CN116406702B - 一种牛奶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及乳制品技术领域，具体涉及一种牛奶及其制备方法。本发明提供的牛奶的制备方法包括：以生牛乳为原料，将生牛乳经脂肪分离得到稀奶油和脱脂乳，将脱脂乳经分离或过滤除菌得到第一渗透液和第一浓缩液；将所述第一渗透液经阳离子交换膜处理得到洗脱液和透过液，再将所述透过液经微滤渗滤得到第二渗透液和第二浓缩液，将所述第二渗透液经超滤渗滤得到第三渗透液和第三浓缩液。该方法能够显著提高牛奶中的乳铁蛋白、α‑乳白蛋白、β‑乳球蛋白和免疫球蛋白等活性物质的含量，降低活性物质在常温储存条件下的衰减率，延长牛奶在常温条件下的货架期，实现生牛乳中的活性物质在常温牛奶中的最大化保留。
Description
技术领域
本发明涉及乳制品技术领域，尤其涉及一种牛奶及其制备方法。
背景技术
近年来，随着科学技术的发展和生活水平的提高，以生物活性物质为天然原料的功能性食品的开发受到人们日益广泛的关注。生物活性物质是指天然存在于食物中或在食品后期加工过程中形成和添加的、能够引起人类生理和生化功能改变的一类物质，是功能食品生理活性的关键体现。牛乳除了能够提供人们日常所需的营养物质外，还含有种类众多的生物活性成分，如免疫球蛋白、乳铁蛋白、生长因子以及具备多种生理功能的生物活性肽等。这些生物活性物质是牛乳的精华所在，对人体的新陈代谢和健康具有非常重要的影响。
目前乳制品中蛋白质含量逐步提升，陆续出现了3.6g/100g、3.8g/100g、4.0g/100g、6.0g/100g及更高蛋白质的产品。除蛋白质、钙含量外，消费者开始关注产品中生物活性物质的含量，如免疫球蛋白、乳铁蛋白、乳过氧化物酶、α-乳白蛋白、β-乳球蛋白等，但这些物质属于热敏感物质，受热易发生变性，对于加工生产工艺要求苛刻。
为了保障产品安全，生牛乳均需经过不同程度的热杀菌，如低温长时巴氏杀菌、高温短时巴氏杀菌、超巴氏杀菌、超高温灭菌，杀菌强度不同，牛乳活性物质损失不同，储存条件及货架期长短均不同。目前，市面上牛奶产品中宣称活性物质含量的以低温巴氏奶为主，但此类牛奶均需低温冷藏，保质期仅为7-15天。而现有的常温牛奶虽然储存时间长且无需冷藏，但活性物质含量低。因此，亟需开发具有高活性物质含量、长货架期的常温牛奶。
发明内容
本发明提供一种高蛋白、高活性物质含量的常温牛奶的制备方法以及由该方法制备得到的牛奶。
具体地，本发明提供以下技术方案：
本发明提供一种牛奶的制备方法，所述方法包括：以生牛乳为原料，将生牛乳经脂肪分离得到稀奶油和脱脂乳，将脱脂乳经分离或过滤除菌得到第一渗透液和第一浓缩液；
将所述第一渗透液经阳离子交换膜处理得到洗脱液和透过液，再将所述透过液经微滤渗滤得到第二渗透液和第二浓缩液，将所述第二渗透液经超滤渗滤得到第三渗透液和第三浓缩液。
本发明以开发高乳铁蛋白、α-乳白蛋白、β-乳球蛋白和免疫球蛋白含量、长货架期的常温牛奶为主要目的，对牛奶的制备方法进行了改进。为避免高温处理对活性物质的破坏，本发明的制备方法先将牛乳中的活性物质进行分离与提取（同时实现牛乳的浓缩），再将活性物质经除菌后回填至经高温杀菌处理的乳原料中。在研发过程中，本发明发现，与采用其它乳源活性物质的分离提取技术相比，采用阳离子交换膜（荷电膜）与渗滤工艺组合对活性物质进行分离提取，不仅能够保证较高的活性物质分离效率，进而显著提高牛奶产品中活性物质的含量，而且，还能够显著降低常温储存过程中活性物质的衰减率，进而延长牛奶产品的常温货架期。
以上所述的牛奶制备方法还包括：将所述第三渗透液经纳滤得到第四渗透液和第四浓缩液，将所述第四渗透液进行反渗透得到第五渗透液和第五浓缩液。
进一步地，本发明还发现，在不同的渗滤过程中，洗脱使用的溶液不同对于活性物质的分离效率及其常温储存的稳定性也存在明显影响，这是现有技术中极少被关注的。
优选地，所述微滤渗滤过程中，采用体积比为（7-11）：1的第三渗透液和第五浓缩液进行洗脱。
优选地，所述超滤渗滤过程中，采用体积比为（5-9）：3的第四渗透液和第五渗透液进行洗脱。
本发明发现，在微滤渗滤和超滤渗滤过程中，分别采用上述混合液进行洗脱，不仅能够显著提高α-乳白蛋白、β-乳球蛋白和免疫球蛋白、乳糖等组分的分离效率，而且还有利于降低这些活性蛋白在常温储存下的衰减率。
以上所述的牛奶的制备方法中，使用的阳离子交换膜优选的孔径为0.8-1.0μm。采用上述参数的阳离子交换膜不仅能够更好地保证乳铁蛋白等活性物质的分离效率，还可与微滤渗滤更好地配合作用，实现多种活性物质的分离与提取。
优选地，阳离子交换膜处理中，在第一渗透液上膜后，先使用0.4-0.6 mol/L氯化钠溶液进行洗脱，再使用0.8-1.2 mol/L氯化钠溶液进行洗脱，将两次洗脱得到的洗脱液进行超滤浓缩。
