一種同時(shí)生產(chǎn)低鈉無(wú)糖牛奶和乳糖的方法
技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明涉及一種同時(shí)生產(chǎn)低鈉、無(wú)糖、牛奶和乳糖的工業(yè)制備方法。 背景技術(shù) 牛奶中含酪蛋白、乳糖、乳清蛋白、脂肪、鈣、磷、鈉及鉀等等。是一*優(yōu)秀的來(lái)自自然界的營(yíng)養(yǎng)品。歐美人平均每人每年食用180公斤，即每人每天食用0.5公斤牛奶。這可能是為什么歐美人體格身高普遍比亞洲人高大的原因之一。過(guò)去的中國(guó)人不太有飲食牛奶及奶制品如奶酪、奶油等習(xí)慣，但近十年多，這個(gè)現(xiàn)象已有所改變。平均每人每年食用牛奶已增加到約7公斤。但與國(guó)際相比，仍有極大的差別。中國(guó)人食用牛奶不多，這與相當(dāng)部分中國(guó)人不能消化牛奶中的乳糖有關(guān)。乳糖不適癥的表現(xiàn)在：飲用牛奶特別是鮮奶中后會(huì)出現(xiàn)胃不適，腸胃脹氣，拉稀便等等。這是因?yàn)橹袊?guó)人種的腸胃中缺乏乳糖消化酶不能消化乳糖之故。為了解決這一問(wèn)題，目前的做法就是在牛奶中添加乳糖酶將乳糖水解為葡萄糖及半乳糖。這解決了乳糖不適癥的問(wèn)題，但糖的碳水化合物仍然存在于牛奶中，因?yàn)橹皇翘堑男问礁淖?，但由糖產(chǎn)生的熱量仍然沒(méi)有改變，使得每克糖產(chǎn)生四大仟卡熱量。這對(duì)相當(dāng)一部分的對(duì)攝入熱量控制的人群(如肥胖癥，體重控制者如減胖瘦身)仍不滿(mǎn)意。因?yàn)檫@部分人群為了攝入牛奶中蛋白及鈣同時(shí)，不得不攝入由糖所產(chǎn)生的熱量。以一杯鮮奶200克來(lái)計(jì)算，由糖所產(chǎn)生的熱量就是約40大仟卡。還有相當(dāng)一部分對(duì)糖碳水化合物敏感的人群，如糖尿病患者，也不希望牛奶中有糖的碳水化合物從牛奶中分離出的乳糖在工業(yè)上有廣泛的用途，如醫(yī)藥工業(yè)上用作填允劑，乳糖本身及其水解糖可作為食品工業(yè)的賦形劑及甜味劑，發(fā)酵工業(yè)上用乳糖發(fā)酵轉(zhuǎn)化為乳酸作為化工原料。乳清水是牛奶制作奶酪或提取酪蛋白之后的液體。其它牛奶的成份，如脂肪，乳清蛋白，酪蛋白肽，乳糖及無(wú)機(jī)鹽仍存在。仍然是一相當(dāng)優(yōu)秀的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。體內(nèi)過(guò)多的鈉是產(chǎn)生高血壓的原因，因此鈉的每日攝入量應(yīng)該控制。盡量食用低鈉的食品也是食用健康的潮流。 發(fā)明內(nèi)容 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種從牛奶，乳清水中分離無(wú)糖牛奶、乳清蛋白、乳糖或糖的碳水化合物，活性水及降低無(wú)糖牛奶中鈉含量的工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。 本發(fā)明僅采用超濾膜單元和鈉濾膜單元兩級(jí)膜裝置連續(xù)回流操作，分離原料牛奶或乳清液同時(shí)生產(chǎn)低鈉無(wú)糖無(wú)碳水化合物牛奶和乳糖；超濾膜將蛋白，脂肪等大分子截流，鈉濾膜將乳糖截流，不含乳糖碳水化合物的鈉濾濾過(guò)液再回流到奶或乳清罐再次將牛奶或乳清液中的乳糖漂洗分離出。 其原料牛奶是鮮牛奶或調(diào)制奶，原料乳清液為奶酪生產(chǎn)的副產(chǎn)品乳清水及由乳清粉勾兌的乳清水等。原料牛奶或乳清液無(wú)須人為調(diào)制它們的PH值及離子強(qiáng)度。超濾膜首選的分子截流量為1K-3K道爾頓。在將乳糖從牛奶或乳清液中漂洗分離出來(lái)的過(guò)程中不須加水或其它物質(zhì)。當(dāng)生產(chǎn)的濃縮奶需要稀釋濃度時(shí)，可加水于濃縮乳糖液中，用鈉濾膜處理，將濾過(guò)液用于稀釋牛奶至需要濃度。鈉濾濾過(guò)液即是純天然的生物活性水。 1、此工藝能將乳糖碳水化合物從牛奶及乳清中與牛奶中的其它成份，如脂肪，蛋白分離出來(lái)，使殘留乳糖量在牛奶及乳清中小于0.2％。 