CN104186916B

CN104186916B - 从乳清中分离制备乳清蛋白粉的方法

Info

Publication number: CN104186916B
Application number: CN201410383063.XA
Authority: CN
Inventors: 阿吉艾克拜尔·艾萨; 热合满·艾拉; 阿布力米提·伊力; 赵永昕
Original assignee: Xinjiang Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Current assignee: Xinjiang Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Priority date: 2014-08-06
Filing date: 2014-08-06
Publication date: 2016-08-31
Anticipated expiration: 2034-08-06
Also published as: CN104186916A

Abstract

本发明涉及一种从乳清中分离制备乳清蛋白粉的方法，该方法中所使用的乳清是新疆牧区传统牧民及乳制品牛奶加工企业制造干酪时产生的乳清废液，采集乳清，网筛过滤，絮凝离心，超滤膜浓缩，加入去离子水，二次超滤膜浓缩乳糖脱除，喷雾干燥或冷冻干燥，冷却，消毒，包装，得乳清蛋白粉；本发明与现有技术相比：利用现代膜浓缩技术进行两次分离制备浓缩乳清，并用喷雾或冷冻干燥技术得到乳清营养粉，其优点是在保留乳清原有的营养成分，有效脱除乳糖，提高蛋白质含量，同时避免了传统烘干或减压抽滤使有些化合物失去活性的缺点，该营养粉可作为人们的日常保健食品、食品、食品添加剂、药品增效剂配方等。

Description

从乳清中分离制备乳清蛋白粉的方法

技术领域

本发明涉及一种从乳清中分离制备乳清蛋白粉的方法。

背景技术

乳清通常指用牛奶生产奶酪过程中所产生的副产品。乳清中有很多营养物质，蛋白质含量可达2.4%，乳糖含量可达4%。随着新科技的发展，乳清及乳清蛋白已成为具有高价值及广泛应用的食品原料。通常而言，牛奶中包括2.8%的酪蛋白与0.7%的乳清蛋白。同酪蛋白相比，乳清蛋白的溶解性更好，同时含有质量更高的必需氨基酸。在蛋白的世界里，乳清蛋白到目前为止被认为是黄金标准。

乳酪（奶酪）是新疆哈萨克族传统食品，需求量很大，10公斤的鲜牛乳可以生产约1公斤的干酪，余下的则是乳清。乳清在新疆哈萨克族民间用于调节血脂和降血糖，效果良好，实验研究也证明了哈萨克族传统发酵乳酪（奶酪）乳清有降血脂、改善动脉粥样硬化和保护血管内皮作用。目前新疆特克斯县科瑞乳品开发有限公司年产600吨酪朊酸钠，2.1万吨鲜奶，其中牛奶下游产品有1500吨，大量乳清是作为废水被排掉的，这不仅浪费了营养资源，降低了企业经济效益，而且由于乳清中乳糖含量较高，消耗水中的溶解氧，造成环境污染。

膜分离技术是一门建立在高分子材料学基础上的新兴边缘学科。由于分离过程中不受热，无相态和化学变化，兼有过程简单、易于自动化控制等特性，已广泛应用于金属、纺织、制革、造纸、化工、食品、生化、医药、保健、水处理和国防等工业，成为当今分离科学中最重要的手段之一。膜分离是一种利用天然或人工合成的，具有选择透过性的高分子薄膜，借助不同的推动力，在膜相际之间进行传质，以达到不同组分的分离、分级、提纯和浓缩的技术。膜分离过程根据推动力的不同，大体可分为两类。一类是以压力为推动力的膜进程，如超滤；另一类是以电力为推动力的膜进程，在乳品工业领域，主要应用的是以压力为推动力的膜分离过程。以压力为推动力的膜分离过程，根据膜对不同组分的截留能力可以分为：反渗透（RO）、纳滤(NF)、超滤(UF)、微滤(M F)。根据分离物的大小可选用不同孔径或截留分子量的膜。

膜技术在乳清产品加工中的应用

1. 乳清蛋白的回收

乳清作为干酪生产的副产物，多年来一直被作为饲料或排入下水池，造成很大浪费。乳清中含有原乳几乎全部的乳糖，20%乳蛋白及大多数的维生素与矿物质。传统将乳清加热干燥制成全干乳清（W P C），只能除去水分而使这种乳清粉中的乳糖含量高达73% ，矿物质达12%，而蛋白质只有12%左右，造成乳清粉中营养搭配比例极不协调，限制了它在食品中的应用。采用超滤技术，可以在浓缩乳清蛋白的同时，从膜的透过液中除掉乳糖和灰分等，这样就大大扩大了乳清的应用范围，乳清蛋白的质量明显提高。与传统工艺相比，蛋白质含量提高了近5倍，乳糖含量下降约72%。