采用上述方法进行洗脱，更有利于保证利用阳离子交换膜分离得到高含量的乳铁蛋白。
优选地，阳离子交换膜处理中，过膜温度为45-55℃或4-20℃。
优选地，对于阳离子交换膜处理得到的洗脱液，采用截留分子量为1000-500000Da的超滤卷式膜、中空纤维膜或陶瓷膜进行超滤浓缩。
以上所述的牛奶的制备方法中，所述微滤渗滤采用0.1-0.2μm的微滤陶瓷膜、卷式膜或中空纤维膜进行。优选采用卷式膜进行。
所述超滤渗滤采用截留分子量为1000-500000Da（优选8000-12000Da）的超滤卷式膜、中空纤维膜或陶瓷膜进行。优选采用卷式膜进行。
优选地，所述纳滤采用截留分子量为200-1000Da的纳滤卷式膜进行。纳滤的目的主要是分离乳糖，分离的乳糖可根据对牛奶产品的乳糖含量要求回填至高温杀菌的乳原料中。
优选地，所述反渗透采用进料流道厚度为0.7-0.9mm的反渗透卷式膜进行。反渗透的目的主要是分离乳矿物盐，分离的乳矿物盐可根据对牛奶产品的乳矿物盐含量要求回填至高温杀菌的乳原料中。优选地，反渗透对NaCl的截留率＞98%。
上述微滤渗滤、超滤渗滤、纳滤、反渗透处理的温度均小于10℃。
以上所述的牛奶的制备方法还包括：将所述稀奶油与所述第一浓缩液混合后进行杀菌得到乳脂混合物，将乳脂混合物与第二浓缩液、第四浓缩液以及第五浓缩液和第五渗透液混合后进行热杀菌，得到第一物料。
乳脂混合物、第二浓缩液、第四浓缩液以及第五浓缩液和第五渗透液中的营养成分均属于耐高温物质，因此，可根据牛奶产品中对不同营养成分的需求和设计，将其按所需用量混合后进行热杀菌。
优选地，所述热杀菌为超高温灭菌。优选的超高温灭菌条件为：145-162℃不大于0.9s，或者135-143℃不大于3s。
优选地，所述超高温灭菌为高温短时直接式蒸汽浸入(Infusion)或蒸汽注入(Injection)灭菌。
在超高温灭菌前，还包括对待灭菌的物料进行预热（优选温度为68-90℃）的步骤。
优选地，所述第一物料中，灰分含量为0.65-1.1 g/100g，优选为0.7-1.0 g/100g。
以上所述的牛奶的制备方法还包括：将阳离子交换膜处理得到洗脱液经超滤浓缩后与第三浓缩液混合，经微滤除菌和/或绝对除菌，得到第二物料，将第二物料与第一物料混合。
阳离子交换膜处理得到洗脱液（含乳铁蛋白等活性物质）以及第三浓缩液（含乳清蛋白等活性物质）主要含有热敏的活性物质，受热易变性，因此，将其采用微滤除菌、绝对除菌（生物级）方式进行除菌，以避免高温处理破坏活性物质。
优选地，所述微滤除菌采用孔径0.25-0.68μm、光刻硅材质的滤膜进行。
其中，微滤除菌的温度优选为45-65℃或4-20℃。
优选地，所述绝对除菌的除菌效率≥log 7，除菌温度为4-20℃。
目前，生物级绝对除菌主要用于生物制药领域，较少有在乳制品等食品领域的应用。本发明发现，将上述微滤除菌与绝对除菌进行组合使用，在绝对除菌前先进行微滤除菌能够显著延长除菌设备的运行时间，降低生产成本。
优选地，将阳离子交换膜处理得到洗脱液经超滤浓缩后与第三浓缩液混合后，先经微滤除菌，再经绝对除菌，得到第二物料，将第二物料与第一物料混合。
上述方法中，将第一物料和第二物料混合后在50-70℃（优选为55-65℃）条件下保持180-420s（优选为300-360s）。
本发明发现，将第一物料和第二物料混合后在较低温度（50-70℃）条件下保持一定的时间能够显著降低活性物质在常温储存下的衰减率，有利于进一步延长产品的货架期。
在将第一物料和第二物料混合后在50-70℃条件下保持180-420s后，将第一物料和第二物料混合物冷却至25℃以下，于无菌罐暂存。
可选地，在冷却后，采用无菌在线添加乳糖酶工艺添加乳糖酶后进行无菌灌装。
优选地，第二物料与第一物料的混合通过无菌在线添加的方式进行，即将第二物料通过无菌在线添加的方式添加至第一物料中。
优选地，在与第二物料混合前，先将第一物料进行闪蒸和均质处理。
在本发明的一些实施方式中，所述牛奶的制备方法包括如下步骤（工艺流程示意图如图1所示）：
（1）净乳
采用离心净乳机对生牛乳进行净乳处理，处理温度1-10℃，优选4-7℃。
（2）脂肪分离
将净乳处理后的生牛乳采用离心分离机进行脂肪分离，温度45-70℃，优选55℃，或者温度4-20℃，优选4-7℃；转速3500-5500转/min，优选4000-5000转/min。
（3）除菌分离/微滤除菌（陶瓷膜或中空纤维膜）
对（2）产生的脱脂奶采用除菌分离机或微滤陶瓷膜或微滤中空纤维膜中的一种或几种组合工艺进行除菌；
其中，除菌分离机分离工艺如下：采用自清洁气密式离心除菌机进行离心除菌，条件为温度40-65℃，优选55℃；转速6000-7000转/min，优选6800转/min；时间30-40s，优选35s；
