CN103783256A

CN103783256A - 利用连续变容渗滤制备高溶解性牛乳浓缩蛋白粉的方法

Info

Publication number: CN103783256A
Application number: CN201310741869.7A
Authority: CN
Inventors: 李晓东; 李明浩; 朱永明; 冷友斌; 庄建鹏; 冯丽荣; 刘滨城; 蒋世龙
Original assignee: Northeast Agricultural University
Current assignee: Northeast Agricultural University
Priority date: 2013-12-30
Filing date: 2013-12-30
Publication date: 2014-05-14

Abstract

本发明公开了利用连续变容渗滤生产室温下具有高溶解性的牛乳浓缩蛋白粉（MPC80）的方法。具体包括如下步骤：生乳经脱脂、杀菌后得到的脱脂乳料液通过连续变容渗滤模式进行超滤浓缩，其中所用渗滤溶剂为适量的盐溶液，用量与脱脂乳料液等量；将得到的牛乳蛋白浓缩液依次进行真空浓缩和喷雾干燥，获得牛乳浓缩蛋白粉（MPC80）。连续变容渗滤模式能够有效提高膜通量且降低了渗滤用水消耗量和过程时间；与市售和普通生产工艺得到的牛乳浓缩蛋白粉（MPC80）相比，采用适量盐溶液作为渗滤溶剂制备的牛乳浓缩蛋白粉品质优良，风味纯正而且室温下具有良好的溶解性，在食品工业中具有广泛的应用前景。

Description

利用连续变容渗滤制备高溶解性牛乳浓缩蛋白粉的方法

技术领域

本发明涉及一种高溶解性牛乳浓缩蛋白粉及其制备方法，属乳品加工领域。

背景技术

牛乳浓缩蛋白粉（milk protein concentrate，MPC）是指利用超滤技术对脱脂乳中的乳蛋白进行分离浓缩，除去乳糖和一些可溶性矿物质，得到蛋白含量在36%-80%的乳蛋白产品。由于超滤过程操作条件温和，利用物理过程进行筛分，所以能够很好的保持乳蛋白天然结构。采用超滤技术生产的牛乳浓缩蛋白粉（MPC）最大特点在于保持了牛乳中酪蛋白和乳清蛋白的原始比例。MPC80（蛋白含量80%）由于蛋白含量高，兼具优异的乳化性、起泡性和凝胶性等特性，在食品工业尤其是乳品工业具有广泛的应用，如用于干酪乳成分的标准化或作为一些乳制品（如发酵乳、再制干酪、奶油、冰淇淋等）的配料。然而目前国内外报道的MPC80都表现出了室温下溶解性差的问题，溶解度因生产厂家不同从40%到70%不等，而且随着储存温度的升高和时间的延长溶解性会骤降。溶解性是乳蛋白粉表达其它功能特性的先决条件，提高MPC室温下的溶解性对扩大其应用范围具有重要意义。

脱脂乳在超滤浓缩后，为了减少浓差极化和膜污染，最大程度除去乳糖和矿物质而提高乳蛋白的纯度，需要加入大量的渗滤溶剂进行稀释后继续超滤，这一过程称为渗滤。超滤后如果经过充分的渗滤能够使乳蛋白浓缩物的蛋白含量高于90%，而乳糖含量不足0.1%。渗滤过程不仅对提高膜通量和蛋白纯度具有重要意义，而且还会影响到牛乳浓缩蛋白粉的溶解性。脱脂乳在超滤浓缩的过程中乳糖和离子态无机盐被脱除，蛋白分子由于浓缩时距离接近而易产生共价交联作用（包括疏水相互作用、二硫键及盐桥等），从而导致蛋白分子交联聚合形成不溶物。渗滤溶剂的添加会改变这一过程，采用电介质态的渗滤溶剂会改变乳蛋白在浓缩过程中的疏水相互作用，减少聚合物的形成。

