CN108402178A - 动物脱脂乳的人乳化的方法以及由此获得的产品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及动物脱脂乳的处理方法以及从动物脱脂乳生产婴儿配方乳基础产品的方法，由于只需要膜过滤技术例如微滤和超滤，因此所述方法是高效的并且有成本效益的。通过仔细控制方法参数，获得了其中主要成分在婴儿配方乳基础产品的期望范围之内的产品。本发明还涉及通过本发明的方法获得的产品。
Description
本申请是题为“动物脱脂乳的人乳化的方法以及由此获得的产品”的第201280073134.5号发明专利申请的分案申请。原申请对应国际申请PCT/NL2012/050148，申请日为2012年3月12。
技术领域
本发明涉及动物脱脂乳的处理，它理想地适用于制备婴儿配方乳或婴儿配方乳基础产品(infant formula base product)。
背景技术
人乳被认为是婴儿营养物的“金标准”。处理动物乳例如牛乳使之更接近于人乳组成的方法是本领域已知的。所述处理方法在本领域被称为“法在本领动物乳。
动物乳的人乳化方法涉及将酪蛋白/乳清蛋白的比例从大约80/20改变至大约40/60，大约40/60是在人乳中发现的比例。
WO 2011/051557描述了增加乳清蛋白分离物中酪蛋白含量以制备适合运动员和其他运动爱好者的可口的饮料的方法，该方法包括将脱脂乳进行微滤(MF)和超滤(UF)的步骤。
WO 96/08155描述了处理脱脂乳以生产奶酪和奶粉的方法，其中通过微滤和超滤从脱脂乳中除去乳清蛋白。在UF步骤中使用了20-100的体积浓缩因子(volumeconcentration factor)。没有描述将MF渗余物(retentate)和UF渗透物(permeate)重组合(recombination)用于制备婴儿配方乳，也没有关注矿物质和微量元素如磷的浓度。
US 5,503,865公开了用于处理脱脂乳的方法，包括微滤或超滤，为了使脱脂乳产品适用于婴儿配方乳，需要通过例如离子交换和/或电渗析来除去微滤或超滤的渗透物中的矿物质。
WO 2008/127104公开了含有残留的β酪蛋白的乳清蛋白血清的制备方法，其通过在10℃至20℃的温度下将牛乳经由孔径为0.3-0.5微米的膜进行微滤而制备，任选地包含经由超滤的进一步浓缩步骤。没有描述制备婴儿配方乳的具体步骤。
US 5,169,666的方法利用了更低的温度(4℃)，在该温度下采用孔径为0.1-0.2微米的膜进行微滤。在该温度下，β酪蛋白从酪蛋白胶束(micelles)中分离出来并终止于MF渗透物中。除了酪蛋白的含量不合需要地高之外，MF渗透物的灰分也很高以至于不适合用于婴儿配方乳。没有描述进一步降低灰分含量的措施。
EP 1133238描述了一种方法，其中将动物乳经由孔隙率为0.1-0.2微米的膜进行微滤，然后通过电渗析除去MF渗透物中的矿物质。电渗析后的MF渗透物中的矿物质含量非常低，需要随后强化矿物质和微量元素以获得婴儿配方。
发明内容
本发明人已经发现，通过有效且廉价的方法可以将动物脱脂乳人乳化，所述方法需要最低限度的处理步骤(minimal processing steps)并能够最大限度地利用动物脱脂乳中的成分。术语“最低限度的处理步骤”应理解为不需要如下所述的昂贵的去除矿物质的步骤，例如离子交换或电渗析。本发明的方法改变了动物脱脂乳中存在的多种成分例如酪蛋白、乳清蛋白和矿物质的量(重量比例)以更加接近于这些成分在人乳中的量。根据本发明，可使用最低限度的处理步骤，因为为了达到某种具体成分的期望的含量，从动物脱脂乳中除去和/或在动物脱脂乳中浓缩得到正好足够量的每一种成分。因此，为了使不同成分的含量达到期望的和/或规定的范围，需要对这些成分做最低限度的补充。本发明方法尤其降低了矿物质补充的程度。本发明用于动物脱脂乳的人乳化的方法理想地适用于制备婴儿配方乳或婴儿配方乳基础产品。特别有利的是，本发明的方法中不存在干燥的中间蛋白产物。通常来说，在婴儿乳配方乳的生产中，使用干燥的中间产物。本发明方法优选避免需要使用干燥的蛋白产物。
此外，本发明的方法提供一种组合物，其中蛋白质和矿物质的含量在期望的和/或规定的范围之内，在去除矿物质之后不需要大量的补充或强化。因此，本发明提供了一种方法以去除“除方足够量够的矿物质从而达到用于婴儿营养物的期望的量。令人惊讶的是，这可以通过使用相对简单的操作而实现。
根据本发明，为了实现酪蛋白/乳清的比例的改变，将动物乳通过微滤(MF)分级成酪蛋白流(MF渗余物)和乳清流(MF渗透物)。该微滤步骤是有效的，其使用的孔径为0.10-0.35微米。为了避免脂肪颗粒堵塞微滤膜，在MF之前将动物乳脱脂。
一般而言，人乳中的矿物质含量与动物乳不同。因此，除了改变酪蛋白/乳清蛋白的重量比例之外，重要的是，改变动物乳中矿物质的含量，使其接近于人乳中的矿物质含量。在本领域中，通常去除乳清流中的矿物质以基本上除去动物脱脂乳中的所有矿物质。一般而言，为了确保最终婴儿配方乳中的矿物质含量不过高，这样的去除矿物质的步骤利用精细的操作例如离子交换或电渗析。此外，使用通常宽泛的过滤过程，这需要多个稀释和浓缩步骤，例如渗滤(diafiltration)。特别有问题的是二价离子的去除，特别是磷阴离子例如磷酸根，因为它们在乳清蛋白流中保持高浓度，即使在纳米过滤后其仍保持高浓度。对此，通常通过单独的过滤不能将矿物质含量降低至足够低的量，因此，过滤技术与离子交换或电渗析的组合是必要的。由于大量去除矿物质，对于将去除矿物质后的乳清蛋白产物和酪蛋白源混合得到的最终产物的矿物质含量，不得不再次通过补充或强化必需矿物质来增加。
