CN110367339B - 一种富含κ-酪蛋白乳清粉及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了富含κ‑酪蛋白乳清粉及其制备方法和应用，属于乳品生产领域。本方法以脱脂乳为原料，陶瓷膜微滤进行除菌、分离、超滤提纯浓缩、喷雾干燥步骤制备富含κ‑酪蛋白乳清粉。该方法制备的富含κ‑酪蛋白乳清粉质量纯度≥90％，其中，κ‑酪蛋白质量百分含量约为20‑35％。本方法具有操作简单、生产流程少、可操作性强、无污染等特点。κ‑酪蛋白多为生物活性的蛋白来源，在新生儿的肠道中有促进双歧杆菌生长的作用，有利于婴幼儿的防止腹泻。基于婴幼儿配方乳粉的发展以参照母乳蛋白成分及配比为黄金标准，所得的原料可用于调整婴幼儿配方乳基料的蛋白结构，使得婴幼儿配方乳中的乳蛋白结构更接近于母乳。
Description
技术领域
本发明涉及乳品加工领域，更具体地说，涉及一种婴幼儿配方粉乳基料的制备方法。
背景技术
婴幼儿配方奶粉的配料，尤其是乳清粉，依赖进口严重，主要进口国为美国、新西兰和澳大利亚等，使得婴儿配方乳粉质量和价格受国外因素影响严重，因此，乳基料的国产化是一个亟待于解决的问题，而我国缺少高纯度、高稳定性及多功能性乳清粉等高品质乳基配料的高效制备。乳蛋白常作为营养强化剂在婴幼儿配方乳粉中大量使用，酪蛋白更是配方奶粉配料不可缺少的部分，牛乳酪蛋白和母乳酪蛋白的差异性为母乳不含有as-酪蛋白，为了使得配方乳粉更接近母乳，目前很多乳品企业致力于制备生产β和κ-酪蛋白，而婴儿的胃肠发育不全，以肠道为蛋白质的消化场所，区别于成年人的胃消化蛋白，使得婴儿对β-酪蛋白的消化不完全，产生β-酪蛋白的A1亚型中的β-酪啡肽-7(BCM-7)，并且基于婴儿肠道首先消化吸收分子量较大的蛋白,使得对BCM-7吸收量加大，而BCM-7会引起婴儿的消化不良，表现为延缓胃肠运作、产生肛屡等，而除去β-酪蛋白A1亚型中的β-酪啡肽-7(BCM-7)无疑会增加婴幼儿配方乳粉的生产成本且具有产量低、操作复杂等缺点。κ-酪蛋白存在于酪蛋白的胶束表面，形成类似保护膜来稳定酪蛋白的胶束体，可通过调控pH及温度来破坏酪蛋白胶束，使得酪蛋白胶束表层的κ-酪蛋白溶入乳清中。除此之外，κ-酪蛋白多为生物活性的蛋白来源，在新生儿的肠道中有促进双歧杆菌生长的作用，有利于婴幼儿的防止腹泻，因此，提高κ-酪蛋白作为功能性蛋白，提高其在婴儿配方乳粉中含量，将会是婴儿配方乳粉发展的一个趋势。本发明提出一种富含κ-酪蛋白的乳清粉的制备方法是提高配方乳粉的功能性的一个新的途径。
发明内容
为解决现有技术的问题，本发明提供一种富含κ-酪蛋白乳清粉的制备方法，以脱脂乳为原料，陶瓷膜微滤进行除菌、分离、超滤提纯浓缩、喷雾干燥步骤制备富含κ-酪蛋白乳清粉，其目的在于通过获得的富含κ-酪蛋白乳清粉对婴幼儿配方粉蛋白组成结构进行调整，将具有促进婴儿肠道健康的κ-酪蛋白添加到婴幼儿配方粉中，改善婴儿乳粉蛋白组成结构，使得婴幼儿配方乳粉中的蛋白更接近母乳，并提高婴幼儿配方乳粉的功能性。采用本发明的方法制备的κ-酪蛋白乳清粉保持了原乳蛋白特点，以不破坏蛋白单体结构为前提，采用多次膜分离技术，具有安全性高、纯度高、易操作及可生产标准化等特点。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种富含κ-酪蛋白乳清粉的制备方法，乳脂肪通过800nm-1.4μm的陶瓷膜分离技术对脱脂乳进行除菌操作，而后通过孔径为50-100nm的陶瓷膜分离技术进行微滤除去酪蛋白胶束体，后选3-5kd的超滤膜分离技术进行浓缩，每次洗滤3-5次，最后喷雾干燥保存。具体包括如下步骤：
(1)微滤除菌：将脱脂乳通过陶瓷膜分离技术进行第一次微滤分离用以除菌，得到透过液A，为微滤除菌后的脱脂乳；其中，第一次微滤处理的条件为：选用陶瓷膜的孔径为800nm-1.4μm，处理温度为4-10℃，进膜压为0.2-0.4MPa，出膜压为0.3-0.4MPa。