将渗滤过程和超滤过程进行程序化组合后即为渗滤操作模式，通过调整渗滤溶剂（常使用水）的添加时机和添加方式，可以实现间歇渗滤操作模式和连续渗滤操作模式。间歇渗滤模式多采用分批补水的方式进行，操作简便多适用于实验室规模或中试生产，在国内外已有相关研究和报道。但是等量料液在达到相同渗滤程度时，连续渗滤操作所消耗的渗滤溶剂用量要比间歇操作少，因此采用连续渗滤模式能够降低渗滤溶剂的消耗量。连续渗滤模式如图1所示。连续渗滤模式又可采用两种常用模式：连续恒容渗滤模式和连续变容渗滤模式。连续恒容渗滤模式由于易产生浓差极化而降低膜通量，在操作时间上较连续变容渗滤模式要长故不予采用。

本发明目的在于通过连续变容渗滤操作模式对超滤浓缩过程和渗滤过程进行组合优化，提高了过滤过程中的膜通量，缩短了过程时间并降低渗滤用水的消耗量；同时通过采用盐溶液作为渗滤溶剂，生产出室温下具有高溶解性的牛乳浓缩蛋白粉（MPC80）。

发明内容

本发明的目的是利用连续变容渗滤法生产出室温下具有高溶解性的牛乳浓缩蛋白粉（MPC80）。

本发明提供的制备牛乳浓缩蛋白粉（MPC80）的方法，包括如下步骤：

(a)生乳进行脱脂、杀菌得到脱脂乳料液；

(b)通过连续变容渗滤模式对脱脂乳料液进行超滤浓缩，得到乳蛋白浓缩液；

(c)将乳蛋白浓缩液经真空浓缩和喷雾干燥后得到所述牛乳浓缩蛋白粉（MPC80）。

上述方法中，所述步骤(a)中所述杀菌采用巴氏杀菌，杀菌温度为63~65℃，杀菌时间为30min；所述的脱脂乳料液中脂肪的含量小于0.1%，以避免脂肪球引起的膜孔堵塞和膜污染。

上述方法中，所述步骤(b)中连续变容渗滤模式是超滤浓缩和渗滤过程的组合操作，目的是为了提高最终截留液中蛋白含量，减少渗滤溶剂的消耗，同时保持较高的膜通量而降低过程时间。

连续变容渗滤模式具体包括：

1、将所述脱脂乳料液通过超滤浓缩至原体积的70~90%，此为预浓缩阶段；

2、完成预浓缩阶段后，连接渗滤溶剂至进料槽，保持压力和温度，使得渗滤溶剂的加入速率和透过液透过速率之比在1.2~2之间，直至渗滤溶剂消耗完，其中渗滤溶剂使用浓度为100N的Na⁺盐溶液（氯化钠和柠檬酸钠1:1混合），使用量等同于脱脂乳料液量，此为连续变容渗滤阶段；

3、渗滤溶剂消耗完后继续超滤浓缩至原体积的20%~30%，此为后浓缩阶段；至此整个过程完成，得到牛乳蛋白超滤浓缩液。

上述组合操作模式中，所用超滤膜的材料为有机膜（聚醚砜或聚砜），截留分子量为10000Da；所述超滤浓缩温度为40~50℃，超滤压力为0.2~0.3MPa。

所述的牛乳蛋白超滤浓缩液中，干物质含量为20%~30%，总蛋白质量百分含量17.5%~18%。

上述方法中，所述步骤(c)中所述真空浓缩步骤中，真空度为0.07~0.09MPa，温度50~60℃，浓缩终点为固形物含量为35%~40%；所述喷雾干燥步骤中，进口温度为150~160℃，出口温度为60~70℃，雾化压力为0.18~0.20MPa ，进料流速为0.8~1kg/h。

