专利名称：低乳糖和无乳糖的乳制品及其生产方法
技术领域：
本发明涉及低乳糖和无乳糖的乳制品及其生产方法。将乳原料中的乳糖完全或部 分水解，并将蛋白质、矿物质和糖分离到不同的流分中。本发明特别涉及膜过滤技术在蛋白 质、矿物质和糖的分离中的应用。
背景技术：
已知使用膜技术生产低乳糖和无乳糖乳的几种方法。常规的裂解乳糖的酶促法也 是本领域中公知的，该方法包括这样的步骤向乳中添加来自真菌或酵母菌的乳糖酶以使 得超过80 %的乳糖裂解成单糖(即，葡萄糖和半乳糖)。已提出了几种膜过滤法解决方案来从乳原料中除去乳糖。通常使用的四种基本的 膜过滤法是反渗透(RO)、纳滤(NF)、超滤(UF)和微滤(MF)。其中，UF主要适合用于从乳 中分离乳糖。反渗透通常用于浓缩，超滤和微滤通常用于分级，纳滤可用于浓缩和分级。例 如在WO公报00/45643中描述了基于膜技术的乳糖去除法，其中通过超滤和渗滤除去乳糖。 当使用过滤法时，通常产生的问题是生成副流分，如渗透物流分或乳糖流分。例如，已公布 的美国申请2007/0166447公开了使用作为副流分产生的含乳糖的NF渗余物流分作为酸奶 生产中的发酵原料。近来的研究实际上集中于乳的膜过滤和经如此过滤的低碳水化合物乳在生产乳 产品(如奶酪、冰淇淋和酸奶)中的应用。已知的包含数个不同工序的多步膜过滤法的共 同点是，这些方法均包括另外添加并非源自乳原料的水，从而稀释乳成分并使含极少碳水 化合物(即，乳糖)的乳制品获得适当甜度。在该领域中特别成问题的是含有并非完全源 于初始乳原料的液体的制品并不能被称为乳。上述已知方法的另一个共同点是，在对乳原 料进行膜过滤之前未除去残余乳糖。本领域已知的是，与通常的膜技术相关的问题在于在超滤过程中，不仅将乳糖从 乳中去除，还去除了一些对乳和由其制备的乳制品的味道至关重要的矿物质。控制矿物质 含量在本领域中特别存在问题，已知方法导致了大量的矿物质损失，这就是经常必须返还 或另外添加这些矿物质的原因。例如，膜法通常还产生含糖和含矿物质的次生流，该次生流不能被有效利用，还增 加了废水负荷，需要进一步的处理并增加了成本。WO公报2005/074693公开了在无乳糖乳的生产中使用膜技术。该方法的特点是以 水稀释超滤渗余物，使得乳糖含量为约3. 0%。以酶法水解残余乳糖。WO公报03/094623A1公开了下述方法其中，对乳制品进行超滤、纳滤和反渗透浓 缩，然后将超滤过程中除去的矿物质返还至UF渗余物。由此获得的低乳糖乳制品中的残余 乳糖由乳糖酶水解为单糖，从而获得几乎不含乳糖的乳制品。通过该方法，去除了乳中的乳 糖而不影响所制备的乳制品的感官特性。在生产乳制品的该方法中，添加了并非源自所述 方法的任何步骤的水。并且，该方法产生含矿物质的次生流，其不能在此方法中得到利用， 需要进行后处理。
专利公报KR20040103818描述了生产低乳糖乳的方法，所述方法包括将经乳糖酶 水解的乳纳滤以部分除去半乳糖和葡萄糖，并向纳滤渗余物中添加水以获得合适的甜度。 Choi 等(Asian-Aust. J. Anim. Sci. 20(6) (2007)989-993)描述了生产乳糖已水解的乳的 方法，其中以β-半乳糖酶(5000乳糖酶活性单位/g，Validase, Valley Research)部分 (0. 03% ；4°C，24小时)或“完全”(0. 1%，40小时)水解原乳，热处理以使酶失活(72°C, 5分钟)，冷却至45°C 50°C，在约9巴 10巴的压力纳滤(130psi 140psi ；浓缩系数 1.6)。将水添加至NF渗余物中并在65°C进行30分钟热处理。所述专利文件中公开的方法 包含水解步骤、酶的热处理、纳滤和水的添加，不适合用于生产不另外添加水的乳制品。该 方法还包括另外的热处理，用于使酶失活并消除过滤步骤(即，暖环境中的NF过滤)中的 微生物问题。乳加工的高卫生要求也使工业方法受到限制。