2. 乳清脱盐

生产 Cheddar 干酪和其它硬干酪所产生的咸乳清，必须先脱盐然后才能回收、蒸发干燥。应用纳滤处理这种乳清时，可以脱出咸乳清中的盐分，而蛋白质全部被截留，用纳滤能有效地除去杂味和盐味，并且不破坏乳清营养成分。该方法可减少设备投资，节省能耗和运行费用。

3. 乳蛋白质分离分级

每一种乳蛋白质都具有不同的优异的营养功效和独特的理化、生理功能特性。因此，近10年来乳蛋白质的分离分级成为全世界乳品工业关注的焦点。乳蛋白质的分离分级包括乳清蛋白的分级分离和酪蛋白的分级分离。目前国外正在研究将各种膜分离技术和色谱方法及化学处理、酶处理结合起来，将乳蛋白中各种组分分开，微滤膜可将乳清中α-乳清蛋白和β-乳球蛋白分开。

4. 其它方面的应用

4.1 应用超滤技术制备乳铁蛋白

由于超滤法提供了不加热或不发生相变进行大分子质量组分的浓缩、分离的方法，所以它非常适合热敏性的功能性组分的分离。选用孔径或截留分子量不同的超滤膜，以干酪乳清为原料生产乳铁蛋白。一次膜过滤后所获得的分子量200kDa以下的组分为乳铁蛋白粗制品，其中还含有乳糖等成分，再进行二次膜过滤，截留50kDa 以上（200kDa 以下）的组分即乳铁蛋白溶液。乳铁蛋白溶液经过脱盐浓缩装置后，再经过冷冻干燥设备，获得乳铁蛋白精制品。

4.2超滤法分离牛初乳中免疫球蛋白

免疫球蛋白Ig是机体免疫系统的一个重要组成部分，是人类及高等动物受抗原刺激后体内产生的能与抗原特异性相互作用的一类蛋白质。I g 一般分为 I g G 、IgA、IgD、IgE、IgM 五大类，牛初乳中IgG 含量占Ig总量的80％以上，因此，如何提高其纯度，保持其生理活性非常重要。用超滤膜浓缩初乳乳清中的I g G，并IgG活性基本不变。

本发明经过对相关内容进行了全面、系统的检索，选出密切相关文献10篇，结合项目查新点分析如下：

检索结果全面反映了国内相关研究现状。文献1-4报道了利用膜技术对乳清蛋白进行分级分离、浓缩、喷雾干燥而制备乳清蛋白粉、乳糖等产品的技术及工艺研究；文献5、6分别公开了一种利用微滤膜浓缩制备乳清蛋白的方法；文献7研究了采用微滤与超滤集成膜技术制备浓缩乳清蛋白的工艺；文献8-10报道了采用超滤膜技术和喷雾干燥法浓缩制备干酪乳清蛋白的工艺研究，其中文献8的超滤工艺研究结果为采用PW2540型聚醚砜卷式超滤膜，最佳工艺参数为操作压力0.5MPa，温度35℃，工艺流程为：乳清废水经预热--过滤--超滤--喷雾干燥--包装得成品，其蛋白质含量达72.4%；文献9通过单因素和正交实验得到无机陶瓷膜超滤浓缩制备乳清蛋白的最佳工艺条件为操作压力0．25MPa，温度51℃，工艺流程为乳清--巴氏杀菌--超滤--喷雾干燥得乳清蛋白粉，其蛋白质含量为38.2％；文献10通过单因素和正交试验分析确定了喷雾干燥工艺的参数。

经检索表明：现对利用膜技术进行乳清蛋白的分级分离和浓缩制备乳清蛋白粉、乳糖等产品的技术及工艺进行了研究，采用超滤膜技术和喷雾干燥法浓缩制备干酪乳清蛋白粉的工艺研究已有报道，但已报道的膜浓缩工艺条件与本发明的不同之处有：（1）操作温度、压力的数值有所不同；（2）离心操作不同，其它文献未见有公开报道。

