CN102159097B - 过滤乳的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及增加乳中的蛋白质浓度，特别是增加乳中的蛋白质浓度并降低矿物质含量的工业规模的方法。
Description
技术领域
本发明涉及用于增加乳中的蛋白质浓度，特别是增加乳中的蛋白质浓度并降低矿物质含量的工业规模的方法。
背景技术
为制备营养组合物，优选以浓缩乳蛋白质的形式使用乳蛋白质。一般用超滤法制备所述浓缩乳蛋白质。优选通过降低磷和/或钙的含量来改善浓缩乳蛋白质的质量。敏感人群的食物中高含量的磷会引发问题，例如肾脏问题或骨健康问题。在工业规模的方法中将渗透通量保持高水平以确保足够的生产率非常重要。因此，超滤膜的污染特别不利。
EP 0467482描述了通过超滤含有溶解的乳蛋白质的乳衍生物来制备乳蛋白质分离物的方法，所述方法包括在3至4的pH下超滤未预热或至多低温巴氏杀菌的脱脂乳或者脱脂乳与含乳清溶液的混合物，接着将滞留物进行渗滤，然后将pH升高至基本处于中性范围内的值，在此pH值下继续进行超滤直到滞留物中的固体含量为至少15％，特别是约20％。
St-Gelais et al.，J.Dairy Sci.75，1167-1172(1992)描述了温度、酸化和渗滤对超滤过程中的脱脂乳滞留物和透过物的组分的组合作用。
WO 00/51440描述了一种用于处理近似中性的液体乳组合物包括乳蛋白质浓缩物以及乳加添加的乳清的方法，所述方法是选择一种碱将pH调高、加热、冷却，选择一种酸将pH调低，然后进行超滤，并且在更优选的方法中，再将处理过的组合物进行渗滤。
发明内容
本发明人找到一种用于过滤提供乳蛋白质的乳的方法，所述乳蛋白质可有利地用在医用营养制品中。所得乳蛋白质制品在用在营养制品中时导致较小的粘度增加。低粘度非常符合需要，因为低粘度会增加所述营养制品的适应性和/或用户接受度。此外，除了蛋白质的优良质量，本发明的方法还有利地降低了钙和/或磷的浓度并且减少了对超滤膜的污染。
本发明的过滤乳的方法包括以下步骤：
a.将乳的pH调节至5.9至6.3。
b.孵育步骤a.得到的乳。
c.调节步骤b.得到的乳的pH至6.4至7.0。
d.将步骤c.得到的乳进行超滤处理。
所述方法优选通过获取或回收滞留物来完成。
使用这种其中优选地仅在临超滤前升高pH的方法提供了具有较低粘度、低钙和/或磷含量并且不污染超滤膜的乳蛋白质浓缩物。
不欲囿于任何理论，发明人相信通过超滤已在较低pH下孵育过的且具有较高pH的乳，磷盐例如磷酸钙尚未重新形成，从而提高了磷和/或钙的除去并且减少了膜的污染。同时，得到了具有低粘度所导致性质的乳蛋白质。
具体实施方式
在本发明的超滤(UF)法中，通过对乳施加压力迫使水和低分子量组分(特别是矿物质和乳糖)穿过多孔膜过滤器同时保留高分子量组分(特别是蛋白质)来浓缩乳蛋白质。穿过膜的物质被称作透过物而没有穿过膜的物质被称作滞留物。在本发明的过滤方法的一个优选实施方案中起始材料是脱脂乳，更优选牛脱脂乳。
本发明具体地涉及一种用于制备乳蛋白质浓缩物的方法，所述方法包括以下步骤：
a.将乳的pH降低至5.9至6.3；
b.将步骤a.得到的乳孵育1-20小时；
c.将步骤b.得到的乳的pH升高至6.4至7.0；
d.在2小时内将步骤c.得到的乳进行超滤处理；
e.获取滞留物。
调节pH
在本发明的方法中，将乳的pH降低至微酸性，即降低至5.9至6.3的pH值。重要的是不将pH降低至约3至4。如此低的pH导致不良作用，特别是当以工业规模处理乳时。溶液的pH超过等电点——这可导致蛋白质凝结和对蛋白质结构的不合需要的修饰——从而导致粘性增加。优选地，用一种酸或者多种酸和/或其盐的混合物降低pH。在一个实施方案中用至少一种选自以下的酸来降低pH：柠檬酸、苹果酸、乳酸、乙酸、磷酸、葡糖酸、葡萄糖酸-δ-内酯(glucono-delta-lactone)和/或盐酸。pH降低至较低值例如3至4的另一个缺点是需要较大量的酸并且需要使用较大量的氢氧化物或弱酸的盐来使pH升高到基本处于中性范围内的值(如果需要的话)。这些步骤导致蛋白质制品在最终蛋白质浓缩物中含有不合需要的高水平的阳离子和阴离子。
