本发明涉及一种基于分离膜技术的脱乳糖牛奶制备方法。
背景技术：
牛奶中含有丰富的蛋白质和矿物质，且牛奶是人体钙的最佳来源，被誉为“白色血液”。然而，牛奶中存在这乳糖这对大部分有乳糖不耐症的人群来说是极不方便。由于患者的肠道中不能分泌分解乳糖的酶，而使乳糖消化、吸收，为人体所用。乳糖会在肠道中由细菌分解变成乳酸，从而破坏肠道的碱性环境，而使肠道分泌出大量的碱性消化液来中和乳酸。所以容易发生轻度腹泻。现阶段市场上的脱乳糖牛奶基本上是通过酶解乳糖法值得脱乳糖牛奶，然而由于酶的造价昂贵，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牛奶制备方法。
所述的一种基于分离膜技术的脱乳糖奶粉的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）将经过巴氏杀菌后的牛奶通过微滤膜进行数次渗析脱去脂肪组分，得到含有脂肪、酪蛋白胶束的第一截留液和含有乳清蛋白、乳糖、无机盐、小分子纤维素的第一透过液；
2）将步骤1）所得第一透过液通过超滤膜进行数次渗析截留乳清蛋白，得到含有乳清蛋白的第二截留液和含有乳糖、无机盐、小分子纤维素的第二透过液；
3）将步骤2）所得第二透过液通过电渗析进行脱盐处理，得到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；
4）步骤3）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、小分子纤维素的第三截留液和含有少量无机盐的第三透过液，所述第三透过液可再次循环至步骤2）的超滤渗析中，以将无机盐回收利用；
5）将步骤1）所得第一截留液、步骤2）所得第二截留液和步骤3）所得浓缩液进行合并得到脱乳糖牛奶，将所述脱乳糖牛奶通过喷雾干燥得到脱乳糖奶粉。
所述的一种基于分离膜技术的脱乳糖奶粉的制备方法，其特征在于步骤1）经过巴氏杀菌后的牛奶通过微滤膜进行渗析的次数为5次，具体过程如下：所述牛奶通过微滤膜进行前4次渗析时，每次渗析得到的截留液均用1.5~5倍的去离子水进行稀释，再通过微滤膜进行下一次渗析，其中第1次渗析时牛奶不进行稀释；合并1~5次渗析得到的透过液即为所述的含有乳清蛋白、乳糖、无机盐、小分子纤维素的第一透过液，第5次渗析后得到的截留液即为所述的含有脂肪、酪蛋白胶束的第一截留液。
所述的一种基于分离膜技术的脱乳糖奶粉的制备方法，其特征在于步骤2）第一透过液通过超滤膜进行渗析的次数为4次，具体过程如下：所述第一透过液通过超滤膜进行前3次渗析时，每次渗析得到的截留液均用1.5-5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次渗析时第一透过液不进行稀释；合并1~4次渗析得到的透过液即为所述的含有乳糖、无机盐、小分子纤维素的第二透过液，第4次渗析后得到的截留液即为所述的含有乳清蛋白的第二截留液。
所述的一种基于分离膜技术的脱乳糖奶粉的制备方法，其特征在于步骤1）中的微滤膜为中空纤维膜、陶瓷膜、平板膜或卷式膜组件。
所述的一种基于分离膜技术的脱乳糖奶粉的制备方法，其特征在于步骤2）中的超滤膜为平板膜、卷式膜、中空纤维膜或陶瓷膜组件。
所述的一种基于分离膜技术的脱乳糖奶粉的制备方法，其特征在于步骤4）中的纳滤膜为平板膜或卷式膜组件。
所述的一种基于分离膜技术的脱乳糖奶粉的制备方法，其特征在于步骤5）所得脱乳糖奶粉产品的乳糖残留量在5%以下。
相对于现有技术，本发明取得的有益效果是：
本发明采用一种全新的脱乳糖牛奶的制备方法，通过耦合微滤、超滤、电渗析、纳滤这四种膜技术，通过本发明的方法乳糖截留高达95.85%，本发明不仅实现了脱乳糖奶粉的生产，同时生产过程中添加的水可以有效回收再利用，乳糖也经过纳滤回收，即该方法可使在整个过程绿色环保，没有副产物生成与原料的浪费，且过程没有添加化学物质不会对牛奶的口感造成影响。
具体实施方式
下面对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的内容特点易于被本领域中的研究人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为详实的界定。