(2)将步骤(1)得到的透过液A(微滤除菌后的脱脂乳)调节pH至6.8-8之间，除酪蛋白，通过陶瓷膜分离技术进行第二次微滤分离，得到透过液B和截留液；其中，第二次微滤分离的条件为：陶瓷膜的孔径为30-100nm，处理温度控制在70-90℃，进膜压为0.2-0.4MPa，出膜压为0.3-0.4MPa。
(3)向步骤(2)得到的截留液中加入水进行洗滤分离，得到透过液C；其中，洗滤分离加入的水体积为步骤(2)中得到的截留液体积的1-3倍；洗滤分离的条件为：陶瓷膜的孔径为30-100nm，处理温度控制在70-90℃，进膜压为0.2-0.4MPa，出膜压为0.3-0.4MPa；洗滤的次数为3-5次。
(4)将步骤(2)得到的透过液B和步骤(3)得到的透过液C合并，得到κ-酪蛋白乳清粉粗产品。
(5)超滤提纯浓缩：将步骤(4)得到的κ-酪蛋白乳清粉粗产品通过截留分子量为3-5kd的超滤膜进行纯化浓缩分离，得到浓缩液，并向浓缩液加入水进行洗滤分离，得到水洗后的浓缩液，再将水洗后的浓缩液进行喷雾干燥，获取高纯度富含κ-酪蛋白乳清粉。
其中，纯化浓缩的条件为：操作温度为室温，超滤压力在0.3-0.5MPa之间；洗滤加入的水体积为浓缩液体积的1-3倍，洗滤的次数为3-5次。
根据上述的技术方案，优选的情况下，步骤(1)中，所述脱脂乳中乳脂肪含量＜2％。
根据上述的技术方案，优选的情况下，步骤(1)中，所述脱脂乳的制备方法为：离心脱脂：新鲜牛乳采用乳脂分离器通过离心，除去脂肪，使得进入陶瓷膜微滤设备的乳脂肪含量＜2％。
根据上述的技术方案，优选的情况下，步骤(1)中，所述脱脂乳也包括市售的脱脂乳。
根据上述的技术方案，优选的情况下，步骤(2)中，将步骤(1)得到的透过液A(微滤除菌后的脱脂乳)用碱性溶液调节pH至6.8-8之间，除酪蛋白。
根据上述的技术方案，优选的情况下，步骤(2)中，所述碱性溶液为氢氧化钠溶液、碳酸氢钠溶液等。
根据上述的技术方案，优选的情况下，步骤(5)中，所述超滤膜的材质可为聚醚砜、聚砜、再生纤维等。
根据上述的技术方案，优选的情况下，步骤(5)中，所述超滤膜的形式包括板式膜、卷式膜、膜片等流动式活端过滤。
根据上述的技术方案，优选的情况下，步骤(5)中，将步骤(4)得到的κ-酪蛋白乳清粉粗产品通过截留分子量为3-5kd的超滤膜进行纯化浓缩分离，得到浓缩液，并向浓缩液加入水进行洗滤，得到水洗后的浓缩液，待水洗后的浓缩液为κ-酪蛋白乳清粉粗产品浓缩3-5倍后，将水洗后的浓缩液进行喷雾干燥，获取高纯度富含κ-酪蛋白乳清粉。
根据上述的技术方案，优选的情况下，步骤(5)中，所述喷雾干燥的条件为：进风温度为170-190℃，出风温度为60-70℃，入料量为1.5-2L/h，压力在0.3-0.5MPa之间。
本发明还涉及保护利用上文所述方法制备的富含κ-酪蛋白乳清粉，不仅富集了传统的乳清粉，还含有高纯度的κ-酪蛋白，具体为：所述富含κ-酪蛋白乳清粉中，蛋白质量百分含量≥90％，其中κ-酪蛋白质量百分含量约为20-35％，杂质质量百分含量低于10％，细菌总数≤50000个/mL。
本发明还涉及富含κ-酪蛋白乳清粉在食品、保健品中应用，尤其是在婴幼儿配方乳粉中的应用。
本发明的技术创新在于：本发明以不破坏乳蛋白各组分活性前提下，采用多次膜分离技术获得富含κ-酪蛋白乳清粉，纯度(蛋白质量百分含量)≥90％，其中，κ-酪蛋白占蛋白总量的质量百分含量约为20-35％。除此之外，本技术方法具有操作简单，易控制，生产流程少等特点。κ-酪蛋白多为生物活性的蛋白来源，在新生儿的肠道中有促进双歧杆菌生长的作用，有利于婴幼儿的防止腹泻。基于婴幼儿配方乳粉的发展以参照母乳蛋白成分及配比为黄金标准，所得的原料可用于调整婴幼儿配方乳基料的蛋白结构，使得婴幼儿配方乳中的乳蛋白结构更接近于母乳，可为生产婴幼儿配方乳粉添加料提供理论基础，为以后功能性婴儿配方乳粉的制备提供新的产品及方法。
