超滤技术开发低乳糖乳粉的研究_吴士业

第17卷第1期四川轻化工学院学报Vol.17No.1JOURNALOFSICHUANINSTITUTEOF2004年3月LIGHTINDUSTRYANDCHEMICALTECHNOLOGYMar.2004文章编号：1008-438X（2004）01-0022-03超滤技术开发低乳糖乳粉的研究吴士业，罗惠波，刘达玉（四川轻化工学院生物工程系，四川自贡643033）摘要：文章以牛乳为原料，采用超滤技术，探讨了开发低乳糖乳粉的可行性。试验结果表明，采用切割分之量为3万的有机膜，在0.22MPa、40℃条件下超滤，浓缩倍数可达2.5倍以上，脱脂乳平均透液通量提高30%左右。蛋白质截留率在92.52%以上，乳糖截留率在12.29%以下，钙、磷等矿质元素也有较高的截留率。牛乳经超滤后，再经真空浓缩、喷雾干燥、调制等工序，制作的低乳糖乳粉符合相关标准，是乳糖不耐症人群的理想乳制品。关键词：乳糖；乳粉；超滤中图分类号：TS252.42文献标识码：A前言乳制品具有公认的营养保健功能，我国乳品消费市场已经具有相当的规模，乳品生产的发展潜力还有很大。有的人饮用牛奶后会出现对乳糖的消化不良现象，产生腹胀、肠鸣、急性腹痛甚至腹泻等症状，医学上称之为“乳糖不耐症”。牛奶中的主要碳水化合物是乳糖，它是由半乳糖和葡萄糖通过β-1，4糖苷键构成的双糖，在牛奶中的含量约为4.5%～4.7%，占牛乳中总糖量的99.8%。在正常情况下，这些乳糖应该在人体小肠内的乳糖酶作用下，水解成葡萄糖和半乳糖后吸收并进入血液。有乳糖不耐症的人摄入牛奶等含乳糖食物后，由于体内缺乏内源性乳糖酶，而不能将乳糖消化吸收，乳糖就保留在肠腔中，造成等渗性水潴留和结肠细菌酵解乳糖产生多种气体及短链脂肪酸，从而形成腹胀、排气增多、腹泻、腹痛等胃肠症状。由于乳糖吸收不良，也会影响到对牛乳中钙的吸收，同时半乳糖能促进脑甙和粘多糖的生成，而这两种营养物质是婴幼儿大脑发育的必要成分。很多研究结果已经证实，成人乳糖不耐症患者的发病率与人种差别有很大关系。据调查，美国70%的成年黑人有乳糖不耐受现象，而在白人中约有10%～15%的成年人受这种疾病困扰[1]。超滤是一种分子级别的分离技术，在常温下能同时完成浓缩、分离等单元操作，是开发第三代食品的关键。在超滤牛乳的过程中，乳糖进入透过液中，因而超滤浓缩乳是开发低乳糖乳制品的理想原料，可以满足“乳糖不适症”患者的特种需要[2]。本文试图利用管式超滤设备浓缩牛乳，研究乳糖、蛋白质、矿物质等的截留或脱除情况，探讨开发低乳糖乳粉的可行性。1材料与方法1.1试验材料及处理原料验收→净化→杀菌→冷却→超滤预浓缩→真空浓缩→加营养元素→喷雾干燥→冷却→调制筛粉→包装→验收→成品收稿日期：2003-06-23作者简介：吴士业（1946-），男，四川人，教授，主要从事食品与生物化学的研究。第17卷第1期吴士业等：超滤技术开发低乳糖乳粉的研究23为了改善流动状态，提高透液通量，本实验采用管式超滤装置，流速和压力主要由出口阀调节。配用切割分子量为3万有机膜，动力循环系统经过改进。超滤过程采用部分循环的操作方式，浓缩液返回循环桶，透过液（乳清）另行接收。1.2分析方法[3]蛋白质用凯氏定氮法，脂肪用碱性乙醚抽取法，乳糖用分光光度法，钙、镁用络合滴定法，磷用钼蓝比色法，锌用双硫腙比色法，铁用硫氰酸钾比色法，钠、钾用火焰光度测定法。各组分的分离效果以截留率表示。1.3污染膜的清洗分别采用0.3%的漂白粉和0.2%盐酸溶液低压湍流清洗。若数次使用后，通量较难恢复时，可延长浸泡时间。2结果与讨论2.1牛乳脱脂对透液通量的影响由表1可见，不论全脂乳还是脱脂乳，透液通量随浓缩时间的增加而显著减少,在超滤初期更是如此。由于浓差极化和凝胶层的形成，各种膜的透液通量差别减小，至超滤末期，透液通量较接近。若3小时后继续超滤，透液通量更小，实用意义不大，并且还存在加工过程中的变质问题。从提高产量的角度考虑，使用脱脂乳效果会好一些。若生产全脂低乳糖乳粉就不能用脱脂乳了，提高产量可采取选择组件、操作压力、超滤膜等方式来解决，比如管式组件具有更高的超作压力、更好的流动状态，无机膜（陶瓷膜）具有耐压、耐温、耐酸碱等功能。表1超滤浓缩时间与透液通量(kg/m2.h)的关系浓缩时间(h)0.51.01.52.02.53.0全脂乳13.2110.397.805.454.513.05透液通量脱脂乳17.6614.8310.407.315.894.17接收到的透过液为原乳的60%即达到2.5倍浓缩。2.2超滤对牛乳成分的影响由表2可见，蛋白质截留率保持在一个很高的水平，平均达到92.52%。钙、磷等矿质元素的截留率也能保持相当高的水平，分别达到83.55%和78.27%，这对于生产低乳糖乳粉是很有利的，这一现象与它们呈胶体