以下实施例中，采用的牛奶原料是购自浙江美丽健乳业有限公司经过巴氏杀菌后的牛奶。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968g经过巴氏杀菌后的牛奶通过截留分子量为100kda的pvc中空纤维膜进行5次渗析脱去脂肪组分，所述牛奶通过pvc中空纤维膜进行前4次渗析时，每次渗析得到的截留液均用738g去离子水进行稀释，再通过pvc中空纤维膜进行下一次渗析，其中第1次渗析时牛奶不进行稀释（进行前4次渗析时，每次渗析得到截留液大约200g）；合并1~5次渗析得到的透过液（透过液合并后的总量为3256.8g），得到含有乳清蛋白、乳糖、无机盐、小分子纤维素、膳食纤维等相对较小物质的第一透过液；收集第5次渗析后得到的截留液662g，即为含有脂肪、酪蛋白胶束的第一截留液；
步骤2:将步骤1得到的3256.8g第一透过液用截留分子量为10kda的pes平板膜在0.1mpa压力及6l/min流速下进行4次渗析截留乳清蛋白，所述第一透过液通过pes平板膜进行前3次渗析时，每次渗析得到的截留液均用2379g去离子水进行稀释，再通过pes平板膜进行下一次渗析，其中第1次渗析时第一透过液不进行稀释（进行前3次渗析时，每次渗析得到截留液大约900g）；合并1~4次渗析得到的透过液（透过液合并后的总量为9230.3g），得到含有乳糖、无机盐、小分子纤维素的第二透过液；收集第4次渗析后得到的截留液1160.5g，得到含有乳清蛋白、膳食纤维等相对较大物质的第二截留液；
步骤3:将步骤2得到的9230.3g第二透过液用电渗析装置进行电渗析脱盐处理（操作条件为：第二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（在离子迁移中离子会带着部分的水一起迁移，因此浓缩室质量会增加）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8901.6g；
步骤4：将步骤3得到的淡化液通过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、小分子纤维素的第三截留液886.3g（即乳糖浓缩液，检测乳糖浓缩液中基本无蛋白质残留）和含有少量无机盐的第三透过液8015g（即无机盐水溶液），所述第三透过液可再次循环至步骤2的超滤分离过程中，以将无机盐回收利用；
步骤5：将步骤1中的含有脂肪、酪蛋白胶束的第一截留液、步骤2中的含有乳清蛋白、膳食纤维等相对较大物质的第二截留液、步骤3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2620.1g；
步骤6：将步骤5中得到的脱乳糖牛奶通过xinw-015实验型喷雾干燥机得到乳糖质量含量为0.16%的脱乳糖奶粉43.3g。
实施例2
步骤1:将1936g经过巴氏杀菌后的牛奶通过截留分子量为100kda的pvc中空纤维膜进行5次渗析脱去脂肪组分，所述牛奶通过pvc中空纤维膜进行前4次渗析时，每次渗析得到的截留液均用1438g去离子水进行稀释，再通过pvc中空纤维膜进行下一次渗析，其中第1次渗析时牛奶不进行稀释（进行前4次渗析时，每次渗析得到截留液大约400g）；合并1~5次渗析得到的透过液（透过液合并后的总量为7018.6g），得到含有乳清蛋白、乳糖、无机盐、小分子纤维素、膳食纤维等相对较小物质的第一透过液；收集第5次渗析后得到的截留液663.4g，即为含有脂肪、酪蛋白胶束的第一截留液；
步骤2:将步骤1得到的7018.6g第一透过液用截留分子量为10kda的pes平板膜在0.1mpa压力及6l/min流速下进行4次渗析截留乳清蛋白，所述第一透过液通过pes平板膜进行前3次渗析时，每次渗析得到的截留液均用4732g去离子水进行稀释，再通过pes平板膜进行下一次渗析，其中第1次渗析时第一透过液不进行稀释（进行前3次渗析时，每次渗析得到截留液大约1000g）；合并1~4次渗析得到的透过液（透过液合并后的总量为20057.6g），得到含有乳糖、无机盐、小分子纤维素的第二透过液；收集第4次渗析后得到的截留液1153.7g，得到含有乳清蛋白、膳食纤维等相对较大物质的第二截留液；