在乳原料的工业加工和膜方法 中，通常希望例如10°C的温度以消除微生物问题。因此，理想的是提供这样的方法该方法还用于控制工艺中的次生流和比当前方 法更有效地将所述次生流回收，这还使得能够进行新型应用。因此，使得所述方法更高效。 然而，获得具有完全无瑕疵的味道和结构、满足消费者对感官上可接受的乳制品的期望、能 经济简便地生产而不另外添加水的产品是极具挑战性的。现在，出人意料地发明了无需任何额外成本而生产在其感官特性方面完全无瑕疵 的低乳糖和无乳糖乳制品的方法。与常规方法相比，本发明的方法使得可以更有效、更简便 地控制乳成分，无需额外成本，并能将损失降至最低。在乳制品的生产中不需另外添加水。 此外，本发明的方法不产生需要后处理的次生流，使得工艺更加高效。
发明内容
本发明提供了用于避免在生产低乳糖、无乳糖和低碳水化合物乳中和在生产富蛋 白质乳制品和具有改变的蛋白质组成而要另外添加水的制品中产生的棘手要求以及与所 述乳制品的感官特性(特别是味道)相关的问题的新解决方案，这通过下述方法而实现，在 所述方法中，将乳原料中的乳糖水解，通过膜技术从获得的经水解的乳原料中将蛋白质、糖 和矿物质分离到不同的流分中。可由分离出的各流分制出所需的乳制品而无需另外添加 水。本发明提供了生产低乳糖和无乳糖乳制品的方法，所述方法的特征在于如独立权 利要求中所述。本发明还提供了由通过本发明的方法获得的不同流分制成的低乳糖和无乳 糖乳制品。本发明的方法使得能够简化并改善低乳糖和无乳糖乳制品的生产，无需另外补 充/添加水、盐和/或蛋白质，副产品特别适合用于同一生产工厂中的各种用途。通过本发明的方法获得的所有副产品都是常见乳产品，并且工艺中产生的次生流 可以在本发明的方法中进一步利用。所述方法不产生需要以特殊方式处理或分离的产物或 次生流，这意味着废水负荷减至最小。此外，无乳糖和低乳糖乳制品中特别典型的蛋白质和矿物质的损失得以避免，尤 其是改善了该方法中产生的稀水溶液的回收。本发明还提供了简便、经济、工业上可大规模应用并且不导致额外成本的方法。出人意料地发现，通过膜过滤技术完全或部分水解乳原料中的乳糖能够有效控制 工艺水以及矿物质与蛋白质的比例。因此，本发明提供了一种处理经水解的脱脂乳的乳原料中成分的方法，从而使得能够有效利用工艺中产生的液流(即，稀水溶液)而无需在工艺 中另外添加水。通过本发明的方法生产的乳制品具有所需的感官特性，仅含少量的碳水化合物， 并且含有至少与正常乳相当量的营养成分。
具体实施例方式一方面，本发明涉及一种生产低乳糖或无乳糖乳制品的方法，所述方法包括a)水解乳原料中的乳糖，并对乳原料进行膜过滤，b)通过膜技术对在步骤a)中获得的一种或多种流分的至少一部分进行进一步处 理，c)如果需要，对在步骤a)和/或步骤b)中获得的一种或多种流分的至少一部分 进行蒸发和/或色谱分离，从而将蛋白质、糖和矿物质分离到不同的流分中，d)由在步骤a)中获得的一种或多种流分、和/或在步骤b)中获得的一种或多种 流分、和可能地在步骤c)中获得的一种或多种流分以及其他组分，来构成具有所需组成和 甜度的乳制品，基本上不向构成的所述乳制品中添加水和乳糖酶来水解所述制品中的任何 残余乳糖，e)如果需要，将在步骤d)中获得的所述制品浓缩成浓缩物或粉末。在本发明的内容中，乳原料是指原样或浓缩物形式的乳、乳清以及乳和乳清的组 合。乳原料可以补充有乳制品制备中常用的组分，例如脂肪、蛋白质或糖流分等。乳原料因 此可以是，例如全脂乳、奶油、低脂肪乳或脱脂乳、超滤乳、渗滤乳、微滤乳、经蛋白酶处理的 乳、由奶粉调制的乳、有机乳或这些乳的组合、或者这些乳中任一种的稀释物。优选的是，乳 原料是脱脂乳。在本发明的方法的步骤a)中，如本领域所公知，将乳原料中的乳糖水解为单糖。 在本发明的一个实施方式中，乳糖水解步骤和用以分离乳成分的膜过滤步骤彼此同时开 始。在本发明的另一实施方式中，乳糖水解在膜过滤步骤之前开始。