[发明专利]一种脱除牛奶中乳糖的工艺

说明书

本发明涉及一种牛奶中乳糖的脱除工艺，该方法采用高效陶瓷微滤膜分离出牛奶中乳糖，实现低乳糖牛奶和无乳糖牛奶的制备。通过本发明的方法，牛奶中蛋白质的损失率低于1％，乳糖的去除率高达90％，且渗透通量远高于现有膜技术中的超滤过滤，具有高生产效率，高效低能耗实现牛奶中乳糖的快速脱除。同时，该方法工艺简单，过程没有添加化学物质，保留了牛奶原有的风味，且易于控制和实现自动化。

技术领域

本发明涉及一种基于陶瓷膜分离技术脱除牛奶中乳糖的方法，属于膜分离技术领域。

背景技术

牛奶是摄取营养物质的重要来源，同时也含有大量乳糖，全球约有70％的人口存在乳糖不耐症状，在摄入乳糖后立即出现腹泻、肠胃胀气和腹痛等不良反应，因此需要生产低乳糖或无乳糖牛奶。目前市面上生产的无乳糖牛奶通常是通过添加外源乳糖酶分解乳糖，但酶解法只能将乳糖转化为单糖，而且这种水解过程会产生额外的甜味，不适用于特殊人群，如高血糖患者和低糖饮食者；同时酶的造价昂贵，游离的乳糖酶难回收，且酶易失活。

牛奶是具有复杂组成的液体，从牛奶中去除乳糖的关键问题是蛋白质和乳糖的分离。尽管蛋白质和乳糖的粒径相差一个或几个数量级，但牛奶中蛋白质的广泛粒径分布降低了蛋白质和乳糖的分离效率。已提出了几种膜法脱除牛奶中乳糖的解决方案。通常使用微滤、超滤、纳滤以及电渗析等方法的组合实现低乳糖牛奶或无乳糖牛奶的制备。其中超滤常被用于从牛奶中分离出乳糖。纳滤常用于浓缩和收集钙，电渗析常用于收集钙。

桑切斯-莫亚等人[非专利文献1]在乳清过滤中使用聚砜超滤膜实现了100％的蛋白质截留率和10％的乳糖截留率。但是牛奶中蛋白质和乳糖的分离就不是那么令人满意了。丁等人[非专利文献2]应用聚醚砜超滤膜浓缩蛋白质和去除乳糖，可以完全保留蛋白质，但乳糖的截留率也高达30％。张等人[非专利文献3]采用超滤、电渗析和纳滤相结合的方法生产低乳糖奶粉。乳糖具有很高的透过率，但对蛋白质的截留率低于98％。上述作者还指出，低渗透率和严重的渗透通量下降是膜过滤中的主要问题，会增加操作时间。由于多分散孔和多分散颗粒，应被截留的颗粒通过较大的孔透过膜，而较小的孔导致应该渗透的颗粒被截留。孔径分布和颗粒粒径分布的重叠也是导致孔内污染和通量下降的主要因素[非专利文献4]。

[专利文献1]提出一种采用超滤技术制备高蛋白低乳糖牛奶的方法(压力3-4bar，温度8-20℃)；[专利文献2]提出一种纳滤分离乳成分的方法，首先将牛奶中的乳糖完全水解，然后采用纳滤将蛋白质、矿物质和糖分离到各部分中(温度5℃-50℃)；[专利文献3]提出了一种通过耦合微滤、超滤、纳滤、电渗析、纳滤四种膜技术制备脱乳糖牛奶的方法，其中超滤和纳滤用于实现乳糖的脱除(压力1bar，膜面流速6L/min)。现有工艺中主要通过超滤、纳滤分离出牛奶中的乳糖。

对于上述的现有技术，存在的技术问题主要在于：现有技术中大多采用超滤膜进行牛奶脱乳糖的操作，这主要是为了保证达到一定的蛋白质截留率，因此采用了超滤级别的分离膜；但是由于牛奶粘度大，且易产生严重膜污染问题，导致现有膜技术的关键的基于超滤膜的脱乳糖步骤渗透通量较低，并且即使进行了蛋白质的截留以及乳糖的渗透处理，仍然存在着蛋白质截留率不高、乳糖的渗透性高的问题，使得分离因子较低，需要加入大量纯水进行渗滤，导致能耗以及生产成本较高，过长的操作时间也导致了牛奶的变质风险。因此，需要简单高效的膜分离工艺实现牛奶中乳糖的脱除。

典型的牛奶的组成如表1所示：

表1牛奶的平均成分：大小分布和浓度[非专利文献5、6]

[非专利文献1]T.Sanchez-Moya,A.M.Hidalgo,G.Ros-Berruezo,R.Lopez-Nicolas,Screening ultrafiltration membranes to separate lactose and proteinfrom sheep whey:application of simplified model,J.Food Sci.Technol.57(2020)3193-3200.