发明内容

本发明目的在于，提供一种从乳清中分离制备乳清蛋白粉的方法，该方法中所使用的乳清是新疆牧区传统牧民及乳制品牛奶加工企业制造干酪时产生的乳清废液，其工艺流程为：采集乳清，网筛过滤，絮凝离心，超滤膜浓缩，加入去离子水，二次超滤膜浓缩脱除乳糖，喷雾干燥或冷冻干燥，冷却，消毒，包装，得乳清蛋白粉；本发明与现有技术相比，利用现代膜浓缩技术进行两次分离制备浓缩乳清，并用喷雾或冷冻干燥技术得到乳清营养粉，其优点是在保留乳清原有的营养成分，且有效脱除乳糖，同时避免了传统烘干或减压抽滤而有些化合物失去活性的缺点，该营养粉可作为人们的日常保健食品、食品、食品添加剂、药品增效剂配方等。

本发明所述的一种从乳清中分离制备乳清蛋白粉的方法，利用干酪制作过程中产生的新鲜乳清，结合超滤膜和冷冻干燥得到乳清蛋白粉，具体操作按下列步骤进行：

a、采集新疆牧区传统牧民及乳制品牛奶加工企业制造干酪时产生的新鲜乳清；

b、将步骤a中收集的乳清液用网筛及纱布过滤，分离杂物，取上清液；

c、将步骤b得到的上清液中加入1 mol/L CaCl₂ 8-20 ml/L，调节pH为 4.5-7.5，温度35-65 ℃水浴搅拌15-20min，采用采用絮凝离心法、微滤法或絮凝微滤法澄清干酪乳清，得到乳清蛋白液，备用；

d、将步骤c中得到的澄清后的乳清蛋白液采用再生纤维素超滤膜截留分子量为5-20KDa进行浓缩，操作条件为温度25℃，压力0.10-0.2MPa、流速25 -40m/s，浓缩倍数至5-10倍，得到第一次的乳清蛋白浓缩液；

e、将步骤d得到的乳清蛋白浓缩液中加入去离子水，料液比为1:1-5:1，流速25 -40m/s，压力0.1 -0.2MPa，采用再生纤维素超滤膜截留分子量为5-20KDa进行第二次浓缩，脱除乳糖,得到纯化乳清蛋白浓缩液；

f、将步骤e得到的纯化乳清蛋白浓缩液采用冷冻干燥或压力式喷雾塔喷雾干燥，其喷雾干燥条件为：进样入口温度115-135℃，干燥空气量调解范围0.50-0.80立方米/min，喷雾加压16×10kPa，输液泵流量1.5-2.5mL/min，搅拌机转速400rpm，经100-200目过筛，即可得到乳清蛋白粉。

步骤d和步骤e中的再生纤维素超滤膜截留分子量为10KDa。

步骤d中浓缩的压力为0.10MPa，浓缩乳清流速为35m/s。

步骤e中加入去离子水，料液比为2∶1。

本发明所述的从乳清中分离制备乳清蛋白粉的方法，该方法是由发酵乳酪（奶酪）制作中产生的乳清液为原料，利用绿色环保膜分离和喷雾干燥技术相结合，经过独特的工艺精制而成调节人体血脂的营养粉。该营养粉富含人体易消化和吸收的纯天然蛋白质，18种氨基酸中，9种人体必需的氨基酸（含婴幼儿必需的组氨酸），占总氨基酸的比例40％；不饱和脂肪酸含量为61％；乳糖含量约为5％；并含有丰富的VB₂、VC等维生素和高含量钾、钙、镁、锌、铁等矿物质。新疆传统发酵牛乳酪乳清营养成分丰富，具有抗氧化作用，从营养成分和医疗保健作用角度分析，极具研究开发价值。该营养粉有利于强身健体、滋补营养、增强人体免疫力，是高血脂、高血糖患者以及儿童和中老年人必备食用的高营养、低淀粉纯天然的营养佳品。

国家规定的乳清粉的蛋白质含量≧25%，通过本发明所述方法获得的乳清蛋白粉中蛋白质含量不低于50%，乳糖不高于10%。

具体实施方式

实施例1

采集伊犁传统牧区牧民及乳制品牛奶加工企业制造干酪时产生的新鲜乳清，低温4℃保存，备用；

将收集的乳清液用网筛及纱布过滤，分离杂物，取上清液，得到乳清备用液8000毫升；

将得到的上清液中加入1 mol/L CaCl₂12 mL/L，调节pH为 7.5，温度55 ℃水浴搅拌15min，采用絮凝离心分离，并微滤进行澄清干酪乳清，得到乳清蛋白液，备用；