微滤陶瓷膜除菌工艺如下：条件为孔径0.45-1.4μm，优选0.8μm；除菌温度45-65℃，优选55℃，或者温度4-20℃，优选4-7℃；微滤浓缩液与稀奶油混合后杀菌，渗透液经离子交换膜处理后进行渗滤（MF）浓缩；
微滤中空纤维膜除菌工艺如下：条件为孔径0.45-1.4μm，优选0.8μm；除菌温度4-45℃，优选40-45℃或者优选4-7℃；微滤浓缩液与稀奶油混合后杀菌，渗透液经荷电膜后进行渗滤（MF）浓缩。
（4）稀奶油杀菌
采用间接式或者直接式杀菌方式对稀奶油和微滤浓缩液的混合物料进行处理，其中，间接式管式杀菌机，条件为温度120-140℃，优选130℃，时间5-20s，优选10s；直接式Infusion杀菌机，条件为温度120-140℃，优选135℃，时间5-20s，优选7s。
（5）阳离子交换膜处理
将（3）除菌后的脱脂奶过阳离子交换膜，脱脂奶过膜温度45-55℃，或者温度4-20℃，优选7-13℃；流穿液（渗透液）继续进行渗滤（MF）工艺；
待过阳离子交换膜除菌脱脂奶量与填料量比达到250：1时阳离子交换膜饱和，自动切换到另外一套阳离子交换膜，从而实现连续运行；分别使用0.4-0.6 mol/L和0.8-1.2mol/L氯化钠溶液对饱和荷电膜进行梯度洗脱，分别得到两种洗脱液，可根据目标产品指标需求混合后进行纯化浓缩，或者分别进行纯化浓缩。
（6）渗滤（MF）
选用孔径为0.1-0.2μm的微滤陶瓷膜、卷式膜或中空纤维膜对（5）得到的透过液进行渗滤（MF）浓缩，优选0.14μm膜组件，渗滤温度＜10℃；渗滤过程中采用体积比为（8-10）：1的第三渗透液和第五浓缩液进行洗脱，第三渗透液和第五浓缩液由本发明的方法制备得到；渗滤（MF）浓缩液暂存于罐中、渗滤液进行下一步渗滤（UF）浓缩。
（7）渗滤（UF）
采用截留分子量为1000-500000Da的超滤卷式膜、中空纤维膜或陶瓷膜对（6）得到的渗滤液进行渗滤（UF）浓缩，优选8000-12000Da膜组件，超滤温度＜10℃；采用体积比为（6-8）：3的第四渗透液和第五渗透液进行洗脱，第四渗透液和第五渗透液由本发明的方法制备得到；超滤浓缩液暂存于罐中、渗透液进行纳滤膜浓缩。
（8）纳滤
采用截留分子量为200-1000Da的纳滤卷式膜对（7）超滤浓缩后的渗透液进行纳滤浓缩，优选250-350Da膜组件，纳滤温度＜10℃；纳滤浓缩液暂存于罐中、渗透液进行反渗透膜浓缩。
（9）反渗透
采用进料流道厚度为0.7-0.9mm的反渗透卷式膜对（8）纳滤浓缩后的渗透液进行反渗透浓缩，优选流道厚度0.8mm膜组件，反渗透温度＜10℃，对NaCl的截留率＞98%；反渗透浓缩液、渗透液分别暂存于罐中。
（10）组分重组
依据产品指标要求，将步骤（4）杀菌后的稀奶油和微滤浓缩液的混合物料、渗滤（MF）浓缩液（浓缩酪蛋白）、纳滤浓缩液（乳糖溶液）、反渗透浓缩液（乳矿物盐溶液）和反渗透的渗透液（RO水）按比例进行混合，重组制成半成品，其中灰分含量为0.65-1.1 g/100g，优选0.7-1.0 g/100g；组分重组过程中采用在线近红外检测设备以实现蛋白质、脂肪、乳糖及灰分等理化指标精准控制，在混合罐内开启搅拌15-25min后转入超高温杀菌系统。
（11）纯化浓缩
采用截留分子量为1000-500000Da的超滤卷式膜、中空纤维膜或陶瓷膜对（5）得到的洗脱液进行纯化浓缩，优选30000Da膜组件，温度＜10℃；过程中加RO水进行纯化，RO水以工艺过程中制备得到的为主。
（12）混合
将（11）得到的浓缩液、（7）得到的超滤浓缩液（浓缩乳清蛋白）分别进行微滤除菌和/或生物级绝对除菌，或者混合后进行微滤除菌和/或生物级绝对除菌，达到商业无菌的目的，除菌后无菌在线添加到步骤（10）经热处理后的半成品中，实现乳源活性物质的最大化保留。
（13）微滤除菌、生物级绝对除菌
微滤除菌工艺如下：采用光刻硅材质、孔径0.25-0.68μm，优选0.3μm的滤膜；除菌温度45-65℃，优选55℃，或者温度4-20℃，优选4-7℃；
生物级绝对除菌工艺如下：根据除菌效率选择合适的除菌滤芯，要求除菌效率≥log 7，除菌温度4-20℃，优选＜10℃。
（14）预热
将步骤（10）经热处理后的半成品预热至68-90℃，优选70℃。
（15）超高温灭菌（直接式）
经（14）预热后的半成品进行injection或infusion直接超高温灭菌，灭菌温度时间参数为145-162℃不大于0.9s，或者135-143℃不大于3s。
（16）闪蒸
经（15）灭菌后的半成品进行闪蒸，闪蒸后出口温度68-90℃，优选68℃。
（17）均质
采用无菌均质机的两级均质工艺对灭菌后的产品进行均质，均质温度55-90℃，优选65-75℃，均质总压力160-400bar，二级均质压力20-50bar，二级压力优选20-25bar或总压0.2倍；在满足均质效率的前提下均质压力越低越好。