然而，如本发明所发现的，本发明的动物脱脂乳的处理不要求精细的去除矿物质的步骤。而是，包括以下(任选的和必要的)步骤：
(a)任选地，经由膜——优选具有1.0-2.0微米的孔隙率——进行的第一微滤步骤(MF1)，得到包含细菌污染物的渗余物(MFR1)和包含酪蛋白和乳清的渗透物(MFP1)。
(b)热处理过的动物脱脂乳或源于MFP1的液态组合物经由陶瓷膜——优选具有0.10-0.30微米的孔隙率——或螺旋缠绕的有机膜(spiral wound organicmembrane)——优选具有0.10-0.35微米的孔隙率——进行的第二微滤步骤(MF2)。所述MFP1步骤优选采用4-8的体积浓缩因子进行操作，得到包含酪蛋白的渗余物(MFR2)和包含乳清蛋白的渗透物(MFP2)。优选地，所述渗余物(MFR2)包含基于总蛋白质计至多15重量％的乳清蛋白以及基于MFR2的干燥重量计至少55重量％的酪蛋白，所述渗透物(MFP2)包含基于MFP2总干燥重量计至多1.0重量％的酪蛋白。
(c)源于MFP2的液态组合物经由膜——优选具有至多25kDa的分子量截留值——进行的超滤步骤(UF)。UF步骤优选采用3-7的体积浓缩因子进行操作，得到包含乳清蛋白的渗余物(UFR)和包含乳糖和矿物质的渗透物(UFP)。优选地，所述渗余物(UFR)包含基于总干燥重量计22-33重量％的乳清蛋白，并具有在1/40至1/100之间的磷/蛋白重量比例。
(d)任选地，源于UFR的液态组合物经由膜——优选具有至多500Da的分子量截留值——进行的纳滤步骤(NF)，得到包含乳清蛋白的渗余物(NFR)以及渗透物(NFP)。
(e)任选地，将源于MFR2的组合物与源于UFR的组合物或源于NFR的组合物混合，由此获得酪蛋白/乳清蛋白重量比例为30/70-50/50、优选为约40/60的组合物。
(f)任选地，补充乳糖、钙和脂肪中的一种或多种。
(g)任选地，将混合物蒸发和/或喷雾干燥成粉末。
在本文中，步骤(e)、(f)和(g)可按随机顺序进行。
本发明的方法不需要昂贵的去除矿物质的步骤，例如离子交换和/或电渗析。此外，所有步骤均不要求稀释，即添加流体，这有效地降低了干燥最终产品的成本。
本发明方法的另一个优势是，在最终步骤中混合乳清和酪蛋白流之前不需要热处理。因此，在一个实施方案中，将动物脱脂乳加热至不高于75℃的温度，优选不高于70℃，更优选不高于60℃。优选地，动物脱脂乳以及乳清和酪蛋白流在最终步骤中组合之前不超过这些温度。
在一个实施方案中，本发明涉及用于制备婴儿配方乳基础产品的方法，包括：
(a)动物脱脂乳经由孔隙率为0.10-0.30微米的陶瓷膜或孔隙率为0.10-0.35微米的螺旋缠绕的有机膜的微滤步骤(MF2)，采用4-8的体积浓缩因子进行操作，得到渗余物(MFR2)和渗透物(MFP2)；
(b)源于MFP2的液态组合物经由分子量截留值为至多25kDa的膜进行超滤步骤(UF)，采用3-7的体积浓缩因子进行操作，得到渗余物(UFR)和渗透物(UFP)；
(c)将源于MFR2的组合物与源于UFR的组合物混合，由此获得酪蛋白/乳清重量比例为30/70-50/50的组合物。
在一个实施方案中，本发明涉及用于制备婴儿配方乳基础产品的方法，包括：
(a)动物脱脂乳经由孔隙率为0.10-0.30微米的陶瓷膜或孔隙率为0.10-0.35微米的螺旋缠绕的有机膜的微滤步骤(MF2)，得到渗余物(MFR2)和渗透物(MFP2)，所述渗余物(MFR2)包含基于总蛋白质计至多15重量％的乳清蛋白和基于MFR2的干燥重量计至少55重量％的酪蛋白，所述渗透物(MFP2)包含基于MFP2总干燥重量计至多1.0重量％的酪蛋白；
(b)源于MFP2的液态组合物经由分子量截留值为至多25kDa的膜进行的超滤步骤(UF)，得到渗余物(UFR)和渗透物(UFP)，所述渗余物包含基于总干燥重量计22-33重量％的乳清蛋白以及在1/40至1/100之间的磷/蛋白重量比例；
(c)将源于MFR2的组合物与源于UFR的组合物混合，由此获得酪蛋白/乳清重量比例为30/70-50/50的组合物。
在一个实施方案中，本发明涉及用于制备婴儿配方乳基础产品的方法，包括：
(a)动物脱脂乳经由孔隙率为0.10-0.30微米的陶瓷膜或孔隙率为0.10-0.35微米的螺旋缠绕的有机膜进行的微滤步骤(MF2)，采用4-8的体积浓缩因子进行操作，得到渗余物(MFR2)和渗透物(MFP2)，所述渗余物(MFR2)包含基于总蛋白质计至多15重量％的乳清蛋白和基于MFR2的干燥重量计至少55重量％的酪蛋白，所述渗透物(MFP2)包含基于MFP2总干燥重量计至多1.0重量％的酪蛋白；
(b)源于MFP2的液态组合物经由分子量截留值为至多25kDa的膜进行的超滤步骤(UF)，采用3-7的体积浓缩因子进行操作，得到渗余物(UFR)和渗透物(UFP)，所述渗余物(UFR)包含基于总干燥重量计22-33重量％的乳清蛋白和在1/40和1/100之间的磷/蛋白重量比例；
