本发明涉及一种基于分离膜技术的脱乳糖脱脂奶粉制备方法。
背景技术：
牛奶中含有丰富的钙、维生素d等，包括人体生长发育所需的全部氨基酸，消化率可高达98%，其中钙、维生素、乳铁蛋白和共轭亚油酸等多种抗癌因子，有抗癌、防癌的作用；而维生素a，可以防止皮肤干燥及暗沉，使皮肤白皙，有光泽等。然而乳糖不耐症的存在使得这部分患者无法饮用普通的牛奶，因而出现了脱乳糖牛奶。但在牛奶这个复杂的体系中单单脱出乳糖是非常困难的，现今广泛应用的脱乳糖方法为酶法水解乳糖，然而酶的造价昂贵，且游离的乳糖酶难回收，酶易失活等缺点。
技术实现要素：
针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于分离膜技术的脱乳糖脱脂奶粉制备方法。
所述的一种基于分离膜技术的脱乳糖脱脂奶粉制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）脱脂牛奶通过超滤膜进行数次渗析截留蛋白质，得到含有蛋白质、膳食纤维的第一截留液和含有乳糖、无机盐、小分子纤维素的第一透过液；
2）步骤1）所得第一透过液通过电渗析进行脱盐处理，得到含有富集无机盐的浓缩液和含有乳糖、小分子纤维素的淡化液，所述淡化液内含有少量未脱除完全的无机盐；
3）步骤2）所得淡化液通过纳滤膜进行无机盐与乳糖的再次分离，得到含有乳糖、小分子纤维素的第二截留液和含有少量无机盐的第二透过液，所述第二透过液再次循环至步骤2）的电渗析过程中，以将无机盐回收利用；
4）合并步骤1）所得第一截留液和步骤2）所得浓缩液得到脱乳糖脱脂牛奶，所述脱乳糖脱脂牛奶通过喷雾干燥得到脱乳糖脱脂奶粉。
所述的一种基于分离膜技术的脱乳糖脱脂奶粉制备方法，其特征在于步骤1）中，脱脂牛奶通过超滤膜进行渗析的次数为6次，具体过程为：脱脂牛奶通过超滤膜进行6次渗析时，每次渗析采用的原料液分别用1~10倍的去离子水进行稀释，再通过超滤膜进行下一次渗析，其中第1次渗析采用的原料液为所述脱脂牛奶，第2~6次渗析采用的原料液均为上一次渗析得到的截留液；合并1~6次渗析得到的透过液，即得到所述含有乳糖、无机盐、小分子纤维素的第一透过液；第6次渗析后得到的截留液即为所述含有蛋白质、膳食纤维的第一截留液。
所述的一种基于分离膜技术的脱乳糖脱脂奶粉制备方法，其特征在于步骤1）中的超滤膜为平板膜、陶瓷膜、中空纤维膜或卷式膜组件。
所述的一种基于分离膜技术的脱乳糖脱脂奶粉制备方法，其特征在于步骤2）电渗析所采用的膜为非均相、均相或半均相的离子交换膜。
所述的一种基于分离膜技术的脱乳糖脱脂奶粉制备方法，其特征在于步骤3）中的纳滤膜为平板膜或卷式膜组件。
相对于现有技术，本发明取得的有益效果是：
本发明提出一种以脱脂牛奶为原料，基于耦合超滤、电渗析、纳滤这三种膜技术得到脱乳糖脱脂奶粉的制备方法，本发明首先通过超滤分离截留牛奶中如蛋白质等其它大分子组分，然后通过电渗析技术回收无机盐，再通过纳滤分离截留乳糖，从而将乳糖组分脱除，最终将超滤截留液和电渗析浓缩液合并重组并通过喷雾干燥，得到脱乳糖脱脂奶粉。本发明通过膜分离技术以物理的孔径筛分手段，不会对牛奶产生任何的化学影响，不仅实现了乳糖的有效去除和回收，同时在生产的过程中，废水也得到了有效回收利用，过程不会出现任何副产物。通过本发明的方法，乳糖的截留率高达96.13%，即乳糖的质量含量低达0.16%（g/100g）。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
以下实施例中，采用的脱脂牛奶原料是购自浙江美丽健乳业有限公司的脱脂牛奶。乳糖浓度的测试标准为gb/t5413.5-2010。
蛋白质浓度的采用考马斯亮蓝测试方法，测试过程为：将含蛋白质的样液与考马斯亮蓝试剂混合后，混合液通过分光光度计测试吸光值，进而测试出蛋白质的含量（该方法测试所有蛋白质的总含量）。
实施例1
步骤1:将1000g脱脂牛奶用截留分子量为100kda的pes平板膜在0.1mpa压力及6l/min流速下进行6次渗析截留蛋白质，每次渗析的原料液均用1l去离子水进行稀释，再通过超滤膜进行下一次渗析（本实施例中，第1次渗析采用的原料液为所述脱脂牛奶，第2~6次渗析采用的原料液均为上一次渗析得到的截留液；进行前5次渗析时，每次渗析得到的截留液大约为1000g）；合并1~6次渗析得到的透过液，即得到含有乳糖、无机盐、小分子纤维素的第一透过液6000g；收集第6次渗析后得到的截留液989.5g，即为含有蛋白质、膳食纤维的第一截留液。
