制备干乳配方物的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于生产乳制品、优选用于生产干乳配方物例如婴儿乳配方物和其他 婴儿营养产品的先进方法，还涉及可由所述方法获得的中间产品、所述中间产品的用途以 及用于实施所述方法的系统。
【背景技术】
[0002] 人乳被认为是婴儿营养的"黄金标准"。将动物乳，例如牛乳，加工为更类似于人乳 的组成，这在本领域中是已知的。这样的加工在本领域中称为"人源化"动物乳。人源化动 物乳的方法包括将动物乳中发现的酪蛋白：乳清蛋白的比例（例如，牛乳中约为80:20)改 变为人乳中发现的婴儿营养所需的比例（优选75:25至30:70)。此外，动物乳中的矿物质 含量通常高于人乳中所发现的含量。因此，人源化动物乳需要降低矿物质含量。
[0003] 制备适合用于婴儿营养物的产品通常包括以适当的比例混合各种单独纯化的或 湿或干的成分。目前的生产工艺需要多种来自中间供应商的乳品原料，包括脱脂乳或其浓 缩物（包括脱脂乳粉）、去除矿物质的乳清或其浓缩物（包括去除矿物质的乳清粉）、乳清 蛋白浓缩物或分离物（通常为粉状），以及纯级乳糖（通常为粉状形式），以配制营养均衡 的婴儿配方物。
[0004] W0 96/08155描述了用于处理脱脂乳用于生产奶酪和乳粉的方法，其中通过微滤 和包括超滤的其他处理从脱脂乳中去除乳清蛋白。
[0005] US 5, 503, 865公开了用于处理脱脂乳的方法，其包括微滤或超滤。为了使其适合 用于婴儿产品，可通过例如离子交换和/或电渗析去除其渗透物中的矿物质。
[0006] US 4497836公开了一种方法，其中对乳清进行超滤，并且对其渗透物进行电渗析 或离子交换。
[0007] W0 2001/93689公开了一种方法，其中对乳清进行超滤，并且对其渗透物进行渗 滤。将超滤截留物与渗滤截留物合并用于通过将合并的产物与乳粉混合而制备婴儿乳配方 物。
[0008] EP 1133238描述了一种方法，其中通过孔隙率为0. 1-0. 2微米的膜对动物乳进 行微滤，然后通过电渗析去除含有乳清蛋白的微滤渗透物中的矿物质。经过电渗析的微滤 渗透物中的矿物质含量非常低，随后需要采用矿物质和微量元素进行强化以获得婴儿配方 物。
【发明内容】
[0009] 本发明人已设计了一种用于生产乳制品、特别是用于生产干（乳）粉、优选用于婴 儿营养配方的干（乳）粉的改进的方法，在此方法中更优化的使用了过滤和分离技术。在 此方法中，首先通过超滤对包含以总蛋白计70-90重量％的酪蛋白和10-30重量％的乳清 蛋白的第一液体组合物（优选为动物脱脂乳）和包含甜乳清和/或酸乳清的第二液体组合 物进行分离，从而降低对从含有酪蛋白和/或乳清蛋白的液体组合物中去除（大量的）多 价和/或单价离子的需求。因此，优选地，本发明涉及用于处理动物脱脂乳和乳清的方法， 其包括对动物脱脂乳进行超滤和对乳清进行超滤的步骤，优选与软化富含乳糖的超滤渗透 物料流并从中去除单价离子相结合，并将所获得的渗透物和截留物料流合并。
[0010]目前，干粉（婴儿）营养组合物的制造商主要依赖于高度纯化的成分例如纯化的 乳糖、去除矿物质的乳清蛋白和酪蛋白的供应和使用，通过混合所述成分来生产所述组合 物。本发明人已设计了一种处理动物脱脂乳和乳清用于生产干（乳）粉的方法，其大大避 免了从第三方购买这种高等级的纯的成分。本发明的方法相对于现有的这种生产干（乳） 粉的方法具有很多优势；例如，减少了乳糖在脱脂乳和乳清加工过程中的损失，减少了与膜 的污垢有关的问题，减少了（额外添加的）化学品的使用，并且在本方法中废水在很大程度 上是回收利用的，因此总的来说本方法对环境的影响更小。更特别地，在用于生产营养粉的 常规纯化方法中，乳糖产量在83-85 %左右，而在本发明的方法中产量可提高至90 %以上。 [0011] 更特别地，本发明涉及一种用于处理动物脱脂乳和乳清的方法，优选用于生产干 粉，例如这样的干粉：其可被进一步加工为婴儿乳配方物和其他婴儿营养产品。本方法包括 对动物脱脂乳进行超滤和对乳清进行超滤，然后将分别富含乳蛋白和乳清蛋白的超滤截留 物混合。向动物脱脂乳中添加乳清改变脱脂乳的蛋白质组成，使得将脱脂乳人源化为更类 似于人乳的蛋白质组成。动物脱脂乳和乳清通常都含有太高水平的多价离子，其含量需要 被降低以使动物脱脂乳成为可用于哺育人类婴儿的合适的营养来源。