按照上述方法制备得到的牛乳浓缩蛋白粉，及含有该牛乳浓缩蛋白粉的食品也属于本发明的保护范围。

本发明使用连续变容渗滤模式对脱脂乳料液进行了超滤浓缩，并使用真空浓缩和低温喷雾干燥技术成功制备了牛乳浓缩蛋白粉（MPC80）。采用连续变容渗滤模式比常规方法节水50%左右，膜通量有所提高且缩短了过程时间。此牛乳浓缩蛋白粉（MPC80）呈乳白色略带黄色，具有纯正的奶香味，粉粒均匀一致，其中蛋白质量百分含量不低于80%，室温下溶解度不低于90%，与市场同类产品相比溶解性大为提高，在乳制品和饮料生产领域具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是连续变容渗滤过程示意图。

图2是牛乳浓缩蛋白粉（MPC80）实物图。

具体实施方式

实例1

（1）生乳为当日新鲜牛乳，在4℃下冷藏贮存，经过滤后预热至40℃，使用乳脂分离机进行脱脂处理，所得脱脂乳脂肪含量0.1%；脱脂乳采用巴氏杀菌，杀菌温度为63℃，杀菌时间为30min，得到脱脂乳料液。

（2）将上述（1）所得脱脂乳料液全部加入膜分离设备中，通过温控系统将原料液温度稳定在50℃，采用聚醚砜超滤膜，截留分子量为10000Da，进口压力为3.0bar，出口压力1.0bar，截留液全回流。

将脱脂乳浓缩至原体积80%时，接入渗滤溶剂，渗滤溶剂使用100N Na⁺盐溶液（氯化钠和柠檬酸钠按1:1配制），控制渗滤溶剂加入速率与透过液透过速率的比值为1.5，直至渗滤溶剂消耗完；然后继续浓缩至原体积20%，得到牛乳蛋白超滤浓缩液。该牛乳蛋白超滤浓缩液中干物质含量20%，总蛋白含量18%。

（3）将上述（2）中所得牛乳蛋白超滤浓缩液进行真空浓缩，真空浓缩温度50℃，真空度0.08 MPa，浓缩至干物质含量40%停止浓缩；然后将该浓缩液在进口温度155℃，出口温度65℃，雾化压力为0.20MPa ，进料流速为0.8kg/h条件下进行喷雾干燥，得到本发明提供的牛乳浓缩蛋白粉（MPC80）。

该牛乳浓缩蛋白粉（MPC80）实物图如图2所示，由图2可知，该牛乳蛋白浓缩粉色泽呈白色，粉粒均匀一致。

将所制得牛乳浓缩蛋白粉（MPC80）采用国标方法分析主要成分含量及溶解度，结果如表1所示。

表1 牛乳浓缩蛋白粉理化指标和溶解度

项目	指标（%）	测定方法
			蛋白	81.2	GB5413.1-2010
水分	4.5	GB5413.8-2010
			脂肪	2.6	GB5413.3-2010
乳糖	1.9	GB5413.5-2010
			灰分	9.8	GB5009.4-2010
溶解度（室温）	98.2	GB5413.29-2010

实例2

（1）生乳为当日新鲜牛乳，在4℃下冷藏贮存，经过滤后预热至40℃，使用乳脂分离机进行脱脂，所得脱脂乳脂肪含量0.09%；脱脂乳采用巴氏杀菌，杀菌温度为65℃，杀菌时间为30min，得到脱脂乳料液。

（2）将上述（1）所得脱脂乳料液全部加入膜分离设备中，通过温控系统将原料液温度稳定在40℃，采用聚砜超滤膜，截留分子量为10000Da，进口压力为3.5bar，出口压力1.5bar，截留液全回流。

将脱脂乳料液浓缩至原体积90%时，接入渗滤溶剂，渗滤溶剂使用100N Na+盐溶液（氯化钠和柠檬酸钠按1:1配制），控制渗滤溶剂加入速率与透过液透过速率比值为2.0，直至渗滤溶剂消耗完；然后继续浓缩至原体积30%，得到牛乳蛋白超滤浓缩液。该牛乳蛋白超滤浓缩液中干物质含量18%，总蛋白含量16.5%。