（18）无菌在线添加
将均质后半成品降温至45-75℃，然后将（13）除菌热敏物质无菌在线定量添加到半成品中。
（19）低温长时保持
将添加热敏物质的半成品进行低温长时保持，在保证热敏物质活性的前提下，以实现低温灭酶，延长货架期的目的；条件为保持温度50-70℃，优选55℃，保持时间180-420s，优选360s。
（20）冷却、无菌罐暂存
经（19）低温长时保持后的产品冷却至25℃以下于无菌罐内暂存。
（21）乳糖酶添加
采用无菌在线添加乳糖酶工艺，乳糖酶添加量为千分之零点三。
（22）无菌灌装
杀菌后的产品采用无菌冷灌装的技术，即在25℃以下进行无菌灌装。
本发明提供一种牛奶，所述牛奶采用以上所述的方法制备得到。
优选地，所述牛奶为常温牛奶。
优选地，所述牛奶的蛋白含量为3.6-11.17g/100g，脂肪含量为0.1-6.0g/100g，乳糖含量为0.5-6.5g/100g，乳铁蛋白含量＞60mg/L，α-乳白蛋白含量＞500 mg/L，β-乳球蛋白含量＞800mg/L，免疫球蛋白含量＞100mg/L。
优选地，所述牛奶的蛋白含量为3.6-11.17g/100g，脂肪含量为0.1-6.0g/100g，乳糖含量为0.5-6.5g/100g，乳铁蛋白含量＞100mg/L，α-乳白蛋白含量＞900 mg/L，β-乳球蛋白含量＞4000mg/L，免疫球蛋白含量＞200mg/L。
本发明的有益效果在于：本发明提供的牛奶制备方法能够显著提高牛奶中的乳铁蛋白、α-乳白蛋白、β-乳球蛋白和免疫球蛋白等活性物质的含量，同时降低活性物质在常温储存条件下的衰减率，延长牛奶在常温条件下的货架期，实现生牛乳中的活性物质在常温牛奶中的最大化保留，可用于高蛋白、高活性物质含量的牛奶，提升牛奶产品的营养和功能。此外，本发明的制备方法具有较高的处理效率，能够延长设备的使用时间，有利于提高生产效率，降低生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的发明内容部分的牛奶制备方法的工艺路径示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种牛奶的制备方法，其步骤如下：
（1）净乳
采用离心净乳机对生牛乳进行净乳处理，处理条件为温度4-7℃。
（2）脂肪分离
将净乳处理后的生牛乳采用离心分离机进行脂肪分离，分离条件为温度4-7℃，转速4500转/min；全脂奶经脱脂分离后，脱脂奶进行后续除菌处理，稀奶油与脱脂奶微滤除菌得到的浓缩液混合后进行杀菌，杀菌后与其他组分进行在线重组。
（3）微滤除菌
对步骤（2）产生的脱脂奶采用微滤中空纤维膜进行除菌得到渗透液和浓缩液，条件为：膜孔径0.8μm，除菌温度4-7℃；将微滤浓缩液与稀奶油混合后进行杀菌，渗透液经离子交换膜（荷电膜）后进行渗滤（MF）浓缩。
（4）稀奶油杀菌
采用直接Infusion对步骤（2）的稀奶油和步骤（3）的微滤浓缩液的混合物料进行处理，条件为温度135℃，时间7s。
（5）阳离子交换膜处理
将步骤（3）除菌后的脱脂奶（渗透液）过阳离子交换膜，脱脂奶过阳离子交换膜的温度为13℃；流穿液（渗透液）继续进行渗滤（MF）工艺。
待过阳离子交换膜除菌脱脂奶量与填料量比达到250：1时阳离子交换膜饱和，自动切换到另外一套阳离子交换膜，从而实现连续运行；分别使用0.4mol/L和0.8 mol/L氯化钠溶液对饱和阳离子交换膜进行梯度洗脱，分别得到两种洗脱液，根据目标产品指标需求分别进行纯化浓缩。
（6）微滤渗滤（MF）
采用孔径为0.14μm的卷式膜对步骤（5）得到的阳离子交换膜渗透液进行微滤渗滤（MF）浓缩，渗滤温度＜10℃；渗滤过程中采用体积比为9:1的超滤渗透液和反渗透浓缩液组成的混合液进行洗脱；制得的微滤渗滤（MF）浓缩液暂存于罐中进行步骤（10）组分重组、渗透液进行下一步超滤渗滤（UF）浓缩。
（7）超滤渗滤（UF）
采用截留分子量为10000Da的超滤卷式膜对步骤（6）得到的微滤渗滤（MF）渗透液进行超滤渗滤（UF）浓缩，超滤温度＜10℃；渗滤过程中采用体积比为7:3的纳滤渗透液和反渗透渗透液组成的混合液进行洗脱；制得的超滤浓缩液暂存于罐中、超滤渗透液进行纳滤膜浓缩。
（8）纳滤
采用截留分子量为300Da的纳滤卷式膜对步骤（7）超滤浓缩后的渗透液进行纳滤浓缩，纳滤温度＜10℃；纳滤浓缩液暂存于罐中、渗透液进行反渗透膜浓缩。
（9）反渗透
采用进料流道厚度为0.8mm的反渗透卷式膜对步骤（7）纳滤浓缩后的渗透液进行反渗透浓缩，反渗透温度＜10℃，对NaCl的截留率＞98%；制得的反渗透浓缩液、渗透液分别暂存于罐中。
（10）组分重组