在本发明的再一实施 方式中，在膜过滤步骤之前使水解进行完全(完全水解)。在本发明的方法的另一实施方式 中，在过滤步骤之前水解部分进行，然后经部分水解的乳原料中的乳糖水解继续与所述经 部分水解的乳原料的过滤(即，乳成分的分离)同时进行。乳糖水解可继续进行直至乳糖 酶失活，例如可通过对由本发明中接收的各流分在后一阶段组成的乳制品进行热处理而使 乳糖酶失活。根据本发明的一个实施方式，步骤a)中的膜过滤是超滤(UF)。完全水解意味着经水解的乳原料是无乳糖的，乳糖含量不高于0. 5%。部分水解意 味着经水解的乳原料中的乳糖含量为> 0. 5%。在本发明的方法的步骤b)中，对来自步骤a)的含乳糖酶的乳原料进一步进行膜 过滤以将蛋白质、糖和矿物质分离到不同的流分中。步骤b)可包含数个连续的膜过滤步 骤。在本发明的一个实施方式中，通过改变膜过滤技术、工艺条件和/或不同的膜类型来进 行步骤b)。待改变的条件可以是例如过滤温度、过滤压力、渗滤步骤的加入和/或过滤的 浓缩系数。可以改变一个或多个变量的条件。用于进一步处理的合适的膜技术例如是纳滤 (NE)和反渗透(RO)，特别是纳滤。如果需要，可将两种以上的由膜过滤获得的渗余物和渗 透物流分合并用于后续的膜过滤步骤。
根据本发明的方法的步骤C)，如果需要，通过蒸发和/或色谱对步骤a)和/或步 骤b)中获得的一种或多种渗余物和渗透物流分的至少一部分进行进一步处理，从而进一 步改善蛋白质、糖和矿物质的分离。本发明关键的一点是，所述进一步处理可无需添加水而 进行。也可在一个或多个步骤中，以所需的方式将不同的分离方法组合。在本发明的一个实施方式中，将经水解的乳原料在纳滤中获得的NF渗透物用作 本发明的方法中的渗滤(DF)的渗滤水(diawater)。根据本发明获得的NF渗透物不仅可用 在本发明的方法中，还可用在其他膜过滤方法中。在本发明的一个具体实施方式
中，NF渗 透物源自经水解的乳原料的UF渗透物的纳滤。在本发明的方法的实施方式中，将在步骤a)中获得的超滤渗余物和由超滤渗透 物的纳滤获得的纳滤渗透物回收至将在步骤a)中处理的乳原料中。通过膜技术，优选在其中渗余物中的糖滞留较少的条件下在第一步骤中通过超滤 来分离经水解的乳原料的蛋白质、糖和矿物质。合适的超滤膜包括，例如HFK_131(Koch membrane systems, Inc.，USA)。合适的 纳滤膜包括，例如 Desal 5DL(GE Osmonics, USA), Desal 5DK(GE Osmonics，USA)、TFC SR3 (Koch membrane systems, Inc. ,USA) ,FILMTEC NF (Dow, USA) 合适的反渗透膜包括 例如，TFC HR(Koch membrane systems, Inc.，USA)禾口 FILMTECFT30 (Dow，USA)。浓缩系数(K)是指供给到过滤中的液体与渗余物之间的重量比，其以下述方式确 定K =供给物(kg) /渗余物(kg)在本发明的方法中，超滤优选以浓缩系数K = 1 10进行，更优选为2 6，纳滤 优选以浓缩系数K = 1 10进行，更优选为K = 2 6。如果采用渗滤，则浓缩系数可以大很多。根据本发明的方法的步骤d)，由经水解的乳原料的膜过滤获得的一种或多种流 分，如果需要，还由通过蒸发和/或色谱分离而进一步处理获得的一种或多种流分，来构成 具有所需组成和甜度的无乳糖或低乳糖乳制品。也可将所述流分构成低碳水化合物和富蛋 白质乳制品以及具有改良的蛋白质组成的乳制品。也可将其他组分添加到所述制品中。基 本上不添加水而组成所述乳制品，此时将由本发明的方法获得的经水解的乳原料的一种或 多种流分用作组成所述制品所需的液体。作为所添加的液体，可以具体举出RO渗透物、NF 渗透物或在经水解的乳原料的浓缩或蒸发中产生的冷凝水。在本发明的一个实施方式中， NF渗透物源自经水解的乳原料的UF渗透物的纳滤。