[0012] 本发明的方法采用超滤用于从动物脱脂乳和乳清中去除所述多价离子。因此，动 物脱脂乳和乳清都不需要被软化至本领域通常软化的程度。本发明的方法通过对动物脱脂 乳和乳清进行超滤，避免了对使用（显著）软化的和/或去除矿物质的乳清蛋白的需求， 所述乳清蛋白用于生产适于制备婴儿营养物的干粉配方物。在一个尤其优选的实施方案 中，作为超滤渗透物而从脱脂乳和乳清两者中去除的乳糖被软化或者甚至被去除矿物质， 意味着与进料物质相比，多价离子和单价离子的量降低，然后，通过在将超滤截留物混合之 前、之中或之后添加所述被去除矿物质的乳糖，而将所述渗透物用于增补得到的干粉配方 物。因此，所得配方物的矿物质含量足够低从而能够根据监管机构的规定（例如欧盟导则 91/321/EEC或欧盟导则2006/141/EC，美国食品与药品管理局21CFR Chi第107部分）制 备婴儿营养物。
[0013] 更特别地，本发明涉及一种用于处理动物脱脂乳和甜乳清和/或酸乳清的方法， 其包括：
[0014] (a)在分子量截留值为2. 5_25kDa的第一超滤膜上，使用1. 5-6的体积浓缩因 子，对包含动物脱脂乳的第一液体组合物进行超滤（UF1)，以获得截留物（UFR1)和渗透物 (UFP1)，所述动物脱脂乳含有以总蛋白计70-90重量％的酪蛋白和10-30重量％的乳清蛋 白；
[0015] (b)在分子量截留值为2. 5_25kDa的第二超滤膜上，使用2-15的体积浓缩因子，对 包含甜乳清和/或酸乳清的第二液体组合物进行超滤（UF2)，以获得截留物（UFR2)和渗透 物（UFP2);以及
[0016] (c)将来自步骤（a)的UF截留物与来自步骤（b)的UF截留物混合，以获得UF截 留物的混合物。
[0017] 替代地，本发明涉及一种用于处理动物脱脂乳和甜乳清和/或酸乳清的方法，其 包括：
[0018] (a)在分子量截留值为2. 5_25kDa的第一超滤膜上，对包含动物脱脂乳的第一液 体组合物进行超滤（UF1)，以获得包含以干重计35-65重量％蛋白质和20-50重量％乳糖的 截留物（UFR1)，和包含以干重计0-5重量％蛋白质和70-98重量％乳糖的渗透物（UFP1)， 所述动物脱脂乳含有以总蛋白计70-90重量％的酪蛋白和10-30重量％的乳清蛋白；
[0019] (b)在分子量截留值为2. 5_25kDa的第二超滤膜上，对包含甜乳清和/或酸乳清 的第二液体组合物进行超滤（UF2)，以获得包含以干重计15-55重量％蛋白质和35-65重 量％乳糖的截留物（UFR2)，和包含以干重计0-5重量％蛋白质和70-98重量％乳糖的渗透 物（UFP2);以及
[0020] (C)将来自步骤（a)的UF截留物与来自步骤（b)的UF截留物混合，以获得UF截 留物的混合物。
[0021] 在一个优选的实施方案中，本发明的方法还包括：
[0022] (d)从来自步骤（a)的UF渗透物，和/或来自步骤（b)的UF渗透物，或来自步骤 (a) 和（b)的UF渗透物的混合物中去除多价离子，以获得软化的UF渗透物，以及
[0023] (e)将来自（d)的软化的UF渗透物与来自步骤（a)的UF截留物，和/或来自步骤 (b) 的UF截留物，或来自步骤（c)的UF截留物的混合物混合，优选与来自步骤（c)的UF截 留物的混合物混合。优选地，通过一个多价离子去除步骤获得UF渗透物，其中钙、镁和磷酸 盐被去除，优选在很大程度上被去除。优选通过纳滤、盐沉淀、超滤和电渗析的组合去除多 价离子，最优选按纳滤、盐沉淀、超滤和电渗析的顺序进行。
