离心边喷洒反渗透水的方法，得到的乳糖采用特定的专用干燥设备来干燥，干燥后粉碎到指定的颗粒度。在采用升降膜多效蒸发器浓缩乳清超滤透过液之前，可以采用纳滤来浓缩到原液体的4倍，然后使用多效升降膜蒸发器浓缩乳清超滤透过液到45～65％浓度。 

超滤、纳滤和反渗透工艺过程为公知技术，超滤的操作压力为0.05～0.08MPa，纳滤工艺的操作压力在设备运行前10分钟内采用0.5MPa，然后调整到1～1.5MPa，浓缩液体的流量比透过液的流量大5-15倍。 

实施例4(利用分离到的乳清蛋白浓缩液和乳糖生产配方奶粉的方法) 

本发明采用从乳清中直接分离乳清蛋白液体和乳糖粉(水分低于15％)，然后将该乳糖和乳清蛋白液体与鲜牛奶、维生素、微量元素、糊精、大豆油、玉米油、DHA、AA、核苷酸等按照配方比例来混合，经过浓缩、喷雾干燥、生产配方奶粉。 

乳清经过净化过滤除掉微小奶酪等大颗粒后，乳清经0.1～1微米孔径的微滤膜处理后，微滤透过液不经过浓缩，继续进行超滤处理得到超滤浓缩液，乳清蛋白质含量为3.75％，此浓缩液与鲜牛奶按比例混合，调整增加乳清蛋白的含量，使乳清蛋白与酪蛋白的质量比例大于6∶4。配方奶粉中酪蛋白加乳清蛋白的总蛋白含量在10％～25％之间，脂肪在15％～25％之间、乳糖对0～6月的婴儿大于总碳水化合 物的90％，对于中老年、中小学生、孕妇、以及其他营养强化奶粉中乳糖不作为重要指标。超滤透过液体采用多效蒸发器浓缩，固型物达到50％以上后，冷却到4～20度的结晶缸中，结晶乳糖后，离心分离乳糖，对分离出的乳糖采用0-4度的反渗透水(或软化水)来进行清洗，清洗的过程采用边离心边喷洒反渗透水(或软化水)的方法，得到的乳糖含水量小于10％，该乳糖与超滤分离到的乳清蛋白液体、配方奶粉其他原辅料一起混合，辅料包括鲜牛奶1000-2500公斤，玉米油80-120公斤、精炼大豆油30-50公斤、麦芽糊精0-235公斤、金枪鱼油DHA1-3公斤、二十二碳四烯酸AA1-5公斤、乳清蛋白浓缩液630-1200公斤，乳糖300-600公斤，维生素、微量元素、核苷酸根据特定配方添加。其中乳清浓缩液体的蛋白质浓度为10％-20％，灰分0.1-0.3％。然后使用多效升降膜蒸发器浓缩45％～65％浓度，浓缩温度60～80度，喷雾干燥成配方奶粉。喷雾干燥的进风温度在150-190度，出风温度在70-85度。 

该方法还可以生产出配方奶粉的基础奶粉，用来进行干混制作配方奶粉。基础奶粉中乳清蛋白与酪蛋白的比例大于60％(乳清蛋白比酪蛋白多)，总蛋白15％～65％、脂肪含量在15％～50％，乳糖含量在20％～60％，灰分＜3％。如果采用乳清蛋白粉和干燥的乳糖粉作为原料，所生产的婴儿配方奶粉过程中，乳清蛋白和乳糖要经过两次加热，同时由于混料的浓度高，每5吨的混料量还要补充600公斤的水来稀释，否则将引起乳清蛋白质变性。所加入的600公斤水分还要耗费热能源来蒸发出去。在成本比较上，采用本发明方法比常规采用乳清粉的方法减少30％-50％。 

Claims (1)

1.一种从乳清中提取乳糖和乳清蛋白的方法，包括如下步骤：

(1)将干酪生产过程排出的新鲜乳清，经网筛过滤器除去乳清中的奶酪颗粒；

(2)对过滤后的乳清进行巴氏杀菌；

(3)通过使用0.1～1微米孔径的PVDF微滤膜对乳清进行微滤处理后，对微滤截留产物采用多效蒸发器进行浓缩得到浓缩液；对微滤渗透液转步骤(5)处理；

(4)对步骤(3)得到的浓缩液进行喷雾干燥，制成蛋白粉；

(5)微滤渗透液经单、双效浓缩到固形物达到45％～65％后，冷却待乳糖结晶后，采用转速为600～1600转/分钟的旋转转筒进行离心分离得到乳糖，旋转转筒上有孔来允许乳清浓缩上清液体透过，使用300～1000目的滤布或300～1000目的不锈钢滤网衬在转鼓内部来截住乳糖结晶体，离心处理后，再采用0～4度的反渗透水或软化水在线喷洒、清洗乳糖；

对于离心出来的上清液采用分子量为6000的超滤膜设备提取乳清蛋白，操作压力为0.08～0.15MPa；

超滤透过液采用纳滤来浓缩到原液体的4倍，并脱除部分盐分，浓缩部分经浓缩到40％-50％的浓度后，喷雾干燥，得到低分子量的乳清蛋白粉；

超滤、纳滤和反渗透的工艺过程为公知技术，超滤的操作压力为0.05～0.08MPa，纳滤工艺的操作压力在设备运行前10分钟内采用0.5MPa，然后调整到1～1.5MPa，浓缩液体的流量比透过液的流量大5-15倍。