依据产品指标要求，将步骤（4）杀菌后的稀奶油和微滤浓缩液的混合物料、步骤（6）的微滤渗滤（MF）浓缩液（浓缩酪蛋白）、步骤（8）的纳滤浓缩液（乳糖溶液）、步骤（9）的反渗透浓缩液（乳矿物盐溶液）和反渗透的渗透液（RO水）按比例进行混合，重组制成半成品，其中灰分含量为0.7-1.0 g/100g；组分重组过程中需配置在线近红外检测设备以实现蛋白质、脂肪、乳糖及灰分等理化指标精准控制，在混合罐内开启搅拌20min后转入超高温杀菌系统。
（11）纯化浓缩
采用截留分子量为30000Da的超滤中空纤维膜对步骤（5）得到的洗脱液进行纯化浓缩，温度＜10℃；过程中加RO水进行纯化，RO水以工艺过程中制备得到的为主。
（12）混合
将步骤（11）得到的浓缩液与步骤（7）得到的超滤浓缩液（浓缩乳清蛋白）混合。
（13）热敏物质除菌
对步骤（12）的混合物采用微滤、生物级绝对除菌串联的方式进行物理除菌，达到商业无菌的目的，除菌后无菌在线添加到经热处理后的半成品中。
其中，微滤除菌工艺如下：使用滤膜的膜芯以硅为材料，通过光刻技术加工，膜孔径为0.3μm且孔径大小分布均匀、稳定，对活性物质的除菌效率能够达到log 6及以上；微滤除菌温度4-7℃；
生物级绝对除菌工艺如下：根据除菌效率选择合适的除菌滤芯，除菌效率≥log7，除菌温度＜10℃。
（14）预热
将步骤（10）组分重组后的半成品预热至70℃。
（15）超高温灭菌（直接式）
经步骤（14）预热后的半成品进行infusion直接超高温灭菌，灭菌温度时间参数为157℃、0.1s。
（16）闪蒸
经步骤（15）灭菌后的半成品进行闪蒸，闪蒸后出口温度68℃。
（17）均质
采用无菌均质机的两级均质工艺对步骤（16）闪蒸后的半成品进行均质，均质温度65-75℃，均质总压力160-400bar，二级均质压力25bar。
（18）无菌在线添加
在均质后根据低温长时保持温度设计将均质后半成品降温至55℃，然后将步骤（13）经除菌的热敏物质无菌在线定量添加到半成品中。
（19）低温长时保持
将添加热敏物质的半成品进行低温长时保持，保持温度55℃，保持时间360s。
（20）冷却、无菌罐暂存
经步骤（19）低温长时保持后的产品冷却至25℃以下，于无菌罐内暂存。
（21）乳糖酶添加
采用无菌在线添加乳糖酶工艺添加乳糖酶，乳糖酶添加量为千分之零点三。
（22）无菌灌装
将步骤（21）得到的产品采用无菌冷灌装的技术，即在25℃以下进行无菌灌装。
本实施例还提供一种牛奶，其采用上述方法制备得到，产品目标指标设计为：蛋白质：4.0g/100g，脂肪：4.5g/100g，乳糖（添加乳糖酶前）：3.2g/100g。
实施例2
本实施例提供一种牛奶的制备方法，其与实施例1的方法的区别仅在于：步骤（13）热敏物质除菌：去除生物级绝对除菌，仅采用微滤除菌的方式进行物理除菌。
本实施例还提供一种牛奶，其采用上述方法制备得到，产品目标指标设计为：蛋白质：4.0g/100g，脂肪：4.5g/100g，乳糖（添加乳糖酶前）：3.2g/100g。
实施例3
本实施例提供一种牛奶的制备方法，其与实施例1的方法的区别仅在于：步骤（13）热敏物质除菌：去除微滤除菌，仅采用生物级绝对除菌的方式进行物理除菌。
本实施例还提供一种牛奶，其采用上述方法制备得到，产品目标指标设计为：蛋白质：4.0g/100g，脂肪：4.5g/100g，乳糖（添加乳糖酶前）：3.2g/100g。
实施例4
本实施例提供一种牛奶的制备方法，其与实施例1的方法的区别仅在于：步骤（6）中，渗滤过程中采用体积比为7:1超滤渗透液和反渗透浓缩液组成的混合液进行洗脱；
步骤（7）中，渗滤过程中采用体积比为9:3的纳滤渗透液和反渗透渗透液组成的混合液进行洗脱。
本实施例还提供一种牛奶，其采用上述方法制备得到，产品目标指标设计为：蛋白质：4.0g/100g，脂肪：4.5g/100g，乳糖（添加乳糖酶前）：3.2g/100g。
实施例5
本实施例提供一种牛奶的制备方法，其与实施例1的方法的区别仅在于：步骤（19）低温长时保持：将添加热敏物质的半成品进行低温长时保持，保持温度65℃，保持时间300s。
本实施例还提供一种牛奶，其采用上述方法制备得到，产品目标指标设计为：蛋白质：10.0g/100g，脂肪：0.2g/100g，乳糖（添加乳糖酶前）：1.0g/100g。
实施例6
本实施例提供一种牛奶的制备方法，其与实施例1的方法的区别仅在于：步骤（5）阳离子交换膜处理温度为50℃、使用0.6mol/L和1.2 mol/L氯化钠溶液对饱和阳离子交换膜进行梯度洗脱，步骤（5）阳离子交换膜的过膜温度为50℃。
本实施例还提供一种牛奶，其采用上述方法制备得到，产品目标指标设计为：蛋白质：10.0g/100g，脂肪：0.2g/100g，乳糖（添加乳糖酶前）：1.0g/100g。
对比例1