（3）将上述（2）中所得牛乳蛋白超滤浓缩液进行真空浓缩，真空浓缩温度60℃，真空度0.07MPa，浓缩至干物质含量45%停止浓缩。然后将该浓缩液在进口温度150℃，出口温度60℃，雾化压力为0.18MPa ，进料流速为1kg/h条件下进行喷雾干燥，得到本发明提供的牛乳浓缩蛋白粉（MPC80）。

将所制得牛乳浓缩蛋白粉（MPC80）采用国标方法分析主要成分含量及溶解度，结果如表2所示。

表2 牛乳浓缩蛋白粉主要成分含量及溶解度

项目	指标（%）	测定方法
			蛋白	81.5	GB5413.1-2010
水分	4.7	GB5413.8-2010
			脂肪	2.2	GB5413.3-2010
乳糖	1.6	GB5413.5-2010
			灰分	10	GB5009.4-2010
溶解度（室温）	96.7	GB5413.29-2010

Claims

1.利用连续变容渗滤制备高溶解性牛乳浓缩蛋白粉（MPC80）的方法，包括下述步骤：采用连续变容渗滤模式对脱脂乳料液进行超滤浓缩得到牛乳蛋白浓缩液；将所述牛乳蛋白浓缩液进行真空浓缩和喷雾干燥后即得所述牛乳浓缩蛋白粉（MPC80）。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的脱脂乳料液中脂肪含量应小于0.1%；所述脱脂乳料液是将生乳经过脱脂、杀菌后获得，所述乳脂分离过程中温度控制在40℃～50℃；所述杀菌温度为63～65℃，杀菌时间为30min。

3.根据权利要求1-2任一所述方法，其特征在于：所述的超滤浓缩采用连续变容渗滤模式进行，所用渗滤溶剂为浓度为100N的Na⁺盐溶液（氯化钠和柠檬酸钠1:1混合）；

所述连续变容渗滤模式具体包括：

（a）将所述脱脂乳料液通过超滤浓缩至原体积的70～90%，此为预浓缩阶段；

（b）接入渗滤溶剂至进料槽，调节渗滤溶剂加入速率与透过液的透过速率比值在1.2～2之间，直至渗滤溶剂消耗完，渗滤溶剂使用量等同于脱脂乳料液，此为连续变容渗滤阶段；

（c）渗滤溶剂消耗完后继续超滤浓缩至原体积的20%～30%，此为后浓缩阶段。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述超滤膜的材料为有机膜（聚砜或聚醚砜），截留分子量为10000Da；所述连续变容渗滤操作模式中，所述超滤浓缩温度为40～50℃，超滤压力为0.2～0.3MPa。

5.根据权利要求1-4任一所述方法，其特征在于：所述的牛乳蛋白超滤浓缩液中，干物质含量为20%~30%，总蛋白质量百分含量17.5%~18%。

6.根据权利要求1-5任一所述方法，其特征在于：所述方法还包括如下步骤：

将所述的牛乳蛋白超滤浓缩液依次进行真空浓缩和喷雾干燥；

所述真空浓缩步骤中，真空度为0.07～0.09MPa，温度50～60℃，浓缩终点为固形物含量为35%～40%；

所述喷雾干燥步骤中，进口温度为150～160℃，出口温度为60～70℃，雾化压力为0.18～0.20MPa ，进料流速为0.8～1kg/h。

7.权利要求1-6任一所述方法制备得到的牛乳浓缩蛋白粉（MPC80）。

8.根据权利要求7所述的牛乳浓缩蛋白粉（MPC80），其特征在于：所述牛乳浓缩蛋白粉中，蛋白质质量百分含量不低于80%，室温下的溶解度不低于90%。

9.使用权利要求1-8任一所述方法所制备的高溶解性牛乳浓缩蛋白粉（MPC80）。