附图说明
图1为富含κ-酪蛋白乳清粉样品的电泳图；
图2为富含κ-酪蛋白乳清粉样品的实物图。
具体实施方式
下述非限定性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
本发明提供一种富含κ-酪蛋白乳清粉的制备方法，以新鲜牛乳为原料，离心，除去乳脂，使得牛乳中脂肪含量小于0.1％，采用陶瓷膜技术进行两次微滤后通过超滤膜技术进行浓缩，最后进行喷雾干燥，获得富含κ-酪蛋白的乳清粉。
下面通过实施案例对本发明进行说明。
实施例1
(1)以新鲜牛乳为原料，采用乳脂分离器于50-55℃，离心4000rpm，5min，除去脂肪，使得牛乳中脂肪含量小于0.1％，得到脱脂乳。
(2)选用1.4μm的陶瓷膜通过陶瓷膜微滤设备，在10℃进行微滤，进膜压力为0.2MPa，出膜压力为0.3MPa对脱脂乳进行第一次微滤除菌处理后，得到透过液A。
(3)用1.0mol/L的氢氧化钠溶液调节步骤(2)得到的透过液至pH＝7.0后转入50nm的陶瓷膜微滤设备中进行第二次微滤分离，得到透过液B和截留液；其中，第二次微滤的条件为：进膜压为0.2MPa，出膜压为0.3MPa，微滤温度设定为75℃。
(4)用75℃的去离子水对步骤(3)得到的截留液通过50nm的陶瓷膜微滤设备洗滤3次，得到透过液C；其中，每次洗滤加入的去离子水的用量均使得截留液补充后体积为原体积的一倍。
(5)将步骤(3)得到的透过液B和步骤(4)得到的透过液C合并，得到κ-酪蛋白乳清粉粗产品。
(6)将步骤(5)得到的κ-酪蛋白乳清粉粗产品采用5kD的聚醚砜膜进行膜片过滤，进行除杂浓缩，其中，超滤压力为0.3MPa，温度为25℃(室温)，得到浓缩液，用常温去离子水洗滤5次，浓缩5倍后，将该溶液进行喷雾干燥，喷雾进料温度为190℃，出料温度为70℃，压力为0.4MPa，流量为1.5L/h，获得富含κ-酪蛋白的乳清粉样品。其中，每次洗滤加入的去离子水体积为浓缩液体积的一倍。
图1为本实施中制备的富含κ-酪蛋白乳清粉样品电泳图。从图1中可以看出：样品的β-酪蛋白和α-酪蛋白较少，且与标准品对应，κ-酪蛋白位置有清晰条带与其对应，因而属于κ-酪蛋白，同时样品中还含有乳清蛋白中β-乳球蛋白和a-乳白蛋白。
图2为本实施例中制备的富含κ-酪蛋白乳清粉样品的实物图。从图2可以看出，样品偏白，呈微黄色。
本实施例富含κ-酪蛋白乳清粉样品相关指标见表1和表2。
表1实施例1中富含κ-酪蛋白乳清粉的样品质量百分含量
表2实施例1中富含κ-酪蛋白乳清粉的样品的溶解性(GB5413.29-2010)
从表1中看出样品的其他杂质仅为8.21％，其余均为蛋白质，且细菌总数符合标准。表2中可以看出样品的溶解性较好，不溶解率很低。
实施例2
(1)以新鲜牛乳为原料，采用乳脂分离器于50-55℃，离心4000rpm，5min，除去脂肪，使得牛乳中脂肪含量小于0.1％，得到脱脂乳。
(2)选用1.4μm的陶瓷膜通过陶瓷膜微滤设备对脱脂乳进行第一次微滤除菌，在10℃进行微滤，进膜压力为0.2MPa，出膜压力为0.3MPa处理后，得到透过液A。
(3)用1.0mol/L的氢氧化钠溶液调节步骤(2)得到的透过液至pH＝6.8后转入100nm的陶瓷膜微滤设备中进行第二次微滤分离，得到透过液B和截留液；其中，第二次微滤的条件为：进膜压为0.2MPa，出膜压为0.3MPa，微滤温度设定为80℃。
(4)用80℃的去离子水对步骤(3)得到的截留液通过50nm的陶瓷膜微滤设备洗滤3次，得到透过液C；其中，每次洗滤加入的去离子水的用量均使得截留液补充后体积为原体积的一倍。