本对比例提供一种牛奶的制备方法，其与实施例1的方法的区别仅在于：省去步骤（5）、（6）、（11）、（12）、（13）、（18）过程，步骤（7）渗滤（UF）为：采用截留分子量为10000Da的超滤卷式膜对步骤（3）除菌后的脱脂奶进行超滤渗滤（UF）浓缩，超滤温度＜10℃；渗滤过程中采用体积比为7:3的纳滤渗透液与反渗透渗透液组成的混合液进行洗脱；制得的超滤浓缩液暂存于罐中进行步骤（10）组分重组、超滤渗透液进行纳滤膜浓缩。
本对比例还提供一种牛奶，其采用上述方法制备得到，产品目标指标设计为：蛋白质：4.0g/100g，脂肪：4.5g/100g，乳糖（添加乳糖酶前）：3.2g/100g。
对比例2
本对比例提供一种牛奶的制备方法，其与实施例1的方法的区别仅在于：省去步骤（5）、（11）、（12），步骤（6）微滤渗滤（MF）为：采用孔径为0.14μm的卷式膜对步骤（3）除菌后的脱脂奶进行微滤渗滤（MF）浓缩，渗滤温度＜10℃；渗滤过程中采用体积比为9:1的超滤渗透液和反渗透浓缩液组成的混合液进行洗脱；制得的微滤渗滤（MF）浓缩液暂存于罐中进行步骤（10）组分重组、渗滤液进行下一步超滤渗滤（UF）浓缩。
本对比例还提供一种牛奶，其采用上述方法制备得到，产品目标指标设计为：蛋白质：4.0g/100g，脂肪：4.5g/100g，乳糖（添加乳糖酶前）：3.9g/100g。
对比例3
本对比例提供一种牛奶的制备方法，其与实施例1的方法的区别仅在于：省去步骤（6）、（12），步骤（7）渗滤（UF）为：采用截留分子量为10000Da的超滤卷式膜对步骤（5）的渗透液进行超滤渗滤（UF）浓缩，超滤温度＜10℃；渗滤过程中采用体积比为7:3的纳滤渗透液和反渗透渗透液组成的混合液进行洗脱；制得的超滤浓缩液暂存于罐中进行步骤（10）组分重组、超滤渗透液进行纳滤膜浓缩。
本对比例还提供一种牛奶，其采用上述方法制备得到，产品目标指标设计为：蛋白质：4.0g/100g，脂肪：4.5g/100g，乳糖（添加乳糖酶前）：3.2g/100g。
对比例4
本对比例提供一种牛奶的制备方法，其与实施例1的方法的区别仅在于：步骤（5）使用离子交换色谱柱替代阳离子交换膜，具体如下：
将步骤（3）除菌后的脱脂奶（渗透液）过阳离子色谱柱，脱脂奶过色谱柱温度4-7℃；流穿液（渗透液）继续进行渗滤（MF）工艺；
待过色谱柱除菌脱脂奶量与填料量比达到250：1时色谱柱饱和，分别使用0.4mol/L和0.8 mol/L氯化钠溶液对饱和色谱柱进行梯度洗脱，分别得到两种洗脱液，根据目标产品指标需求分别进行纯化浓缩。
本对比例还提供一种牛奶，其采用上述方法制备得到，产品目标指标设计为：蛋白质：4.0g/100g，脂肪：4.5g/100g，乳糖（添加乳糖酶前）：3.2g/100g。
对比例5
本对比例提供一种牛奶的制备方法，其与实施例1的方法的区别仅在于，将步骤（3）除菌后的脱脂奶等比分为2份，其中一份使用凝乳酶法制备活性物质，另外一份的加工方法与实施例1的方法的区别在于省去步骤（5）、（6）、（12）。
凝乳酶法制备活性物质：将步骤（3）除菌后脱脂乳42℃恒温保持30min后，加柠檬酸将pH值调节至6.2，加入0.006%小牛皱胃酶，酶反应温度为42℃，凝乳时间为40min。当达到凝乳时间后，用干酪刀切割成1cm³的小凝块，缓慢搅拌2min后离心除去酪蛋白后制得的混合活性物质，利用步骤（11）进行纯化浓缩，然后通过步骤（13）进行热敏物质除菌，将除菌后的热敏物质在步骤（18）中无菌在线添加至上述经加工后的另一份脱脂奶中。
本对比例还提供一种牛奶，其采用上述方法制备得到，产品目标指标设计为：蛋白质：4.0g/100g，脂肪：4.5g/100g，乳糖（添加乳糖酶前）：3.2g/100g。
对比例6
本对比例提供一种牛奶的制备方法，其与实施例1的方法的区别仅在于，步骤（6）微滤渗滤（MF），采用孔径为0.14μm的卷式膜对步骤（5）得到的阳离子交换膜渗透液进行微滤渗滤（MF）浓缩，渗滤温度＜10℃；渗滤过程中采用超滤渗透液进行洗脱；制得的微滤渗滤（MF）浓缩液暂存于罐中、渗透液进行下一步超滤渗滤（UF）浓缩。
本对比例还提供一种牛奶，其采用上述方法制备得到，产品目标指标设计为：蛋白质：4.0g/100g，脂肪：4.5g/100g，乳糖（添加乳糖酶前）：3.2g/100g。
对比例7
本对比例提供一种牛奶的制备方法，其与实施例1的方法的区别仅在于，步骤（6）微滤渗滤（MF），采用孔径为0.14μm的卷式膜对步骤（5）得到的阳离子交换膜渗透液进行微滤渗滤（MF）浓缩，渗滤温度＜10℃；渗滤过程中采用体积比为8:2的超滤渗透液和反渗透浓缩液组成的混合液进行洗脱；制得的微滤渗滤（MF）浓缩液暂存于罐中进行步骤（10）组分重组、渗透液进行下一步超滤渗滤（UF）浓缩。
本对比例还提供一种牛奶，其采用上述方法制备得到，产品目标指标设计为：蛋白质：4.0g/100g，脂肪：4.5g/100g，乳糖（添加乳糖酶前）：3.2g/100g。