(c)将源于MFR2的组合物与源于UFR的组合物混合，由此获得酪蛋白/乳清重量比例为30/70-50/50的组合物。
在一个实施方案中，本发明涉及用于制备婴儿配方乳基础产品的方法，包括将组合物与酪蛋白源混合，所述组合物包含基于组合物总干燥重量计至多1重量％的酪蛋白和22-33重量％的乳清蛋白，并具有在1/40至1/100之间的磷/蛋白重量比例。
本发明还涉及通过本发明的方法获得的产品。在一个实施方案中，本发明涉及一种组合物，其包含基于组合物总干燥重量计至多1重量％的酪蛋白和22-33重量％的乳清蛋白，并具有在1/40至1/100之间的磷/蛋白重量比例。
在一个实施方案中，本发明涉及通过本发明的方法中的任意一种方法获得的婴儿配方乳基础产品。
具体实施方式
用于本发明方法的起始物质是动物脱脂乳，优选牛脱脂乳。尽管在处理动物乳时应用巴氏消毒法或灭菌步骤是常见的操作，但是蛋白质组合物的热处理具有这样的缺点，即至少部分蛋白质变性，这使得过滤步骤变得较低效。变性的乳清蛋白结合于酪蛋白胶束，这在微滤时导致MF渗余物中乳清蛋白的含量出现不期望的增加。因此，在一个优选的实施方案中，在进入本发明的方法之前，将脱脂乳加热至不高于75℃的温度，更优选不高于70℃，最优选不高于60℃。
MF1
微滤步骤1(MF1)用于除去非热处理的动物脱脂乳中的细菌污染物。非热处理的动物脱脂乳未经历过高于75℃的温度，更优选不高于70℃，最优选不高于60℃。如果跳过这一步骤，细菌污染物可集中到MF2步骤之后的酪蛋白物流(MFR2)中。显然，当动物脱脂乳在进入本发明的方法之前已经通过热处理动物脱脂乳除去了细菌时，不需要MF1步骤。由于本发明的目的之一是提供在最终混合步骤之前不需要进行热处理的方法，因此，优选MF2步骤中引入的脱脂乳没有接受过热处理步骤而是接受过MF1步骤，换句话说，MF2步骤中引入的脱脂乳没有经历过高于75℃的温度，更优选不高于70℃，最优选不高于60℃。因此，根据一个优选的实施方案，MF1步骤被纳入到本发明的方法中。
经由微滤去除细菌优选经由孔径为1.0-2.0微米的膜进行。合适的膜可以是陶瓷膜或螺旋缠绕的膜(spiral wound membrane)。通常使用孔径为约1.4微米的陶瓷膜。MF1步骤优选在75℃以下进行，更优选在10℃至70℃之间，甚至更优选在25℃至65℃之间，最优选在40℃至60℃之间。MF1步骤优选在5-20、更优选8-15、更优选9-12的体积浓缩因子下进行。
作为另一有利效果，脱脂乳中的脂肪含量(通常为0.1-0.3重量％，基于脱脂乳的总重量计)被进一步降低，这有助于其他过滤步骤，因为降低了由脂肪颗粒引起的堵塞。此外，与巴氏消毒法(在高于75℃的温度下进行)相比，MF1步骤确保了脱脂乳中存在的乳清蛋白保持它们的天然状态。其结果是，乳清蛋白不与它们自身或者酪蛋白胶束复合，因此优化了可用于随后的MF2步骤的膜渗透的乳清蛋白水平。
MF1步骤的渗余物(MFR1)包含细菌污染物，MF1步骤的渗透物(MFP1)包含脱脂乳的所有有益成分，例如酪蛋白、乳清蛋白、乳糖和矿物质。
本发明不排除使用热处理过的动物脱脂乳，这种动物脱脂乳不经历MF1步骤。然后，热处理过的动物脱脂乳或MF1步骤的渗透物(MFP1)被引入第二微滤(MF2)步骤。
MF2
在微滤步骤2(MF2)中，脱脂乳被分级成两种不同的流，每一种均富含特定的蛋白质类型；产生了富含酪蛋白的渗余物和富含乳清蛋白的渗透物。蛋白质类型的这一分级引起两种流在宏观营养组成(macronutritional composition)和矿物质分布方面发生伴随的改变。
MF2步骤的引入流，可以是热处理过的动物脱脂乳或者源于MFP1的液态组合物，具有低的脂肪含量，基于引入流的总重量计，优选为低于0.5重量％，优选低于0.2重量％，更优选低于0.1重量％。由于该低的脂肪含量，MF2步骤中的微滤膜不被迅速污染。
MF2步骤经由陶瓷膜——优选孔隙率为0.10-0.30微米——或螺旋缠绕的有机膜——优选孔隙率为0.10-0.35微米——进行。MF2步骤优选采用4-8、优选5-7、最优选5.5-6.5的体积浓缩因子(VCF)进行。MF2步骤优选在低于75℃的温度下进行，更优选在10℃至70℃之间，甚至更优选在25℃至70℃之间，最优选在40℃至60℃之间。
当采用所述的孔径和VCF时，渗余物MFR2包含非常少的乳清蛋白，优选基于蛋白质的总重量计少于15重量％，并具有高的酪蛋白含量，基于MFR2的干燥重量计优选至少55重量％，更优选60-65重量％，最优选59-61重量％的酪蛋白。MFR2流中的总固体含量优选为基于MFR2流的总重量计至少20重量％。使用至少4的VCF可容易地在MFR2流中达到这样高的酪蛋白水平，这对于平衡最终产物中的蛋白质/矿物质比例是有利的。特别有利的是，动物脱脂乳没有接受任何高于75℃的热处理，优选不高于70℃，最优选不高于60℃，因为这些热处理导致乳清蛋白显著变性，这损害MF2步骤中酪蛋白和乳清蛋白的分配。变性的乳清蛋白趋于与酪蛋白胶束聚集，因此，MFR2可随后包含大量的乳清。
一些残留的乳清蛋白总是存在于MFR2流中，首要地是由于不是所有的包含乳清蛋白的液体都被挤压通过微孔过滤器。取决于脱脂乳的确切组成以及预处理的性质(例如，热处理或MF1)，MFR2流中的乳清蛋白的量可能会不同。如果需要，可以通过渗透而进一步降低乳清蛋白含量。然而，渗透需要许多额外的水并且不是优选的。优选地，仔细选择VCF以获得基于总蛋白质的重量计乳清蛋白含量低于15重量％的MFR2。