[0024] 在一个优选的实施方案中，将来自步骤（a)的UF渗透物和来自步骤（b)的UF渗 透物以10:1至1:20、优选5:1至1:15、更优选1:1至1:10、最优选1:2至1:6的体积比合 并或混合。所述合并或混合可在软化之前或之后进行，但优选在软化之前进行。
[0025] 在一个优选的实施方案中，步骤（c)中的混合包括将UFR1和UFR2以20:1至1:20、 优选10:1至1:10、更优选6:1至1:6、最优选3:1至1:3的体积比混合，或其中将浓缩的 UFR1 (来自步骤jl))与浓缩的UFR2(来自步骤（jl))以20:1至1:20、优选10:1至1:10、 更优选6:1至1:6、最优选3:1至1:3的体积比合并或混合。
[0026] 在一个优选的实施方案中，本发明的方法还包括：
[0027] (f)从步骤（d)的至少一种软化的UF渗透物中去除单价离子，优选在步骤（e)中 的混合之前进行。优选地，对软化的UF渗透物进行最多一个或最多两个单价离子去除步 骤，其中钠、氯和钾被去除，优选在很大程度上被去除。优选地，对所有（d)的软化的UF渗 透物进行单价离子的去除。最优选地，首先将步骤（a)和（b)的UF渗透物混合为单一的UF 渗透物组合物，然后对所述组合物进行软化和单价离子的去除。
[0028] 在一个优选的实施方案中，本发明的方法还包括：
[0029] (g)对（d)的至少一种软化的UF渗透物进行浓缩步骤，优选通过反渗透和/或纳 滤进行，优选在步骤（e)中的混合之前进行。优选地，对所述UF渗透物进行最多一个或最 多两个浓缩步骤。
[0030] 在一个优选的实施方案中，通过电渗析、离子交换和/或盐沉淀实现多价离子的 去除，并通过纳滤或渗滤实现单价离子的去除。更优选地，通过纳滤、盐沉淀、超滤和电渗析 的组合去除多价离子，最优选地，按纳滤、盐沉淀、超滤和电渗析的顺序进行。
[0031] 在一个优选的实施方案中，本发明的方法还包括：
[0032] (h)对来自步骤（a)的UF截留物、来自步骤（b)的UF截留物或来自步骤（c)的 UF截留物的混合物进行干燥，以获得干粉，所述干燥优选在与步骤（a)中的软化的UF渗透 物混合之后进行。优选地，在干燥之前，对来自步骤（a)和/或（b)或（c)的UF截留物进 行浓缩步骤和/或单价离子去除步骤。该干燥步骤优选在与软化的UFP1渗透物（可对其 进行单价离子去除步骤）、软化的UFP2渗透物（可对其进行单价离子去除步骤）或软化的 UFP1/UFP2合并的渗透物（可对其进行单价离子去除步骤）混合之后进行，以获得干粉。在 一个优选的实施方案中，步骤h)的干燥发生在混合步骤（e)之后。
[0033] 在一个优选的实施方案中，所述干燥发生在混合步骤（c)之后。更优选地，干燥包 括对来自步骤（a)和（b)的软化的UF渗透物组合物进行干燥，所述组合物与来自（c)的UF 截留物混合，其中对所述UF截留物进行单价离子去除和/或浓缩步骤。最优选地，在将它 们混合之前，对UF截留物进行单价离子去除和/或浓缩步骤，然后与来自步骤（a)和（b) 的软化的UF渗透物组合物混合。
[0034] 在一个优选的实施方案中，本发明的方法还包括：
[0035] (i)对来自步骤（c)的UF截留物的混合物进行加热灭菌或巴氏灭菌步骤，优选在 步骤（e)之后且在步骤（h)之前进行。优选地，所述加热灭菌包括直接蒸汽注入（DSI)步 骤。
[0036] 在一个优选的实施方案中，本发明的方法还包括：
[0037] (jl)在步骤（c)、（e)或（h)之前，对来自步骤（a)的UF截留物和/或来自步骤 (b)的UF截留物进行单价离子去除和/或浓缩，优选通过反渗透和/或纳滤进行；或