对比例8
本对比例提供一种牛奶的制备方法，其与实施例1的方法的区别仅在于：步骤（19）低温长时保持：将添加热敏物质的半成品进行低温长时保持，保持温度45℃，保持时间420s。
本对比例还提供一种牛奶，其采用上述方法制备得到，产品目标指标设计为：蛋白质：10.0g/100g，脂肪：0.2g/100g，乳糖（添加乳糖酶前）：1.0g/100g。
对比例9
本对比例提供一种牛奶的制备方法，其与实施例1的方法的区别仅在于：步骤（19）低温长时保持：将添加热敏物质的半成品进行低温长时保持，保持温度75℃，保持时间240s。
本对比例还提供一种牛奶，其采用上述方法制备得到，产品目标指标设计为：蛋白质：10.0g/100g，脂肪：0.2g/100g，乳糖（添加乳糖酶前）：1.0g/100g。
对比例10
本对比例提供一种牛奶的制备方法，其与实施例1的方法的区别仅在于：步骤（19）低温长时保持：将添加热敏物质的半成品进行低温长时保持，保持温度80℃，保持时间180s。
本对比例还提供一种牛奶，其采用上述方法制备得到，产品目标指标设计为：蛋白质：10.0g/100g，脂肪：0.2g/100g 乳糖（添加乳糖酶前）：1.0g/100g。
对比例11
本对比例提供一种牛奶的制备方法，其与实施例1的方法的区别仅在于：省去步骤（19）。
本对比例还提供一种牛奶，其采用上述方法制备得到，产品目标指标设计为：蛋白质：10.0g/100g，脂肪：0.2g/100g，乳糖（添加乳糖酶前）：1.0g/100g。
实验例
对上述各实施例和对比例的方法制备得到的牛奶进行产品指标测定，结果如表1所示。
表1 牛奶产品指标测定结果
对上述各实施例和对比例的方法制备得到的牛奶进行活性物质含量、货架期、活性物质衰减率测定以及感官喜好度评价，同时进行生产性能的评价，具体如下：
1、下线活性物质含量测定方法：产品下线7天内对产品中活性物质含量进行检测。
2、分离时间测定方法：装载600L填料的离子交换膜（荷电膜）和离子交换色谱柱分别处理100T脱脂奶所用时间测算。
3、连续运行时间测定方法：制备得到的活性物质过微滤/生物级绝对除菌设备，设备最长的连续化运行时间，即除菌设备从开始运行到设备膜通量严重下降导致无法正常供料这段时间。
4、货架期测定方法：在常温25℃储存条件下, 保证产品安全，能够达到需要的风味、化学、物理和微生物学特性的时间。
5、感官喜好度测试方法：制备得到的牛奶在10天后邀请50名专业的品评人员，分别对产品的喜好程度进行打分，打分范围1~10分，分数越高表示喜好度越高，得出的分数求平均值，得到感官喜好度测试的结果。
6、活性物质衰减率测定方法：在常温25℃储存条件下，样品储存30、60、90、120、150、180天后（按照货架期确定储存时间）检测样品中活性物质含量，衰减率计算方法：
衰减率=（30/60/90/120/150/180天时活性含量/刚下线活性物质含量）×100%。
结果如表2、表3和表4所示。
表2 牛奶产品的下线活性物质含量等性能指标检测结果
表3 活性物质衰减率测定结果（1）
表4 活性物质衰减率测定结果（2）
由表2、表3和表4结果可知，综合考虑乳铁蛋白、α-乳白蛋白、β-乳球蛋白和免疫球蛋白的含量，活性物质分离时间、活性物质的除菌设备连续运行时间、货架期、活性物质衰减率等检测结果，各实施例的制备方法制得的牛奶的综合性能指标明显优于各对比例。
目前乳品液态奶市场以低温巴氏奶、常温UHT奶为主，低温巴氏奶主要使用巴氏杀菌，杀菌温度72-90℃，保持时间5-20s，杀菌强度低、活性保留相对较好，其中乳铁蛋白含量约为20-60mg/L、α-乳白蛋白含量约为800-1200mg/L、β-乳球蛋白含量约为1800-3000mg/L，免疫球蛋白目前宣称最大含量为230mg/L，相比常温UHT奶活性保留更好，但货架期短，约为7-15天且需低温2-6℃冷藏，因此低温巴氏奶覆盖区域有限，无法触达冷链不发达地区。常温UHT奶采用超高温灭菌，灭菌温度135-150℃，保持时间4-15s，杀菌强度高、活性保留低，β-乳球蛋白含量约为300mg/L，其他活性物质含量几乎检测不到。本发明利用阳离子交换膜组合渗滤工艺先将生牛乳中的乳铁蛋白、α-乳白蛋白、β-乳球蛋白、免疫球蛋白等活性物质分离并单独除菌，再回填至杀菌的半成品中，配合低温长时间保持等技术，开发了高蛋白、高活性物质含量、长货架期常温牛奶的制备方法，为高端、高营养、多功能产品孵化提供了可能。其中，通过阳离子交换膜与渗滤工艺组合能够将脱脂奶中活性物质高效且无损地分离与提取，避免活性物质受到热处理的破坏，显著提高了牛奶产品中活性物质的含量且不会对牛乳其他成分产生影响，较传统酸沉法、酶凝法效率更高，更适于以液态奶为主的乳品加工；而且，阳离子交换膜的孔径大、阻力小，脱脂奶过膜压力＜1bar，在阳离子交换膜上的停留时间约为0.2 min左右；而传统的色谱柱填料颗粒紧凑、阻力大，脱脂奶过色谱柱压力约为3bar，在色谱柱上的停留时间约为2-3 min，甚至更长，因此在装载相同填料量的情况下，阳离子交换膜对脱脂奶的处理效率明显高于色谱柱，且能够与渗滤（MF）工艺实现串联连续运行，节约牛奶转序和储存时间，提升工艺效率，更加利于产品品质的保障。