优选MF2步骤的渗透物(MFP2)含有非常少的酪蛋白，具体而言，基于MFP2总干燥重量计至多1.0重量％的酪蛋白，优选基于总干燥重量计至多0.5重量％的酪蛋白。由于二价离子难以通过其他的过滤步骤被除去，因此，期望MFP2中的二价离子的含量足够低。而且，已经发现仔细控制VCF可导致在MFP2流中获得有益含量的乳清和二价离子。在这方面，优选MFP2中的乳清含量为至少95重量％，更优选至少98重量％，更优选至少99重量％，最优选至少99.5重量％，基于MFP2中蛋白质总重量计。基于MFP2总干燥重量，乳清蛋白含量优选为至少5重量％，更优选6-20重量％，最优选7-15重量％。磷/蛋白重量比例优选为至多1/12。磷和钙尤其被保留在渗余物中，因为它们与胶束酪蛋白相关。相反，高水平的一价离子(Na、K、Cl)渗透进入MFP2流中。在本发明方法的稍后阶段中，这些一价离子很容易通过超滤和任选地纳滤而除去。
在一个优选的实施方案中，仔细选择体积浓缩因子以产生具有上述特征的MFR2流——即包含基于总蛋白质计至多15重量％的乳清蛋白和基于MFR2干燥重量计至少55重量％的酪蛋白——和具有上述特征的MFP2流——即包含基于MFP2总干燥重量计至多1.0重量％的酪蛋白、优选至少5重量％的乳清蛋白，并且磷/蛋白重量比例优选为至多1/12。
因此，已经发现了将MF2步骤中的VCF保持在规定的范围内既获得富含最佳组成的酪蛋白的MFR2流又获得富含最佳组成的乳清蛋白的MFP2流，这有助于采用最低限度的处理步骤生产婴儿配方乳基础产品。
纯粹作为一种理论实践，如果将富含酪蛋白的MFR2流和富含乳清蛋白的MFP2流一起混合而不以适当比例进一步修正以得到婴儿配方乳基础产品，即具有正确的蛋白质含量以及正确的大约40/60的酪蛋白/乳清蛋白重量比例，则将涌现出大量的组成问题。首先，乳糖以及所有的主要矿物质组分的含量现在高于目标值。特别是一价离子Na、K、Cl的水平比婴儿配方乳基础产品所允许的最高水平高若干倍。
根据本发明，由于需要大量的反渗透水以便将一价离子含量从如此高的最初水平成功地降低，这将大幅增加处理时间和成本，因此，不希望经由纳滤和渗透的组合除去一价离子。更重要的是，二价离子(Ca、Mg、P)在NF过程中具有非常高的拒收水平(rejectionlevel)，因此，它们保留在含有乳清蛋白的渗余物中。因此，在蛋白质平衡的婴儿配方乳基础产品中混合NF/DF渗余物与富含酪蛋白的MFR2，Mg和P将会极大地保持在最高水平之外。
类似地，采用电渗析或离子交换去除矿物质将会使矿物质降低至不合需要的低数值。而且，这些是低效并且昂贵的操作。目前发现，使MFP2经过UF处理有效并且低成本地将乳清流中的矿物质含量降低至期望的量。
UF
根据本发明，将源于MFP2的液态组合物引入超滤(UF)步骤，其中大部分液体和小分子溶质最终处于UF渗透物(UFP)中，而UF渗余物(UFR)包含所有的或几乎所有的乳清蛋白，体积较小。渗透穿过UF膜的小分子为例如乳糖、一价和二价离子。
UF步骤的引入流是源于MFP2的液态组合物，优选包含基于总干燥重量计至多1重量％的酪蛋白以及至多为1/12的磷/蛋白重量比例。UF步骤优选使用分子量截留值为至多25kDa的膜，更优选至多10kDa，并且优选至少2.5kDa，更优选至少5kDa；并采用3-7、优选4-6的体积浓缩因子进行操作。UF步骤优选在低于40℃进行，更优选在3℃至30℃之间，甚至更优选在5℃至20℃之间。
使用这样的方法参数，UF渗余物(UFR)流通常包含基于UFR总干燥重量计22-33重量％、优选22-30重量％的乳清蛋白，并通常具有在1/40至1/100之间的磷/蛋白重量比例，优选在1/45至1/75之间，更优选在1/50至1/60之间。体积浓缩因子决定有多少矿物质和乳糖渗透穿过膜，这对于最终产品中不同成分的含量而言是重要的。VCF还决定有多少液体没有被挤压穿过UF膜以及有多少液体保留在渗余物中。这种渗余物液体仍然包含小分子溶质，它们也是与被挤压穿过膜的液体一起被渗透。因此，高VCF数值导致UFR流中增加的乳清蛋白浓度以及较低数值的磷/蛋白重量比例，而低VCF数值引起UFR流中较低的乳清蛋白水平以及增加的磷/蛋白重量比例。优选磷/蛋白重量比例不超过1/40，因为这将导致最终产品具有过高的磷含量。此外，如果磷/蛋白重量比例低于1/100，则可能需要向最终产品中补充额外的磷酸盐。因此，UFR流中磷/蛋白重量比例优选在1/40至1/100之间。
在一个优选的实施方案中，仔细选择体积浓缩因子以产生具有上述特征的UFR流，即包含基于总干燥重量计22-33重量％，优选22-30重量％的乳清蛋白，以及1/40-1/100、优选1/45-1/75、更优选1/50-1/60的磷/蛋白重量比例。
具有这些特征的UFR特别适合与MFR2组合，因为这种组合使得组合物中的大多数成分在用于婴儿配方乳基础产品的期望的范围之内。
UFP流富含乳糖，这是一种适用于多种目的的有价值的产品，例如可任选在稍后的阶段以去除矿物质的形式将其重新引入到方法中。乳糖的去除矿物质化通过将乳糖从UFP流中结晶而有效地进行，在所述方法中所有的矿物质保留在溶液中。