[0038] (j2)在步骤（h)之前，对来自步骤（c)的UF截留物的混合物进行单价离子去除和 /或浓缩，优选通过反渗透和/或纳滤进行。优选地，对步骤（jl)或（j2)的至少一种或优 选所有的UF截留物进行最多一个或最多两个单价离子和/或浓缩步骤。
[0039] 在一个优选的实施方案中，将来自步骤（c)的UF截留物的混合物进一步加工为为 婴儿提供营养的营养产品。在另一个优选的实施方案中，在步骤（c)之前、之后或之中，或 在步骤（e)之前、之后或之中，或在步骤（h)之前、之后或之中加入其他成分。所述其他成 分优选包括（合适量的）油、维生素、矿物质、碳水化合物（例如乳糖或麦芽糖糊精，在需要 时）、膳食纤维（例如低聚半乳糖和/或低聚果糖）。
[0040] 在一个优选的实施方案中，在步骤（C)中将一定量的来自步骤（b)的UF截留物与 来自步骤（b)的UF截留物混合，使得来自步骤（c)的UF截留物的混合物的特征是，酪蛋白 和乳清蛋白的重量比为75:25至30:70。优选地，此比率为70:30至36:64,更优选地，为 65:35 至 45:55。
[0041] 在一个优选的实施方案中，将来自浓缩步骤的水或来自步骤（a)的UF渗透物和/ 或来自步骤（b)的UF渗透物或软化的UF渗透物的水加入第一液体组合物和/或第二液体 组合物中，优选地，所述来自浓缩步骤的水是通过对来自步骤（a)的UF截留物、来自步骤 (b)的UF截留物、来自步骤（c)的UF截留物的混合物进行反渗透和/或纳滤得到的。这样 将来自浓缩步骤的水循环利用降低了对添加外部供水的需求。例如，所述获得自浓缩步骤 的水可用于将动物脱脂乳和/或乳清粉复原为液体组合物，随后可对所述液体组合物进行 本发明的超滤。
[0042] 在一个优选的实施方案中，步骤（b)的第二液体组合物包含总乳清以总重量计至 少50重量％的甜乳清，优选至少60重量％，更优选至少70重量％或80重量％，最优选至 少90重量％。
[0043] 在一个优选的实施方案中，本发明涉及一种用于处理动物脱脂乳和动物乳清用于 生产乳制品的方法，所述乳制品优选为干配方物，更优选干婴儿乳粉和其他婴儿营养产品。
[0044] 在一个优选的实施方案中，本发明的方法优选每小时进料干物质为500_2500kg、 更优选800-1800kg、最优选1000-1400kg的第一液体组合物、优选动物脱脂乳。本发明的 方法优选每小时进料干物质为1500-5000kg、更优选2200-4000kg、最优选2600-3000kg 的第二液体组合物、优选动物乳清。本发明的方法优选每小时处理750-4000kg、更优 选1000-3000kg、最优选1500-2000kg UF截留物，所述UF截留物获自两种合并的进料 物流的超滤。本发明的方法优选每小时处理1000_5000kg、更优选1500-4000kg、最优选 2000-2500kg UF渗透物，所述UF渗透物获自两种合并的进料物流的超滤。
【具体实施方式】
[0045] 本发明的方法
[0046] 本发明涉及一种用于处理动物脱脂乳和甜乳清和/或酸乳清的方法，其包括：
[0047] (a)在分子量截留值为2. 5_25kDa的第一超滤膜上，使用1. 5-6的体积浓缩因 子，对包含动物脱脂乳的第一液体组合物进行超滤（UF1)，以获得截留物（UFR1)和渗透物 (UFP1)，所述动物脱脂乳含有以总蛋白计70-90重量％的酪蛋白和10-30重量％的乳清蛋 白；
[0048] (b)在分子量截留值为2. 5_25kDa的第二超滤膜上，使用2-15的体积浓缩因子，对 包含甜乳清和/或酸乳清的第二液体组合物进行超滤（UF2)，以获得截留物（UFR2)和渗透 物（UFP2);以及
[0049] (c)将来自步骤（a)的UF截留物与来自步骤（b)的UF截留物混合，以获得UF截 留物的混合物。
[0050] 替代地，本发明涉及一种用于处理动物脱脂乳和甜乳清和/或酸乳清的方法，其 包括：