步骤2:将步骤1所得6000g第一透过液通过电渗析进行脱盐处理（操作条件为：第一透过液加入到电渗析装置的淡化室中，并在电渗析装置的浓缩室中加入500g纯水，电渗析在30v电压及40l/h流速下进行），得到含有大部分无机盐的浓缩液797.6g和含有剩下的乳糖、小分子纤维素及小部分无机盐的淡化液5700.3g；
步骤3：将步骤2得到的5700.3g淡化液通过pa纳滤膜进行无机盐与乳糖的再次分离（操作条件为：压力10bar，流速7l/min，温度25±5℃），得到含有乳糖、小分子纤维素的第二截留液（即乳糖浓缩液，检测乳糖浓缩液中基本无蛋白质残留）873.8g和含有少量无机盐的第二透过液（即无机盐水溶液）4824.7g，所述第三透过液可再次循环至步骤2的电渗析过程中，以将无机盐回收利用；
步骤4：将步骤1中的含有蛋白质、膳食纤维等相对较大物质的第一截留液、步骤2中的含有大部分无机盐的浓缩液进行合并，得到脱乳糖牛奶1787.1g，将所述脱乳糖牛奶通过xinw-015实验型喷雾干燥机进行喷雾干燥，得到乳糖质量含量为0.16%的脱乳糖脱脂奶粉23.5g。
实施例2
步骤1:将2000g脱脂牛奶用截留分子量为100kda的pes平板膜在0.1mpa压力及6l/min流速下进行6次渗析截留蛋白质，每次渗析的原料液均用2l去离子水进行稀释，再通过超滤膜进行下一次渗析（本实施例中，第1次渗析采用的原料液为所述脱脂牛奶，第2~6次渗析采用的原料液均为上一次渗析得到的截留液；进行前5次渗析时，每次渗析得到的截留液大约为2000g）；合并1~6次渗析得到的透过液，即得到含有乳糖、无机盐、小分子纤维素的第一透过液12000g；收集第6次渗析后得到的截留液1989.5g，即为含有蛋白质、膳食纤维的第一截留液。
步骤2:将步骤1所得12000g第一透过液通过电渗析进行脱盐处理（操作条件为：第一透过液加入到电渗析装置的淡化室中，并在电渗析装置的浓缩室中加入500g纯水，电渗析在30v电压及40l/h流速下进行），得到含有大部分无机盐的浓缩液798.3g和含有剩下的乳糖、小分子纤维素及小部分无机盐的淡化液11697.7g；
步骤3：将步骤2得到的11697.7g淡化液通过pa纳滤膜进行无机盐与乳糖的再次分离（操作条件为：压力10bar，流速7l/min，温度25±5℃），得到含有乳糖、小分子纤维素的第二截留液（即乳糖浓缩液，检测乳糖浓缩液中基本无蛋白质残留）879.3g和含有少量无机盐的第二透过液（即无机盐水溶液）10815.6g，所述第三透过液可再次循环至步骤2的电渗析过程中，以将无机盐回收利用；
步骤4：将步骤1中的含有蛋白质、膳食纤维等相对较大物质的第一截留液、步骤2中的含有大部分无机盐的浓缩液进行合并，得到脱乳糖牛奶2787.8g，将所述脱乳糖牛奶通过xinw-015实验型喷雾干燥机进行喷雾干燥，得到乳糖质量含量为0.17%的脱乳糖脱脂奶粉46.2g。
实施例3
步骤1:将3000g脱脂牛奶用截留分子量为100kda的pes平板膜在0.1mpa压力及6l/min流速下进行6次渗析截留蛋白质，每次渗析的原料液均用3l去离子水进行稀释，再通过超滤膜进行下一次渗析（本实施例中，第1次渗析采用的原料液为所述脱脂牛奶，第2~6次渗析采用的原料液均为上一次渗析得到的截留液；进行前5次渗析时，每次渗析得到的截留液大约为3000g）；合并1~6次渗析得到的透过液，即得到含有乳糖、无机盐、小分子纤维素的第一透过液18000g；收集第6次渗析后得到的截留液2993.1g，即为含有蛋白质、膳食纤维的第一截留液。
步骤2:将步骤1所得18000g第一透过液通过电渗析进行脱盐处理（操作条件为：第一透过液加入到电渗析装置的淡化室中，并在电渗析装置的浓缩室中加入1000g纯水，电渗析在30v电压及40l/h流速下进行），得到含有大部分无机盐的浓缩液1797.8g和含有剩下的乳糖、小分子纤维素及小部分无机盐的淡化液17196.4g；
步骤3：将步骤2得到的17196.4g淡化液通过pa纳滤膜进行无机盐与乳糖的再次分离（操作条件为：压力10bar，流速7l/min，温度25±5℃），得到含有乳糖、小分子纤维素的第二截留液（即乳糖浓缩液，检测乳糖浓缩液中基本无蛋白质残留）869.7g和含有少量无机盐的第二透过液（即无机盐水溶液）16322.7g，所述第三透过液可再次循环至步骤2的电渗析过程中，以将无机盐回收利用；
步骤4：将步骤1中的含有蛋白质、膳食纤维等相对较大物质的第一截留液、步骤2中的含有大部分无机盐的浓缩液进行合并，得到脱乳糖牛奶4790.9g，将所述脱乳糖牛奶通过xinw-015实验型喷雾干燥机进行喷雾干燥，得到乳糖质量含量为0.17%的脱乳糖脱脂奶粉69.8g。