NF
任选地，可将源于UFR的液态组合物通过纳滤(NF)步骤进一步浓缩，所述纳滤步骤使用小孔径的膜。只有水和一价离子穿过这种膜，得到乳清流的浓缩物，这使得本发明的方法更加具有成本效益，例如通过在最终步骤中减少蒸发和混合成本。使用NF，大量的水可通过具有成本效益的膜过滤技术而除去。例如，使用4的VCR可以除去75％的水。此外，取决于引入的脱脂乳的性质和确切组成，进一步降低源于UFR流的液态组合物中的一价离子含量可能是必要的。因此，引入的源于UFR流的液态组合物可能仍然具有稍高的钠和钾离子含量，因此，最终产品的组合物可以从额外的NF步骤中获益。然而，不执行NF步骤时也可以获得有利的结果。
NF步骤通常使用具有分子量截留值为至多500Da、优选至多300Da并且至少100Da、优选至少150Da的膜，例如螺旋缠绕的膜，并且通常采用2-10、优选3-5的体积浓缩因子进行操作。NF步骤优选在低于40℃下进行，更优选在3℃至30℃之间，甚至更优选在5℃至20℃之间。
相对于源于UFR流的液态组合物，NF渗余物(NFR)流进一步集中了乳清蛋白，并在一定程度上降低了一价离子含量。NF渗透物(NFP)主要包含水和一价离子。
优选地，本发明方法的UF和NF步骤是各自独立地在没有通过渗透增强的情况下进行的。渗透要求添加流体，例如去除矿物质的水，这将降低本发明方法的效率。
混合
源于UFR流的组合物或者任选源于NFR流的组合物是适合与源于MFR2流的组合物的一部分重组合以生产具有正确的蛋白质含量以及正确的酪蛋白/乳清蛋白重量比例的婴儿配方乳基础产品的理想组合物。在这方面，应理解的是，在本发明的上下文中，UFR流、NFR流和/或MFR2流在混合步骤之前无论何时各自独立地经历额外的处理步骤，它们将仍然被分别认为是源于UFR流、NFR流和/或MFR2流的组合物。源于UFR的组合物或源于NFR的组合物与源于MFR2的组合物的量是如此选择的，以使得最终产品中酪蛋白/乳清蛋白的重量比例在30/70至50/50之间，优选在35/65至45/55之间，更优选约40/60。
源于MFR2流的组合物与源于UFR流的组合物或任选与源于NFR流的组合物的混合，可以以湿式混合的形式进行，其中将各液态组合物以适当的量进行混合。这些液态组合物在混合前可经历进一步的处理，例如溶剂的部分蒸发。优选地，在混合后将液态组合物干燥成粉末。在另一实施方案中，将酪蛋白流和乳清蛋白流进行干式混合，其中每一种流在混合前被分别干燥。液态组合物的干燥可以在混合之前或者之后，优选通过将组合物喷雾干燥成粉末而进行，任选在此之前进行液体的部分蒸发。
在本发明的一个特别优选的实施方案中，混合是使用适量的液态流进行(湿式混合)，之后将混合物干燥，优选喷雾干燥。在此，在婴儿配方乳基础粉末的生产中只需要一个干燥步骤。通常，需要更多的干燥步骤，例如含有酪蛋白的组合物的干燥以及含有乳清蛋白的组合物的干燥。干燥，例如喷雾干燥，是一种昂贵的过程，其通常在高温下进行，例如高于150℃或者甚至高于180℃。将喷雾干燥步骤的数量降低至一个极大地改善了方法的效率。此外，根据本发明的这一优选实施方案，额外的方法步骤例如部分蒸发可在混合之前或者在混合与喷雾干燥之间进行。
优选源于MFR2流的组合物和源于NFR流的组合物或者任选源于NFR流的组合物中的每一种，在混合时，包含基于各个流总重量计至少60重量％、优选70-98重量％的水。应理解的是，各个流中水的确切含量可取决于所使用的具体工艺参数以及引入的脱脂乳的组成而变化。因此，源于MFR2流的组合物可优选包含基于源于MFR2流的组合物总重量计70-90重量％的水、更优选74-82重量％的水，且源于UFR流的组合物可优选包含基于源于UFR流的组合物总重量计80-98重量％的水，更优选87-95重量％的水。当对源于UFR流的液态组合物使用纳滤时，源于NFR流的组合物可优选包含基于源于NFR流的组合物总重量计70-90重量％的水，更优选75-85重量％的水。
非常有利的是，在混合时，除酪蛋白和乳清蛋白外的必要组分的含量为目标值或低于目标值。当一种具体组分的含量低于目标值时，可以向最终产品中补充该组分，然而，当其含量高于目标值时，将其除去可能是成问题的。因此，本发明方法的目的之一是使乳糖、脂肪、灰分、磷、钙、镁、钠、钾和氯中每一种的含量为目标值或低于目标值。优选就已知方法而言，对补充额外矿物质的需要降低。因此，优选磷、钙、镁、钠、钾和氯中至少一种的含量为目标值，更优选磷、钙、镁、钠、钾和氯中至少两种的含量为目标值，甚至更优选磷、钙、镁、钠、钾和氯中至少三种的含量为目标值，甚至更优选磷、钙、镁、钠、钾和氯中至少四种的含量为目标值，最优选磷、钙、镁、钠、钾和氯中至少五种的含量为目标值。如果一种或多种矿物质的含量低于目标值，可能需要采用那种特定的矿物质进行强化。例如，钙的含量可能低于目标值，因此，可能需要采用钙进行强化。因此，在一个优选的实施方案中，采用低于目标值的任意成分对最终产品进行补充。
因此，当源于UFR的组合物或源于NFR的组合物与源于MFR2的组合物以适当比例组合以获得具有所需的酪蛋白/乳清蛋白重量比例的组合物时，离子例如磷、钠、钾、氯和镁的含量有利地在期望的范围之内。使用本发明的方法，优选在最终产品中只需要采用额外的钙进行强化。