2、在分離乳糖過(guò)程中不需加水，完全是利用牛奶及乳清本身所產(chǎn)生的濾出液在膜的操作過(guò)程，將乳糖碳水化合物從牛奶及乳清中完全分離開(kāi)。即用牛奶水或乳渕水將牛奶中或乳清中的乳糖全部提取出來(lái)。從而做到以*大限度保留牛奶或乳清的營(yíng)養(yǎng)成份，口味，風(fēng)味及口感。 3、與脫脂牛奶，脫脂鮮奶及脫脂奶粉類(lèi)同，只是從牛奶及乳清提取出一成份，但并沒(méi)有添加外來(lái)物質(zhì)，因此也可稱(chēng)為脫糖牛奶，脫糖鮮奶，脫糖奶粉，脫糖乳清及脫糖乳清蛋白粉。 4、因?yàn)槿樘潜患{膜截留，所以納膜的濾出液中不含乳糖，但仍含有牛奶中的一價(jià)離子，如鉀，鈉，及少量的二價(jià)離子，如鈣，鎂等。還有少量的牛奶中的氨基酸，肽等。這些離子，氨基酸，肽雖然量少，但具有一定的營(yíng)養(yǎng)作用及改善口味風(fēng)味的作用。因此用納濾出水來(lái)從牛奶中漂洗乳糖出來(lái)，比光用水從牛奶中漂洗出乳糖就更意義。 5、在不加水的情況下，被分離出乳糖后的牛奶在一定程度被濃縮，因?yàn)橛幸徊糠峙Ｄ痰囊后w分配到濃縮乳糖部分。如果需要稀釋牛奶濃度而又盡可能地保持牛奶口味風(fēng)味，可加水于濃縮乳糖中(圖1中的T2罐)，再產(chǎn)生帶有離子及微量氨基酸及肽的納膜濾出液用之于稀釋牛奶。 6、在分離過(guò)程中，不需添加任何外來(lái)物質(zhì)，如化學(xué)物質(zhì)，水，生物物質(zhì)(酶，酵母，氨基酸等)。 7、分離過(guò)程是物理過(guò)程，不是化學(xué)或生物過(guò)程。 8、分離過(guò)程的溫度可以在3-36度C范圍內(nèi)，考慮到要在生產(chǎn)過(guò)程中盡量減少微生物繁殖污染，低溫(3-15度C)操作更可選。 9、牛奶及乳清水的pH值不需改變。 10、牛奶及乳清中脂肪，總含氮蛋白(包括酪蛋白，乳清蛋白，肽，氨基酸)的損失不高于1％。 11、牛奶及乳清中的鈉可降低30-50％以下。使其咸味降低。但仍有微咸的口味。 12、由奶脂肪，蛋白所產(chǎn)生的風(fēng)味，香型，口感不改變。 13、只采用二級(jí)膜(超濾膜單元及納濾膜單元)連續(xù)回流操作，就可以同時(shí)生產(chǎn)兩種產(chǎn)品：第一產(chǎn)品，無(wú)糖碳水化合物的牛奶或乳清蛋白；第二產(chǎn)品，乳糖。 14、工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，而且完全可以全自動(dòng)化。 15、超濾膜(分子截止量在1K-10K道爾頓)首先將蛋白，脂肪等大分子截留，而將乳糖，無(wú)機(jī)鹽如鈉，鈣及水濾出，乳糖和鈉的濃度在超濾膜面兩端相等。1K-3K的超濾膜應(yīng)為首選。 16、納濾膜將超濾膜的濾出液中的乳糖截留，而將其濾出液(其中是無(wú)機(jī)鹽鈉及水)回流到牛奶或乳清水中，從而又將其中的乳糖及鈉帶出牛奶或乳清水。如此反復(fù)或連續(xù)的操作，就可以將乳糖碳水化合物完全漂洗出來(lái)。在這過(guò)程中，乳糖碳水化合物又逐漸被濃縮。*后就可得到無(wú)糖碳水化合物的牛奶或乳清水和不低于純度95％的濃縮乳糖液。 17、由于鈉可以不受超濾膜及納膜的分子截留量影響，兩種膜對(duì)鈉離子均沒(méi)有濃縮作用，但由于由牛奶分出來(lái)的一部分液體體積約20％左右作為濃縮乳糖體積，因而就有相當(dāng)一部分鈉離子留后濃縮乳糖液體中。 18、無(wú)糖碳水化合物的牛奶或乳清水可以直接液體包裝作為鮮奶或奶飲料，也可以輸送到噴霧干燥塔干燥成粉。 19、濃縮乳糖可直接干燥成乳糖粉，也可以再結(jié)晶以生產(chǎn)更高純度的乳糖，當(dāng)然也可以水解生產(chǎn)水解糖漿。 附圖說(shuō)明 圖1為本發(fā)明工藝流程圖。 具體實(shí)施方式 從圖1看到，當(dāng)閥門(mén)V1、V4和V5關(guān)閉時(shí)，由V10加入牛奶至指定重量后(由重量傳感器L1監(jiān)測(cè))，牛奶經(jīng)閥門(mén)V1，V3被泵(P1)輸送到超濾膜單元。