将得到的澄清后的乳清蛋白采用再生纤维素超滤膜截留分子量为10KDa进行浓缩，操作条件为温度25℃，压力0.10MPa、流速35m/s，浓缩倍数至7倍，得到第一次的乳清蛋白浓缩液；

将得到的乳清蛋白浓缩液中加入去离子水，料液比为2:1，流速30 m/s，压力0.14MPa，采用再生纤维素超滤膜截留分子量为10KDa进行第二次浓缩，脱除乳糖，得到进一步纯化乳清蛋白浓缩液；

将得到的纯化乳清蛋白浓缩液采用冷冻方法干燥，即可得到乳清蛋白粉；

采用考马斯亮蓝G-250法测定总蛋白含量，配制蛋白质梯度标准溶液，加塞混匀，放置约2 min后用1 cm比色皿在波长595 nm处测定吸光度，并绘制标准曲线，准确量取0.1ml样品加入一支具塞试管中，然后加入蒸馏水0.9 ml，再加入考马斯亮蓝G-250试剂5 ml，加塞混匀，放置约2 min后，以空白液作为参比液，在595 nm波长下比色，并记录吸光度，通过标准曲线计算出乳清总蛋白含量为55%；

该乳清营养粉，直接用于制备功能食品及药品中。

实施例2

将收集的乳清液用网筛及纱布过滤，分离杂物，取上清液，得到乳清备用液10000毫升；

将得到的上清液中加入1 mol/L CaCl₂14mL/L，调节pH为 7，温度60℃水浴搅拌18min，采用絮凝离心分离，并微滤进行澄清，得到乳清蛋白，备用；

将得到的澄清后的乳清蛋白采用再生纤维素超滤膜截留分子量为10KDa进行浓缩，操作条件为温度25℃，压力0.15MPa、流速38m/s，浓缩倍数至5-7倍，得到第一次的乳清蛋白浓缩液；

将得到的乳清蛋白浓缩液中加入去离子水，料液比为3:1，流速35m/s，压力0.15MPa，采用再生纤维素超滤膜截留分子量为10KDa进行第二次浓缩，脱除乳糖，得到进一步纯化乳清蛋白浓缩液；

将得到的纯化乳清蛋白浓缩液采用压力式喷雾塔喷雾干燥，其喷雾干燥条件为：进样入口温度125℃，干燥空气量调解范围0.60立方米/min，喷雾加压16×10kPa，输液泵流量1.5mL/min，搅拌机转速400rpm，经200目过筛，即可得到乳清蛋白粉；

采用考马斯亮蓝G-250法测定总蛋白含量，配制蛋白质梯度标准溶液，加塞混匀，放置约2 min后用1 cm比色皿在波长595 nm处测定吸光度，并绘制标准曲线。准确量取0.1ml样品加入一支具塞试管中，然后加入蒸馏水0.9 ml，再加入考马斯亮蓝G-250试剂5 ml，加塞混匀，放置约2 min后，以空白液作为参比液，在595 nm波长下比色，并记录吸光度，通过标准曲线计算出总蛋白含量为57%；

该乳清营养粉，直接用于制备功能食品及药品中。

实施例3

将收集的乳清液用网筛及纱布过滤，分离杂物，取上清液，得到乳清备用液12000毫升；

将得到的上清液中加入1 mol/L CaCl₂ 16mL/L，调节pH为 6-7，温度60 ℃水浴搅拌20min，采用絮凝离心法进行澄清，得到乳清蛋白液，备用；

将得到的澄清后的乳清蛋白采用再生纤维素超滤膜截留分子量为5KDa进行浓缩，操作条件为温度25℃，压力0.10MPa、流速25m/s，浓缩倍数至6-8倍，得到第一次的乳清蛋白浓缩液；

将得到的乳清蛋白浓缩液中加入去离子水，料液比为1:1，流速25m/s，压力0.1MPa，采用再生纤维素超滤膜截留分子量为5KDa的进行第二次浓缩，脱除乳糖，得到进一步纯化乳清蛋白浓缩液；