作为所述液体，也可以部分使用自来水。在本发明的内容中，术语“基本上不添加 水”是指以由本发明的方法获得的流分替代至少50 %的自来水。如果需要，可将由本发明的方法生产的低乳糖或无乳糖乳制品浓缩成乳浓缩物或 奶粉。 本发明的乳制品是低乳糖或无乳糖的。在本发明中，术语低乳糖是指乳制品的乳 糖含量不高于1%。术语无乳糖是指乳制品的乳糖含量为0. 5g/份(例如，对于液体奶是 0. 5g/244g，乳糖含量至多为0. 21% )，但不高于0. 5%。根据本发明，也可以生产具有无瑕 疵的感官特性的含极少碳水化合物的乳饮料。此外，将乳原料中所含的蛋白质的损失降至最低，并无需另外补充/添加矿物质和/或蛋白质。本发明的方法简单且适于大规模生产。本发明的方法可应用于间歇生产和连续生产。优选的是，本发明的方法以间歇法 实施。第二方面，本发明提供包含由经水解的乳原料的一次或多次膜过滤获得的所述经 水解的乳原料的一种或多种流分的无乳糖、低乳糖乳制品。在本发明的一个实施方式中，所 述无乳糖或低乳糖乳制品包含UF渗余物、UF渗透物、NF渗余物、NF渗透物、DF渗余物、DF 渗透物、RO渗余物和RO渗透物这些流分中的至少一种。在本发明的一个具体实施方式
中， 本发明的乳制品以DF渗余物的形式获得，富含蛋白质。一方面，本发明还涉及通过包括下述步骤的方法生产的无乳糖或低乳糖乳制品a)水解乳原料中的乳糖，并对乳原料进行膜过滤，b)通过膜技术对在步骤a)中获得的一种或多种流分的至少一部分进行进一步处 理，c)如果需要，对在步骤a)和/或步骤b)中获得的一种或多种流分的至少一部分 进行蒸发和/或色谱分离，从而将蛋白质、糖和矿物质分离到不同的流分中，d)由在步骤a)中获得的一种或多种流分、和/或在步骤b)中获得的一种或多种 流分、和可能地在步骤c)中获得的一种或多种流分以及其他成分，来构成具有所需组成和 甜度的乳制品，基本上不向构成的所述乳制品中添加水和乳糖酶来水解所述制品中的任何 残余乳糖，e)如果需要，将在步骤d)中获得的所述制品浓缩成浓缩物或粉末。如上所述，可将由经水解的乳原料在纳滤中获得的NF渗透物用作膜过滤工序中 的渗滤水。所述NF渗透物可特别用在本发明的方法的(一次或多次)渗滤中。在本发明 的一个实施方式中，NF渗透物源自经水解的乳原料的UF渗透物的纳滤。可将经水解的乳原料在膜过滤中获得的含葡萄糖和半乳糖的糖流分用作甜味剂 或例如用在生产酸奶制品的发酵工序中。所述糖流分可作为在经水解的乳原料的超滤中获 得的UF渗透物而获得，或者作为纳滤中获得的NF渗余物而获得。所述糖流分可特别作为 由经水解的乳原料的超滤渗透物的纳滤获得的NF渗余物而获得。与含乳糖流分相比，由水 解获得的所述含葡萄糖和半乳糖的流分可更容易且更直接地用于例如酸奶制品生产中的 起始物。因此，由本发明的方法获得的含葡萄糖和半乳糖的流分可用作发酵工序中的发酵 糖。下述实施例用于说明本发明，而并非将本发明仅局限于所述实施方式。实施例1.经水解的脱脂乳在凉条件下的超滤(K = 1. 9)以0. 剂量的Godo YNL2乳糖酶(Godo Shusei Company,日本)对脱脂乳(40L) 进行水解(6°C，18小时)。并于9°C 19°C的温度和4. 5巴 5. O巴的压力以HFK-131膜 (Koch Membrane Systems Inc.，USA)对完全水解的脱脂乳进行超滤。渗透物流为3. 81/ m2h 6. 51/m2h。继续进行超滤，直至浓缩系数为1. 9，BP, UF渗余物体积为21L，UF渗透物 体积为19L。从供给物(经水解的脱脂乳)、UF渗余物和UF渗透物中取样，由其测定蛋白质、干 物质、葡萄糖、半乳糖和灰分(表1)。
UF渗余物用于组成乳饮料(实施例9 ；表10和表11)。表1 经水解的脱脂乳的超滤的供给物、渗余物和渗透物的组成
权利要求