作为本发明方法的结果，脂肪含量可能低于用于婴儿配方乳基础产品的目标值，因为当源于MF2步骤的组合物的引入的脱脂乳中的脂肪含量最小时，该方法最高效地运行。因此，最终产品可能需要补充脂肪，这使得可以补充专门设计的脂肪组分，这对婴儿营养物而言是理想地适合的。此外，最终产品中的乳糖含量可能低于目标值。乳糖的补充使用结晶乳糖容易地完成。然而，也可以使用其他来源的乳糖。乳糖可以以干燥形式，优选结晶形式，在混合之前添加至待混合的一种或两种流中。适宜来源的乳糖和/或脂肪是包含期望量的乳糖和/或脂肪的组合物。
特定成分的补充和/或强化可以在源于UFR的组合物或源于NFR的组合物与源于MFR2的组合物混合之前、期间或之后进行，和/或在干燥步骤之前、期间或之后进行。在一个优选的实施方案中，补充是在湿式混合之前在待混合的一种或两种流中进行。
在一个实施方案中，本发明涉及动物脱脂乳的处理方法，包括以下(任选的和必要的)步骤：
(a)将乳清蛋白浓缩物和酪蛋白源混合，所述乳清蛋白浓缩物包含基于乳清蛋白浓缩物的总干燥重量计至多1重量％、优选至多0.5重量％的酪蛋白和22-33重量％、优选22-30重量％的乳清蛋白，并具有在1/40至1/100之间、优选在1/45至1/75之间、更优选在1/50至1/60之间的磷/蛋白重量比例，由此获得酪蛋白/乳清蛋白重量比例为30/70-50/50、优选在35/65至45/55之间、更优选约40/60的组合物。
(b)任选补充乳糖、钙和脂肪中的一种或多种。
(c)任选将混合物蒸发和/或喷雾干燥成粉末。
在本文中，步骤(a)、(b)和(c)可按随机顺序进行。
优选所述乳清蛋白浓缩物和所述酪蛋白源两者均来源于动物脱脂乳。还优选所述乳清蛋白浓缩物和所述酪蛋白源两者在混合之前均未经历高于75℃的热处理，优选不高于70℃，最优选不高于60℃。如此，大多数乳清蛋白是以它们天然的状态存在的，优选至少80％的乳清蛋白没有变性，更优选90％、甚至更优选至少95％的乳清蛋白没有变性。
本发明的方法相对于现有技术来说是一种极大的改进，因为经由所述方法的动物脱脂乳的人乳化获得了这样的组合物，其中绝大多数成分非常接近于它们在人乳中含量。为了获得完全均衡的婴儿配方乳基础产品，只需要添加脂肪和任选的一些乳糖和钙。此种完全均衡的产品是通过包含简单的且具有成本效益的过滤步骤的方法获得的，不需要昂贵的去除矿物质的步骤。
产品
本发明还涉及通过上述方法获得的产品。
通过本发明的UF步骤获得的包含乳清蛋白的组合物在之前的现有技术中没有描述过。本发明的方法，首次，在UF步骤中除去“骤中足够量够的矿物质，得到乳清蛋白浓缩物，其包含基于乳清蛋白浓缩物的总干燥重量计至多1重量％、优选至多0.5重量％的酪蛋白和22-33重量％、优选22-30重量％的乳清蛋白，并具有在1/40至1/100之间、优选在1/45至1/75之间、更优选在1/50至1/60之间的磷/蛋白重量比例。这样的乳清蛋白浓缩物理想地适合与含有酪蛋白的组合物、优选胶束酪蛋白分离物(MCI)重组合以获得婴儿配方乳基础产品。
在一个优选的实施方案中，所述乳清蛋白浓缩物包含大部分以其天然状态存在的乳清蛋白，优选至少80％的乳清蛋白、特别是β-乳球蛋白没有变性，更优选至少90％、甚至更优选至少95％的乳清蛋白没有变性。由于本发明的方法不需要热处理，因此，该高水平的以其天然状态存在的乳清蛋白、特别是β-乳球蛋白是可实现的。
在另一实施方案中，本发明涉及通过本发明的方法获得的婴儿配方乳基础产品。此种婴儿配方乳基础产品可以是喷雾干燥的粉末，基于粉末总重量计的含水量低于5重量％，优选低于3重量％。通过源于MFR2流的组合物与源于UFR流的组合物或源于NFR流的组合物的湿式混合获得的液态组合物——其没有经历过干燥步骤——也可被认为是婴儿配方乳基础产品。此种婴儿配方乳基础产品与现有技术的婴儿配方乳基础产品的区别在于，其包含大部分以其天然状态存在的乳清蛋白，优选至少80％的乳清蛋白没有变性，更优选至少90％、甚至更优选至少95％的β-乳球蛋白没有变性。
在本发明的上下文中，蛋白质的“本发明的上应理解为没有变性，即蛋白质的三级结构是完整的。其天然状态存在的β-乳球蛋白的量可通过反相高效液相色谱法(ISO13875/IDF 178)测量酸溶解的β-乳球蛋白含量的水平而确定。
定义
在本文中，“本文中，量的水平而是液态或粉末状组合物，包含所需量的所有或几乎所有必要成分。在本发明的上下文中，婴儿配方乳中一种或少数几种成分以非常低的量(即低于目标值)存在的组合物也被认为是婴儿配方乳基础产品。
所述“体积浓缩因子。数几VCF”是液态组合物在过滤时被浓缩的因子，即过滤之前引入流的总体积除以过滤后渗余物的总体积，不考虑总固体含量。因此，当5L的液态组合物经由微孔过滤器被分级成4L的渗透物和1L的渗余物时，该MF方法采用的VCF是5/1＝5。
术语“目标值(on target)”是指组合物中一种具体组分的含量如下，当从所述组合物生产婴儿配方乳时，该特定组分的含量在该组分的法定要求范围之内。用于婴儿配方乳和婴儿配方乳基础产品的这些法定要求是本领域技术人员已知的，可以从例如EFSA和/或FDA获得。