(5)将步骤(3)得到的透过液B和步骤(4)得到的透过液C合并，得到κ-酪蛋白乳清粉粗产品。
(6)将步骤(5)得到的κ-酪蛋白乳清粉粗产品采用3kD的聚醚砜膜进行膜片过滤，进行除杂浓缩其中，超滤压力为0.3MPa，温度为25℃(室温)，得到浓缩液，用常温去离子水洗滤5次，浓缩5倍后，将该溶液进行喷雾干燥，喷雾进料温度为190℃，出料温度为70℃，压力为0.4MPa，流量为1.5L/h，获得富含κ-酪蛋白的乳清粉样品。其中，每次洗滤加入的去离子水体积为浓缩液体积的一倍。本实施例富含κ-酪蛋白乳清粉样品相关指标见表3和表4。
表3实施例2中富含κ-酪蛋白乳清粉的样品质量百分含量
表4实施例2中富含κ-酪蛋白乳清粉的样品的溶解性(GB5413.29-2010)
从表3中看出样品的其他杂质仅为9.24％，其余均为蛋白质，且细菌总数复符合标准。表4中可以看出样品的溶解性较好，不溶解率很低。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换、截取及改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种富含κ-酪蛋白乳清粉的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将脱脂乳通过陶瓷膜进行第一次微滤，得到透过液A；
其中，第一次微滤的条件为：陶瓷膜的孔径为800nm-1.4μm，处理温度为4-10℃，进膜压为0.2-0.4MPa，出膜压为0.3-0.4MPa；
（2）将步骤（1）得到的透过液A调节pH至6.8-8，通过陶瓷膜进行第二次微滤，得到透过液B和截留液；
其中，第二次微滤的条件为：陶瓷膜的孔径为30-100 nm，处理温度为70-90℃，进膜压为0.2-0.4MPa，出膜压为0.3-0.4MPa；
（3）向步骤（2）得到的截留液中加入水进行洗滤，得到透过液C；
其中，洗滤加入的水体积为步骤（2）中得到的截留液体积的1-3倍；洗滤的条件为：陶瓷膜的孔径为30-100 nm，处理温度为70-90℃，进膜压为0.2-0.4MPa，出膜压为0.3-0.4MPa；洗滤的次数为3-5次；
（4）将步骤（2）得到的透过液B和步骤（3）得到的透过液C合并，得到κ-酪蛋白乳清粉粗产品；
（5）将步骤（4）得到的κ-酪蛋白乳清粉粗产品通过截留分子量为3-5 kd的超滤膜进行纯化浓缩，得到浓缩液，并向浓缩液加入水进行洗滤，得到水洗后的浓缩液，再进行喷雾干燥，获取富含κ-酪蛋白乳清粉；
其中，所述超滤膜的材质为聚醚砜；纯化浓缩的条件为：温度为室温，超滤压力为0.3-0.5MPa；洗滤加入的水体积为浓缩液体积的1-3倍，洗滤的次数为3-5次。
2.步骤（1）中，所述脱脂乳中乳脂肪含量＜2%。
3.根据权利要求1所述的富含κ-酪蛋白乳清粉的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，将步骤（1）得到的透过液A用碱性溶液调节pH至6.8-8。
4.根据权利要求1所述的富含κ-酪蛋白乳清粉的制备方法，其特征在于，步骤（5）中，所述超滤膜的形式为板式膜、卷式膜或膜片。
5.根据权利要求1所述的富含κ-酪蛋白乳清粉的制备方法，其特征在于，步骤（5）中，所述喷雾干燥的条件为：进风温度为170-190℃，出风温度为60-70℃，入料量为1.5-2 L/h，压力为0.3-0.5MPa。
6.权利要求1-5中任意一项所述的方法制备的富含κ-酪蛋白乳清粉。
7.根据权利要求6所述的方法制备的富含κ-酪蛋白乳清粉，其特征在于，所述富含κ-酪蛋白乳清粉中，蛋白质量百分含量≥90%，κ-酪蛋白质量百分含量为20-35%，细菌总数≤50000个/mL。
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