步骤3:将步骤2得到的20057.6g第二透过液用电渗析装置进行电渗析脱盐处理（操作条件为：第二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800.7g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19726.8g；
步骤4：将步骤3得到的淡化液通过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、小分子纤维素的第三截留液903.5g（即乳糖浓缩液，检测乳糖浓缩液中基本无蛋白质残留）和含有少量无机盐的第三透过液18823.3g（即无机盐水溶液），所述第三透过液可再次循环至步骤2的超滤分离过程中，以将无机盐回收利用；
步骤5：将步骤1中的含有脂肪、酪蛋白胶束的第一截留液、步骤2中的含有乳清蛋白、膳食纤维等相对较大物质的第二截留液、步骤3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2617.8g；
步骤6：将步骤5中得到的脱乳糖牛奶通过xinw-015实验型喷雾干燥机得到乳糖质量含量为0.17%的脱脂奶粉87.2g。
实施例3
步骤1:将4840g经过巴氏杀菌后的牛奶通过截留分子量为100kda的pvc中空纤维膜进行5次渗析脱去脂肪组分，所述牛奶通过pvc中空纤维膜进行前4次渗析时，每次渗析得到的截留液均用3878g去离子水进行稀释，再通过pvc中空纤维膜进行下一次渗析，其中第1次渗析时牛奶不进行稀释（进行前4次渗析时，每次渗析得到截留液大约1000g）；合并1~5次渗析得到的透过液（透过液合并后的总量为18684.5g），得到含有乳清蛋白、乳糖、无机盐、小分子纤维素、膳食纤维等相对较小物质的第一透过液；收集第5次渗析后得到的截留液1662g，即为含有脂肪、酪蛋白胶束的第一截留液；
步骤2:将步骤1得到的18684.5g第一透过液用截留分子量为10kda的pes平板膜在0.1mpa压力及6l/min流速下进行4次渗析截留乳清蛋白，所述第一透过液通过pes平板膜进行前3次渗析时，每次渗析得到的截留液均用12832g去离子水进行稀释，再通过pes平板膜进行下一次渗析，其中第1次渗析时第一透过液不进行稀释（进行前3次渗析时，每次渗析得到截留液大约1000g）；合并1~4次渗析得到的透过液（透过液合并后的总量为56003.8g），得到含有乳糖、无机盐、小分子纤维素的第二透过液；收集第4次渗析后得到的截留液1173.4g，得到含有乳清蛋白、膳食纤维等相对较大物质的第二截留液；
步骤3:将步骤2得到的56003.8g第二透过液用电渗析装置进行电渗析脱盐处理（操作条件为：第二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796.8g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55677.8g；
步骤4：将步骤3得到的淡化液通过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、小分子纤维素的第三截留液916.7g（即乳糖浓缩液，检测乳糖浓缩液中基本无蛋白质残留）和含有少量无机盐的第三透过液54761g（即无机盐水溶液），所述第三透过液可再次循环至步骤2的超滤分离过程中，以将无机盐回收利用；
步骤5：将步骤1中的含有脂肪、酪蛋白胶束的第一截留液、步骤2中的含有乳清蛋白、膳食纤维等相对较大物质的第二截留液、步骤3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3632.2g；
步骤6：将步骤5中得到的脱乳糖牛奶通过xinw-015实验型喷雾干燥机得到乳糖质量含量为0.19%的脱脂奶粉214.5g。