目前乳品中常使用离心分离机或微滤进行除菌，除菌效率约为log 2-4，仅能作为预处理以实现产品锁鲜与货架期延长的目的。本发明使用的微滤除菌技术，其膜芯以硅为材料，通过光刻技术加工，对活性物质的除菌效率能够达到log 6及以上，达到商业无菌的目的。同时借鉴生物、制药绝对除菌技术，绝对除菌滤芯采用“垂直过滤”形式，除菌效率更高，对活性物质的除菌效率能够达到log 7及以上。本发明将微滤除菌与生物级绝对除菌膜串联，除菌效率更高、连续除菌时间更长，能够达到商业无菌的效果。经微滤、生物级绝对除菌组合除菌后将活性物质无菌在线添加到经热处理后的半成品中，实现乳源活性物质最大化保留。
本发明发现，高温短时直接式Infusion/Injection灭菌能够很好保留产品原有风味，但灭菌后酶类物质含量相比间接杀菌更高，而且活性物质单独除菌效率高，但由于酶类物质分子量或粒径与蛋白质接近，因此很难有效去除，进而导致产品货架期贮存时间短。为解决上述问题，本发明经不断尝试，发现在灭菌后进行低温长时间保持有助于对酶类物质钝化，在延长货架期贮存时间的同时不会对活性物质产生较大影响。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种常温牛奶的制备方法，其特征在于，所述方法包括：以生牛乳为原料，将生牛乳经脂肪分离得到稀奶油和脱脂乳，将脱脂乳经分离或过滤除菌得到第一渗透液和第一浓缩液；
将所述第一渗透液经阳离子交换膜处理得到洗脱液和透过液，再将所述透过液经微滤渗滤得到第二渗透液和第二浓缩液，将所述第二渗透液经超滤渗滤得到第三渗透液和第三浓缩液；
将所述第三渗透液经纳滤得到第四渗透液和第四浓缩液，将所述第四渗透液进行反渗透得到第五渗透液和第五浓缩液；
所述微滤渗滤过程中，采用体积比为（7-11）：1的第三渗透液和第五浓缩液进行洗脱；
所述超滤渗滤过程中，采用体积比为（5-9）：3的第四渗透液和第五渗透液进行洗脱；
所述方法还包括：将稀奶油与第一浓缩液混合后进行杀菌得到乳脂混合物，将乳脂混合物与第二浓缩液、第四浓缩液以及第五浓缩液和第五渗透液混合后进行热杀菌，得到第一物料；
将阳离子交换膜处理得到洗脱液经超滤浓缩后与第三浓缩液混合，经微滤除菌和绝对除菌，得到第二物料，将第二物料与第一物料混合后在50-70℃条件下保持180-420s。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阳离子交换膜的孔径为0.8-1.0μm。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，阳离子交换膜处理中，在第一渗透液上膜后，先使用0.4-0.6 mol/L氯化钠溶液进行洗脱，再使用0.8-1.2 mol/L氯化钠溶液进行洗脱，将两次洗脱得到的洗脱液进行超滤浓缩；
和/或，阳离子交换膜处理中，过膜温度为45-55℃或4-20℃。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，微滤渗滤采用0.1-0.2μm的微滤陶瓷膜、卷式膜或中空纤维膜进行。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，超滤渗滤采用截留分子量为1000-500000Da的超滤卷式膜、中空纤维膜或陶瓷膜进行。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，纳滤采用截留分子量为200-1000Da的纳滤卷式膜进行。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，反渗透采用进料流道厚度为0.7-0.9mm的反渗透卷式膜进行。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，微滤渗滤、超滤渗滤、纳滤、反渗透处理的温度均小于10℃。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述微滤除菌采用孔径0.25-0.68μm、光刻硅材质的滤膜进行；
和/或，所述绝对除菌的除菌效率≥log 7。
10.一种常温牛奶，其特征在于，所述牛奶采用权利要求1~9任一项所述的方法制备得到。
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