本发明的5.9至6.3的pH范围被发现是最理想的，具体地是因为在高于6.3的pH下钙和磷不能充分地溶解而在低于5.9的pH下蛋白质的凝结变得可见并且在甚至更低的pH下出现不可逆的粘性升高。
孵育
在下一步骤中，将具有低至约5.9至6.3的pH的乳孵育约30分钟至约20小时，优选约1小时至约12小时。可将乳静置或轻微搅动，例如摇动或搅拌。在一个实施方案中在室温下进行孵育。但是优选避免在适于致病细菌在乳中生长的温度下孵育，例如优选避免在25℃至37℃的温度下孵育。因此优选在低于25℃或高于37℃的温度下进行孵育。在一个优选的实施方案中进行孵育的温度为约40℃或高于约40℃，或者约45℃或高于约45℃，或者约50℃或高于约50℃，或者甚至更高的温度例如约55℃或约60℃。优选约50℃的温度。在另一个优选的实施方案中进行孵育的温度低于室温，例如约20℃或低于约20℃，或者约15℃或低于约15℃，或者约10℃或低于约10℃。优选约8℃或低于8℃的温度。因此孵育步骤优选在1至10℃或40℃至60℃的温度下进行。
升高pH
降低pH和孵育之后，将pH升高至6.4至7.0。优选在临超滤前升高pH。为进一步减少膜污染，优选将pH升高至6.6至7.0。然后优选在升高pH后的2小时内，更优选1小时内对乳进行超滤步骤处理。理想的是使升高pH和将乳进行超滤步骤之间处理的时间较短，因为这样会提高钙和/或磷的除去。在一个实施方案中，在步骤c.中通过加入选自以下的物质升高pH：水、氢氧化钠、氢氧化钾、柠檬酸钠、柠檬酸钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠和碳酸氢钾。
超滤
在升高pH之后，对乳进行超滤(UF)步骤处理。用于本发明的UF步骤的多孔膜过滤器优选具有低于100000道尔顿，更优选在5000至30000道尔顿之间，最优选在15000至25000道尔顿之间的分子量截止值。这与本发明的pH范围相结合共同保证了最佳的流动、最佳的钙和/或磷浓度降低，同时提供了充分的蛋白质回收。
如已述及的，在UF步骤中乳蛋白被浓缩。优选通过本发明的UF将乳蛋白质浓缩至浓度为起始乳的2至6倍。
在一个优选的实施方案中在限制致病细菌生长的温度下进行UF步骤。因此优选在1至10℃之间或40至60℃之间的温度下进行UF步骤。在一个优选的实施方案中，在相同的温度下进行孵育步骤和UF步骤。
在一个优选的实施方案中先将本发明的方法使用的乳进行稀释，然后再进行超滤。稀释会提高钙、磷和/或乳糖水平的降低。优选用15-120重量％的水性溶液稀释乳，例如在一个优选的实施方案中使用水、优选自来水稀释乳，然后进行超滤，其中所述重量％基于乳的总重量计。进行UF处理的乳优选具有1g/100ml至3.6g/100ml的蛋白质浓度。在一个优选的实施方案中，稀释与本发明方法的升高pH的步骤c.同时进行。
在一个实施方案中，超滤步骤包括渗滤步骤。渗滤(DF)是与UF相似的过滤过程。在本发明的背景下，渗滤被认为是一种特殊类型的超滤。在DF步骤中，以与移除透过物相同或大致相同的速率向浓缩的滞留物中加入水或其他稀释剂。因此，在渗滤的过程中滞留物的体积可不变化太多，但是持续地将滞留物中的低分子量物质从高分子量物质中移除。纳入渗滤步骤会提高磷、钙和/或乳糖的除去。
后续处理
在一个实施方案中本发明的方法还包括巴氏杀菌、蒸发浓缩、喷雾干燥和/或转鼓式干燥步骤中一个或多个。
使用本发明的方法得到的组合物——滞留物尤其适用于制备营养组合物，优选具有高蛋白质含量的营养组合物，更优选用于制备每100ml含有3至12克蛋白质并含有碳水化合物和脂肪的组合物。这些营养组合物会因使用通过本发明方法制备的蛋白质浓缩物而受益于低粘度。
在一个实施方案中，将由本发明的方法获得的组合物——具体而言是滞留物——喷雾干燥。
蛋白质组合物
由本发明的方法得到的组合物——具体而言是滞留物——包含的乳蛋白质的浓度优选为8g/100ml至24g/100ml，更优选10g/100ml至20g/100ml，最优选15g/100ml至17g/100ml。由本发明的方法得到的组合物——具体而言是滞留物——优选包含少于1.40g磷/100g蛋白质，更优选包含1.00至1.30g磷/100g蛋白质。由本发明的方法得到的组合物——具体而言是滞留物——优选包含少于2.30g钙/100g蛋白质，更优选包含1.20至2.10g钙/100g蛋白质。由本发明的方法得到的组合物——具体而言是滞留物——优选包含5至15g乳糖/100g蛋白质，更优选包含10至13g乳糖/100g蛋白质。