采用考马斯亮蓝G-250法测定总蛋白含量，配制蛋白质梯度标准溶液，加塞混匀，放置约2 min后用1 cm比色皿在波长595 nm处测定吸光度，并绘制标准曲线。准确量取0.1ml样品加入一支具塞试管中，然后加入蒸馏水0.9 ml，再加入考马斯亮蓝G-250试剂5 ml，加塞混匀，放置约2 min后，以空白液作为参比液，在595 nm波长下比色，并记录吸光度，通过标准曲线计算出总蛋白含量为56%；

该乳清营养粉，直接用于制备功能食品及药品中。

实施例4

将得到的上清液中加入1 mol/L CaCl₂ 8mL/L，调节pH为 4.5-5，温度35 ℃水浴搅拌15min，采用微滤法进行澄清干酪乳清，得到乳清蛋白液，备用；

将得到的澄清后的乳清蛋白液采用再生纤维素超滤膜截留分子量为15KDa进行浓缩，操作条件为温度25℃，压力0.2MPa、流速40m/s，浓缩倍数至8-10倍，得到第一次的乳清蛋白浓缩液；

将得到的乳清蛋白浓缩液中加入去离子水，料液比为5:1，流速35m/s，压力0.15MPa，采用再生纤维素超滤膜截留分子量为15KDa进行第二次浓缩，脱除乳糖，得到进一步纯化乳清蛋白浓缩液；

将得到的纯化乳清蛋白浓缩液采用冷冻方法干燥，得到乳清蛋白粉；

采用考马斯亮蓝G-250法测定总蛋白含量，配制蛋白质梯度标准溶液，加塞混匀，放置约2 min后用1 cm比色皿在波长595 nm处测定吸光度，并绘制标准曲线。准确量取0.1ml样品加入一支具塞试管中，然后加入蒸馏水0.9 ml，再加入考马斯亮蓝G-250试剂5 ml，加塞混匀，放置约2 min后，以空白液作为参比液，在595 nm波长下比色，并记录吸光度，通过标准曲线计算出总蛋白含量为59%；

该乳清营养粉，直接用于制备功能食品及药品中。

实施例5

将收集的乳清液用网筛及纱布过滤，分离杂物，取上清液得到乳清备用液18000毫升；

将得到的上清液中加入1 mol/L CaCl₂20 mL/L，调节pH为 6-7，温度58℃水浴搅拌20min，采用絮凝离心分离，并微滤进行澄清，得到乳清蛋白液，备用；

将得到的澄清后的乳清蛋白液采用再生纤维素超滤膜截留分子量为20KDa进行浓缩，操作条件为温度25℃，压力0.2MPa、流速40m/s，浓缩倍数至7-8倍，得到第一次的乳清蛋白浓缩液；

将得到的乳清蛋白浓缩液中加入去离子水，料液比为4:1，流速35m/s，压力0.10MPa，采用再生纤维素超滤膜截留分子量为20KDa进行第二次浓缩，脱除乳糖，得到进一步纯化乳清蛋白浓缩液；

将得到的纯化乳清蛋白浓缩液采用压力式喷雾塔喷雾干燥，其喷雾干燥条件为：进样入口温度125℃，干燥空气量调解范围0.60立方米/min，喷雾加压16×10kPa，输液泵流量1.5mL/min，搅拌机转速400rpm，经100目过筛，即可得到乳清蛋白粉；

该乳清营养粉，直接用于制备功能食品及药品中。

Claims

1.一种从乳清中分离制备乳清蛋白粉的方法，其特征在于利用干酪制作过程中产生的新鲜乳清，结合超滤膜和冷冻干燥得到乳清蛋白粉，具体操作按下列步骤进行：

c、将步骤b得到的上清液中加入1 mol/L CaCl₂ 8-20 ml/L，调节pH为 4.5-7.5，温度35-65 ℃水浴搅拌15-20min，采用絮凝离心法、微滤法或絮凝微滤法澄清干酪乳清，得到乳清蛋白液，备用；

f、将步骤e得到的纯化乳清蛋白浓缩液采用冷冻干燥或压力式喷雾塔喷雾干燥，其喷雾干燥条件为：进样入口温度115-135℃，干燥空气量调节范围0.50-0.80立方米/min，喷雾加压16×10kPa，输液泵流量1.5-2.5mL/min，搅拌机转速400rpm，经100-200目过筛，即可得到乳清蛋白粉。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤d和步骤e中的再生纤维素超滤膜截留分子量为10KDa。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤d中浓缩的压力为0.10MPa，浓缩乳清流速为35m/s。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤e中加入去离子水，料液比为2∶1。