1.一种生产无乳糖或低乳糖乳制品的方法，所述方法包括a)水解乳原料中的乳糖，并对乳原料进行膜过滤，b)通过膜技术对在步骤a)中获得的一种或多种流分的至少一部分进行进一步处理，c)如果需要，对在步骤a)和/或步骤b)中获得的一种或多种流分的至少一部分进行 蒸发和/或色谱分离，从而将蛋白质、糖和矿物质分离到不同的流分中，d)由在步骤a)中获得的一种或多种流分、和/或在步骤b)中获得的一种或多种流分、 和可能地在步骤c)中获得的一种或多种流分以及其他成分，来构成具有所需组成和甜度 的乳制品，基本上不向构成的所述乳制品中添加水和乳糖酶来水解所述制品中的任何残余 乳糖，e)如果需要，将在步骤d)中获得的所述制品浓缩成浓缩物或粉末。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述乳原料中的乳糖部分水解。
3.如权利要求2所述的方法，其中，在通过所述膜技术将经部分水解的乳原料分离成 含蛋白质、糖和矿物质的多个流分的同时，所述经部分水解的乳原料中的乳糖水解继续进 行。
4.如权利要求1 3中任一项所述的方法，其中，步骤a)中的所述膜过滤是超滤。
5.如权利要求4所述的方法，其中，将所述超滤中获得的UF渗透物通过纳滤进一步处 理，获得NF渗余物和NF渗透物。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述NF渗透物作为渗滤的渗滤水用在步骤a)和/ 或步骤b)中。
7.如权利要求5所述的方法，其中，将所述超滤中获得的UF渗余物和所述NF渗透物回 收至将在步骤a)中处理的所述乳原料中。
8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，基本上不添加水而在步骤d)中组成所 述制品。
9.如权利要求8所述的方法，其中，将经水解的乳原料在一个或多个膜过滤步骤中获 得的RO渗透物或NF渗透物、或所述经水解的乳原料在所述蒸发中获得的冷凝水用作组成 所述乳制品的液体。
10.如权利要求9所述的方法，其中，将所述经水解的乳原料的所述超滤渗透物经纳滤 而得到的NF渗透物用作所述液体。
11.一种无乳糖或低乳糖的乳制品，所述乳制品包含通过经水解的乳原料的一次或多 次膜过滤而获得的所述经水解的乳原料的一种或多种流分。
12.如权利要求11所述的乳制品，所述乳制品包含下述流分中的至少一种UF渗余物、 UF渗透物、NF渗余物、NF渗透物、DF渗余物、DF渗透物、RO渗余物和RO渗透物。
13.如权利要求12所述的乳制品，所述乳制品包含DF渗余物。
14.一种无乳糖或低乳糖的乳制品，所述乳制品通过包含下述步骤的方法生产a)水解乳原料中的乳糖，并对乳原料进行膜过滤，b)通过膜技术对在步骤a)中获得的一种或多种流分的至少一部分进行进一步处理，c)如果需要，对在步骤a)和/或步骤b)中获得的一种或多种流分的至少一部分进行 蒸发和/或色谱分离，从而将蛋白质、糖和矿物质分离到不同的流分中，d)由在步骤a)中获得的一种或多种流分、和/或在步骤b)中获得的一种或多种流分、和可能地在步骤c)中获得的一种或多种流分以及其他成分，来构成具有所需组成和甜度 的乳制品，基本上不向构成的所述乳制品中添加水和乳糖酶来水解所述制品中的任何残余 乳糖，e)如果需要，将在步骤d)中获得的所述制品浓缩成浓缩物或粉末。
全文摘要
本发明涉及低乳糖和无乳糖的乳制品及其生产方法。将乳原料中的乳糖水解，通过膜技术将蛋白质、矿物质和糖分离到不同的流分中，并由所述流分组成低乳糖或无乳糖的乳制品。本发明提供这样的乳制品其中的水源自初始的乳原料。此外，所述方法产生有用的副产物。
文档编号A23C9/14GK102131398SQ200980133324
公开日2011年7月20日 申请日期2009年8月28日 优先权日2008年8月29日
发明者哈利·卡里奥宁, 雷塔·蒂卡玛克 申请人:瓦利奥有限公司