每当(液态)组合物被提及为“当(液某一方法步骤的渗余物或渗透物，例如源于MFP1、源于MFR2、源于MFP2、源于UFR或源于NFR时，所述(液态)组合物可以是通过所述方法步骤直接获得的组合物，如作为渗透物或作为渗余物。此外，如果这样直接获得的组合物经历一个或多个额外的步骤，例如部分蒸发和/或补充水或其他组分，则该(液态)组合物仍然被认为是源于那个特定方法步骤。因此，如果MF2步骤的渗透物在其进入UF步骤之前进行了部分蒸发，则UF步骤的引入流被认为是源于MFP2的液态组合物。
实施例
以下方法旨在例证本发明，而不是限制性的。
方法学
钙、钠、钾和镁的含量是经由原子吸收光谱测定法(ISO 8070/IDF119)测定的。磷含量是经由分子吸收光谱法(ISO 9874/IDF 42)测定的。
蛋白质含量(N*6.38)是采用FT001/IDF 20-3测定的，酪蛋白含量是采用IDF29-1/ISO17997-1:2004测定的，乳清蛋白含量(NCN，非-酪蛋白氮*6.38)是采用FT003测定的，非-蛋白氮(作为N)是采用FT419IDF20部分4测定的。
MF1
将未消毒的生牛乳(Dairygold,Mitchelstown,Cork,Ireland)在50℃进行离心分离(脱脂)以除去脂肪。然后，采用配有membralox 1.4μm陶瓷膜(表面积～6.5m2)的MFS19试验过滤装置(pilot filtration plant)(Tetra Pak)对所述脱脂乳(600kg)进行微滤。过滤方法是在50℃进行的，采用10的容量浓缩因子(VCF＝10)以及750L/hr的进料流速，得到50kg MF1渗余物(MFR1)和550kg MF1渗透物(MFP1)。进料(脱脂乳)以及MF1渗透物流和渗余物流的组成分析在表1中列出。
表1.进料、MF1步骤之后的渗余物(MFR1)流和渗透物(MFP1)流的组成分析。
MFP1流包含脱脂乳的所有有益成分，但是没有可检测到的细菌污染物。脂肪的量从在脱脂乳中基于总干燥重量计0.64重量％降低至在MFP1流中基于总干燥重量计0.48重量％。
MF2
将MFP1流(300kg)进行微滤，使用配有三个Isoflux陶瓷MF膜(0.14μm，总表面积1.5m2)的Model F试验过滤装置(GEA)用于错流过滤(TAMI Industries)。过滤方法是在50℃下进行的，采用6的体积浓缩因子(VCF＝6)以及1600L/hr的渗余物流速，得到50kg富含胶束酪蛋白的渗余物和250kg富含乳清蛋白的渗透物。MF渗透物流和渗余物流的组成分析在表2中列出。
表2.MF2步骤之后的MF2渗余物(MFR2)流和MF2渗透物(MFP2)流的组成分析
MFR2流已经富集了酪蛋白，达到基于总干燥重量计>60重量％的水平，并且基于MFR2流的总重量计，总固体含量为至少20重量％。乳糖水平降低至基于总干燥重量计～16重量％的水平，以灰分表达的矿物质水平增加至基于总干燥重量计～8.8重量％，最初的MF步骤之后剩余的乳脂肪富集于MFR2流中(～2.0重量％，基于总干燥重量计)。
MF2过程中产生的MFP2流具有非常低的蛋白质，基于总干燥重量计～9.6重量％，并且不含有酪蛋白。乳糖水平非常高，基于总干燥重量计～83重量％，而以灰分表达的矿物质含量较低，基于总干燥重量计～7.8g重量％。Na、K、Cl的一价离子水平在渗透物流中较高，而镁以相似的水平保留在两种物流中。MFP2流包含以1/15.5的磷/蛋白重量比例存在的蛋白质和磷。
UF
将MFP2流(250kg)进行超滤(UF)，使用配有分子量截留值(MWCO)为5kDa的螺旋缠绕的聚合物膜(Synder,type 3838)的Model F试验过滤装置(GEA)。UF方法是在10℃进行的，采用5的体积浓缩因子(VCF＝5)以及1600L/hr的渗余物流速，得到富集了乳清蛋白的渗余物(50kg)和包含高水平乳糖和灰分的渗透物(200kg)。MF渗透物流和渗余物流的组成分析在表3中列出。
UFR流包含基于总干燥重量计～26重量％的蛋白质含量，和基于UFR流的总重量计7.0重量％的总固体含量。与引入的MFP2流相比，一价离子(Na、K、Cl)水平以及乳糖含量均降低。UFR流包含以1/56.4的磷/蛋白重量比例存在的蛋白质和磷。
UFP流完全不含蛋白质，富含一价离子和乳糖。
表3.UF步骤之后UF渗余物(UFR)流和UF渗透物(UFP)流的组成分析
混合
在最终的过滤步骤之后，在单效降膜蒸发器(single effect falling filmevaporator)上，将UFR流在65℃蒸发至基于总重量计60重量％的固体含量，使之过夜结晶，然后在配有旋转雾化器的单级干燥器(Anhydro Lab F1)上喷雾干燥，进口/出口温度分别为182/83℃。使用相似的条件将包含酪蛋白、基于总重量计固体含量为～22重量％的MFR2流喷雾干燥。由于该流具有高的蛋白质含量，因此不需要预先蒸发。
将UFR流和MFR2流的粉末重组合为婴儿配方乳基础产品(10kg批次)，其中酪蛋白/乳清蛋白的重量比例为40/60。为了达到目标婴儿配方乳基础产品的宏观营养组成，补充添加了乳糖和脂肪混合物。在20℃进行成分再水化使固体含量为～30重量％，之后测量pH为6.85。使用Microthermics(NC,USA)间接管式热交换器将该配方乳在90℃加热处理1分钟，在加热段的下游区在65℃下进行均质化，分别使用138巴和34巴的第一和第二阶段压力(GEA Niro-Soavi)进行。将配方乳冷却至35℃，立即喷雾干燥，进口/出口温度分别为175/90℃。所生产的婴儿配方乳基础产品的组成分析(IMF所生产的)以及婴儿配方乳基础粉末中宏观营养物和矿物质的目标值范围(IMF目标值)在表4中给出。