此時(shí)，部分脫乳糖碳水化合物的牛奶濃縮液經(jīng)流量計(jì)及閥門(mén)V9回到牛奶罐T1，而含乳糖的濾出液進(jìn)入到乳糖罐T2并等至定量時(shí)。再經(jīng)閥門(mén)V6被泵(P2)輸送到納濾膜單元。被納濾膜分離出的濃縮乳糖經(jīng)閥門(mén)V7輸回到乳糖罐T2，與此同時(shí)，無(wú)乳糖的納膜濾出液經(jīng)流量計(jì)及閥門(mén)V8回流到牛奶罐。此過(guò)程可數(shù)次反復(fù)(分批回流)，也可連續(xù)反復(fù)(續(xù)回流)直到牛奶中的乳糖碳水化合物從原來(lái)約4.8％的濃度減小到指定值，如0.5，0.2，或0.1％為止。在這種情況下，牛奶中的乳糖碳水化合物都被分離集中到乳糖罐T2(其的濃度由糖度計(jì)所監(jiān)測(cè))。而脫乳糖碳水化合物的牛奶被分離集中到午奶罐T1。*終的兩個(gè)產(chǎn)品：無(wú)乳糖碳水化合物的牛奶經(jīng)閥門(mén)V1及V2到產(chǎn)品包裝單元(Pack)。如果是需要生產(chǎn)固體產(chǎn)品，則經(jīng)閥門(mén)V1及V4輸送到干燥單元(SP1)干燥成粉劑。而濃縮的乳糖液則經(jīng)閥門(mén)V5被輸送到結(jié)晶罐C1結(jié)晶后干燥成純度高于99％的乳糖粉。整個(gè)過(guò)程完全是用牛奶自已本身的液體-水作為攜帶劑在膜的物理分離作用下，將乳糖及部分的鈉從牛奶中提取出來(lái)。圖1中重量傳感器L1、L2、流量計(jì)F1、F2及糖度計(jì)將信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)，再由計(jì)算機(jī)所設(shè)定的程控程序去控制閥門(mén)及泵的操作狀態(tài)，使之生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化。脫糖乳清及脫糖乳清蛋白粉的生產(chǎn)方法及膜的操作條件與上述脫糖牛奶相同，只是將原料從牛奶改成乳清。 例1：新鮮牛奶10000公斤，其各成份如下：鮮奶10000公斤、總氮蛋3.4％340公斤、脂肪2％200公斤、乳糖4.9％490公斤、鈉0.12％12公斤、鈣0.1％10公斤。由圖1中的泵P1從奶罐T1輸送到內(nèi)裝3K道爾頓分子截留量的超濾膜單元。進(jìn)口料液在超濾膜管道的體積流量為150-190升/分，操作壓力為6-12大氣壓，膜濾液濾出速率為0.3-0.4升/平方米/分。當(dāng)T2罐收集濾出液3500公斤時(shí)，泵P2起動(dòng)將T2料液輸入納膜單元，進(jìn)口料液在納膜管道的體積流量為120-160升/分，操作壓力為20-30個(gè)大氣壓，納膜的濾出液濾出速率平均為0.33升/平方米/分，經(jīng)F2及V8輸回到奶罐T1去繼續(xù)漂洗出乳糖。計(jì)算機(jī)程控程序調(diào)節(jié)超膜濾出液流量與納膜濾出液流量相等，當(dāng)檢測(cè)到奶罐T1中的乳糖濃度降至0.2％時(shí)，此時(shí)可認(rèn)為在T1罐的牛奶為無(wú)乳糖碳水化合物的牛奶。超濾膜單元停止工作。但納膜繼續(xù)工作濃縮在T2罐的乳糖直至其濃度達(dá)到19％為止。無(wú)乳糖碳水化合物牛奶共7500公斤，其中各成份如下：無(wú)乳糖碳水化合物牛奶7500公斤、總氮蛋白4.56％338.4公斤、脂肪2.56％192公斤、乳糖0.17％12.75公斤、鈉0.07％5.25公斤、除去乳糖碳水化合物97.3％477.3公斤、除鈉56.3％6.75公斤。乳糖濃縮液2500公斤，其中各成份如下：乳糖濃縮液2500公斤、乳糖19％477公斤、總氮蛋臼0.06％1.6公斤、灰份0.8％20公斤、乳糖純度95.7％。 例2、本例的牛奶量及操作過(guò)程與例1相同。不同之處生產(chǎn)無(wú)乳糖碳水化合物奶粉及乳糖粉。所以是將奶罐中的無(wú)糖奶液繼續(xù)濃縮從7500公斤到2200公斤，其中的5300公斤的濾出液不再加回乳糖濃縮液罐T2。濃縮的奶液輸送到噴霧干燥塔SP干燥成粉。其成份如下：無(wú)乳糖碳水化合物奶粉572公斤、總氮蛋白59％338公斤、脂肪33.3％191公斤、乳糖0.78％4.5公斤、含水5％28.6公斤。