本发明的蛋白质组合物的粘度低于酪蛋白酸盐或酪蛋白酸盐/乳清溶液的粘度。蛋白质浓度为16.5g/100g的本发明蛋白质组合物的粘度优选为50至100mPa.s(在20℃和100s-1下测定)。如前所述，本发明组合物的蛋白质浓度优选为8g/100ml至24g/100ml。为测定其浓度为16.5克/升的本发明组合物的粘度，通常需要将本发明的组合物稀释或浓缩。稀释可适当地用水进行。浓缩可适当地通过超滤进行。
实施例
实施例1
通过加入柠檬酸和柠檬酸钠的混合物将一批脱脂乳(7℃下)的pH降至6.2。然后将得到的乳孵育1小时并且在1小时期间加热至50℃。在降低pH后两小时向乳中加入120％(重量/重量)的50℃的自来水。这导致pH升高至约6.4。然后将具有经调节的pH的稀释脱脂乳用一组20000D超滤膜浓缩至蛋白质浓度为18g/100g。所得滞留物含有1.8g Ca/100g蛋白质、1.3g P/100g蛋白质和12g乳糖/100g蛋白质。当稀释为16.5重量％的蛋白质浓缩物时，粘度为60mPa.s(在20℃和100s-1剪切速率下测定)。
实施例2
通过加入柠檬酸和柠檬酸钠的混合物将一批脱脂乳(4℃下)的pH降至6.2。然后将得到的乳孵育8小时。然后通过加入KOH使pH升高至6.4。在30分钟内将得到的乳泵入具有孔径为20000D的膜的超滤(UF)系统中。在UF系统前，线上(in-line)将80重量％的水与乳混合并且将混合物加热至50℃。在UF系统中乳在用40重量％的水渗滤期间被浓缩至16.5重量％的蛋白质。由于加入了自来水，在超滤和渗滤过程中pH升高至6.6。所得蛋白质浓缩物包含2.1g Ca/100g蛋白质、1.35g P/100g蛋白质和12g乳糖/100g蛋白质。所述16.5重量％的蛋白质浓缩物的粘度为70mPa.s(在20℃和100s-1剪切速率下测定)。
Claims (12)
1.一种用于制备乳蛋白浓缩物的方法，包括以下步骤：
a.将乳的pH降低至5.9至6.3；
b.将步骤a.得到的乳孵育1-20小时；
c.将步骤b得到的乳的pH升高至6.4至7.0；
d.在2小时内对步骤c.得到的乳进行超滤步骤处理，其中所述超滤步骤中使用的多孔膜过滤器具有低于100000道尔顿的分子量截止值；
e.获得滞留物。
2.权利要求1的方法，其中在步骤a.中使用的乳是脱脂乳。
3.权利要求1的方法，其中所述多孔膜过滤器具有5000至30000道尔顿的分子量截止值。
4.权利要求2的方法，其中所述多孔膜过滤器具有5000至30000道尔顿的分子量截止值。
5.权利要求1-4任一项的方法，其中孵育步骤b.和/或超滤步骤d.是在1至10℃之间或40℃至60℃之间的温度下对乳进行。
6.权利要求1-4任一项的方法，其中在步骤a.中用至少一种选自以下的酸降低pH：柠檬酸、苹果酸、乳酸、乙酸、磷酸、葡糖酸、葡萄糖酸-δ-内酯和/或盐酸。
7.权利要求1-4任一项的方法，其中在步骤c.中通过加入一种或多种选自以下的物质升高pH：水、氢氧化钠、氢氧化钾、柠檬酸钠、柠檬酸钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠和碳酸氢钾。
8.权利要求1-4任一项的方法，其中先用15-120重量%的水稀释所述乳，然后再进行超滤步骤d.。
9.权利要求1-4任一项的方法，其中所述超滤步骤d.包括渗滤。
10.权利要求1-4任一项的方法，还包括一个或多个巴氏杀菌、蒸发浓缩、喷雾干燥和/或转鼓式干燥的步骤。
11.一种组合物，包括
(i)乳蛋白质，浓度为8g/100ml至24g/100ml
(ii)磷，浓度低于1.40g磷/100g蛋白质；
(iii)钙，浓度低于2.30g钙/100g蛋白质；
(iv)乳糖，浓度为5至15g乳糖/100g蛋白质；并且
(v)在16.5g/100ml的蛋白质浓度下粘度为50至100mPa.s。
12.通过权利要求1-4任一项的方法可得到的组合物用于制备每100ml包含3-12克蛋白质的营养组合物的用途。
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