[0051] (a)在分子量截留值为2. 5_25kDa的第一超滤膜上，对包含动物脱脂乳的第一液 体组合物进行超滤（UF1)，以获得包含以干重计35-65重量％蛋白质和20-50重量％乳糖的 截留物（UFR1)，和包含以干重计0-5重量％蛋白质和70-98重量％乳糖的渗透物（UFP1)， 所述动物脱脂乳含有以总蛋白计70-90重量％的酪蛋白和10-30重量％的乳清蛋白；
[0052] (b)在分子量截留值为2. 5_25kDa的第二超滤膜上，对包含甜乳清和/或酸乳清 的第二液体组合物进行超滤（UF2)，以获得包含以干重计15-55重量％蛋白质和35-65重 量％乳糖的截留物（UFR2)，和包含以干重计0-5重量％蛋白质和70-98重量％乳糖的渗透 物（UFP2);以及
[0053] (c)将来自步骤（a)的UF截留物与来自步骤（b)的UF截留物混合，以获得UF截 留物的混合物。
[0054] 本发明的方法使用至少两种来源的蛋白质；第一种是包含具有以总蛋白计70-90 重量％酪蛋白和10-30重量％乳清蛋白的动物脱脂乳的第一液体组合物。优选地，所述第 一液体组合物包含或是酪蛋白和乳清蛋白的含量比为80:20的动物脱脂乳。优选地，所述 第二液体组合物包含或是甜乳清和/或酸乳清。更优选地，所述第二液体组合物包含或是 甜乳清。
[0055] 在本发明的方法中，对第一液体组合物和第二液体组合物各自进行超滤（UF，步骤 (a)和（b))，以获得两种UF截留物（UFR1和UFR2)和两种UF渗透物（UFP1和UFP2)。在一 个优选的实施方案中，在获得最终的乳制品之前，可对第一液体组合物、第二液体组合物和 来自第一和第二液体组合物的UF的UF截留物的混合物进行多个加工步骤。
[0056] 在一个优选的实施方案中，在进行步骤（d)中的多价离子去除之前，首先将来自 步骤（a)的UFP1渗透物与来自步骤（b)的UFP2渗透物混合（例如通过在单个收集器/储 罐中收集）。随后将软化的UFP1/UFP2合并的渗透物（即来自UF1/UF2步骤的混合的UFP1/ UFP2渗透物，其包含降低的多价离子水平）与来自UF1的UFR1截留物、来自UF2的UFR2截 留物、或优选与步骤（c)的UF截留物的混合物混合。在一个更优选的选择中，首先对来自 (a)的UFR1截留物、来自（b)的UFR2截留物、或优选步骤（c)的UF截留物的混合物进行浓 缩步骤，优选通过反渗透或纳滤进行，之后，将这些更浓的液体组合物与软化的UFP1/UFP2 合并的渗透物合并。首先将来自UF1的UFP1渗透物与来自UF2的UFP2渗透物混合的优势 在于从单个液体组合物（即所述UFP1/UFP2渗透物混合物）中去除多价离子，而不是从两 个单独的液体组合物中去除多价离子。
[0057] 在又一个优选的实施方案中，本发明的方法包括步骤（jl)或（j2)。本文优选在步 骤（c)、（e)或（h)之前，对来自步骤（a)的UF截留物和/或来自步骤（b)的UF截留物进 行单价离子去除和/或浓缩步骤，优选通过反渗透和/或纳滤进行。优选地，单独地对所述 UF截留物进行所述步骤。或者，在步骤（h)之前，对来自步骤（c)的UF截留物的混合物进 行单价离子去除和/或浓缩，优选通过反渗透和/或纳滤进行。优选地，对步骤（a)和（b) 的至少一种或两种UF截留物或步骤（c)的UF截留物进行最多一个或最多两个单价离子和 /或浓缩步骤。
[0058] 在另一个优选的实施方案中，来自UF1的UFR1截留物富含酪蛋白和乳清蛋白，来 自UF2的UFR2截留物富含乳清蛋白，步骤（c)的UF截留物的混合物富含酪蛋白和乳清蛋 白，分别来自UF1和UF2的UFP1和UFP2渗透物富含乳糖。此外，步骤（c)的UF截留物的 混合物的特征是，酪蛋白：乳清蛋白的比率，从在牛脱脂乳中观察到的80:20的重量比向更 高乳清蛋白水平的方向转变。优选地，其