表4.由UFR和MFR2生产的婴儿配方乳基础产品的组成分析
结论
可清楚的看到，除了很容易添加的和/或强化的钙之外，所生产的婴儿配方乳基础产品与目标配方乳在宏观营养和矿物质含量方面均非常匹配，并且所有组分均落入允许的范围之内。
Claims (19)
1.用于制备婴儿配方乳基础产品的方法，包括：
(a)动物脱脂乳经由孔隙率为0.10-0.30微米的陶瓷膜或孔隙率为0.10-0.35微米的螺旋缠绕的有机膜进行的微滤步骤(MF2)，采用4-8的体积浓缩因子进行操作，得到渗余物(MFR2)和渗透物(MFP2)；
(b)源于MFP2的液态组合物经由分子量截留值为至多25kDa的膜进行的超滤步骤(UF)，采用3-7的体积浓缩因子进行操作，得到渗余物(UFR)和渗透物(UFP)；
(c)将源于MFR2的组合物与源于UFR的组合物混合，由此获得酪蛋白/乳清重量比例为30/70-50/50的组合物。
2.用于制备婴儿配方乳基础产品的方法，包括：
(a)动物脱脂乳经由孔隙率为0.10-0.30微米的陶瓷膜或孔隙率为0.15-0.35微米的螺旋缠绕的有机膜进行的微滤步骤(MF2)，得到渗余物(MFR2)和渗透物(MFP2)，所述渗余物(MFR2)包含基于总蛋白质计至多15重量％的乳清蛋白和基于MFR2的干燥重量计至少55重量％的酪蛋白，所述渗透物(MFP2)包含基于MFP2总干燥重量计至多1.0重量％的酪蛋白；
(b)源于MFP2的液态组合物经由分子量截留值为至多25kDa的膜进行的超滤步骤(UF)，得到渗余物(UFR)和渗透物(UFP)，所述渗余物包含基于总干燥重量计22-33重量％的乳清蛋白和在1/40至1/100之间的磷/蛋白重量比例；
(c)将源于MFR2的组合物与源于UFR的组合物混合，由此获得酪蛋白/乳清重量比例为30/70-50/50的组合物。
3.用于制备婴儿配方乳基础产品方法，包括：
(a)动物脱脂乳经由孔隙率为0.10-0.30微米的陶瓷膜或孔隙率为0.10-0.35微米的螺旋缠绕的有机膜进行的微滤步骤(MF2)，采用4-8的体积浓缩因子进行操作，得到渗余物(MFR2)和渗透物(MFP2)，所述渗余物(MFR2)包含基于总蛋白质计至多15重量％的乳清蛋白和基于MFR2的干燥重量计至少55重量％的酪蛋白，所述渗透物(MFP2)包含基于MFP2总干燥重量计至多1.0重量％的酪蛋白；
(b)源于MFP2的液态组合物经由分子量截留值为至多25kDa的膜进行的超滤步骤(UF)，采用3-7的体积浓缩因子进行操作，得到渗余物(UFR)和渗透物(UFP)，所述渗余物包含基于总干燥重量计22-33重量％的乳清蛋白和在1/40至1/100之间的磷/蛋白重量比例；
(c)将源于MFR2的组合物与源于UFR的组合物混合，由此获得酪蛋白/乳清重量比例为30/70-50/50的组合物。
4.权利要求1-3中任一项的方法，不包含电渗析和/或离子交换。
5.权利要求1-4中任一项的方法，其中步骤(b)不与渗透组合。
6.权利要求1-5中任一项的方法，其中源于MFR2的组合物和源于UFR的组合物在步骤(c)之前，各自独立地具有基于其各自总重量计至少60重量％的含水量。
7.权利要求1-6中任一项的方法，在步骤(c)之前不包含喷雾干燥步骤。
8.权利要求1-7中任一项的方法，其中在步骤(c)之前的温度不超过75℃，优选不超过60℃。
9.权利要求1-8中任一项的方法，其中所述动物脱脂乳是源于微滤步骤(MF1)的渗透物(MFP1)，所述微滤步骤经由孔隙率为1.0-2.0微米的膜进行，得到渗余物(MFR1)和渗透物(MFP1)。
10.权利要求1-9中任一项的方法，进一步包含，源于UFR的液态组合物经由分子量截留值为至多500Da的膜进行的纳滤步骤(NF)，得到包含乳清的渗余物(NFR)和渗透物(NFP)，其中源于NFR的液态组合物用于步骤(c)。
11.权利要求1-10中任一项的方法，包含在步骤(b)之后补充脂肪源、乳糖源和钙源中一种或多种。
12.权利要求1-11中任一项的方法，进一步包含在步骤(c)之后的喷雾干燥步骤。
13.组合物，包含基于组合物总干燥重量计至多1重量％的酪蛋白和22-33重量％的乳清蛋白，并具有在1/40至1/100之间的磷/蛋白重量比例。
14.权利要求13的组合物，其中至少80％的乳清蛋白以其天然状态存在。
15.用于制备婴儿配方乳基础产品的方法，包含将权利要求13-14中任一项的组合物与酪蛋白源混合的步骤，由此获得酪蛋白/乳清重量比例为30/70-50/50的组合物。
16.权利要求15的方法，其中所述酪蛋白源源于动物脱脂乳的微滤渗透物。
17.权利要求15-16中任一项的方法，其中权利要求9或10的组合物与酪蛋白源均具有基于其各自总重量计至少60重量％的含水量。
18.权利要求15-17中任一项的方法，进一步包含在混合步骤之后的喷雾干燥步骤。
19.通过权利要求1-12或15-18中任一项的方法获得的婴儿配方乳基础产品。
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