一種同時生產低鈉無糖牛奶和乳糖的方法
技術領域 本發明涉及一種同時生產低鈉、無糖、牛奶和乳糖的工業制備方法。 背景技術 牛奶中含酪蛋白、乳糖、乳清蛋白、脂肪、鈣、磷、鈉及鉀等等。是一*優秀的來自自然界的營養品。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。過去的中國人不太有飲食牛奶及奶制品如奶酪、奶油等習慣，但近十年多，這個現象已有所改變。平均每人每年食用牛奶已增加到約7公斤。但與國際相比，仍有極大的差別。中國人食用牛奶不多，這與相當部分中國人不能消化牛奶中的乳糖有關。乳糖不適癥的表現在：飲用牛奶特別是鮮奶中后會出現胃不適，腸胃脹氣，拉稀便等等。這是因為中國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題，但糖的碳水化合物仍然存在于牛奶中，因為只是糖的形式改變，但由糖產生的熱量仍然沒有改變，使得每克糖產生四大仟卡熱量。這對相當一部分的對攝入熱量控制的人群(如肥胖癥，體重控制者如減胖瘦身)仍不滿意。因為這部分人群為了攝入牛奶中蛋白及鈣同時，不得不攝入由糖所產生的熱量。以一杯鮮奶200克來計算，由糖所產生的熱量就是約40大仟卡。還有相當一部分對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上有廣泛的用途，如醫藥工業上用作填允劑，乳糖本身及其水解糖可作為食品工業的賦形劑及甜味劑，發酵工業上用乳糖發酵轉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，乳糖及無機鹽仍存在。仍然是一相當優秀的營養物質。體內過多的鈉是產生高血壓的原因，因此鈉的每日攝入量應該控制。盡量食用低鈉的食品也是食用健康的潮流。 發明內容 為解決上述問題，本發明提出一種從牛奶，乳清水中分離無糖牛奶、乳清蛋白、乳糖或糖的碳水化合物，活性水及降低無糖牛奶中鈉含量的工業生產技術。 本發明僅采用超濾膜單元和鈉濾膜單元兩級膜裝置連續回流操作，分離原料牛奶或乳清液同時生產低鈉無糖無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制奶，原料乳清液為奶酪生產的副產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須人為調制它們的PH值及離子強度。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的過程中不須加水或其它物質。當生產的濃縮奶需要稀釋濃度時，可加水于濃縮乳糖液中，用鈉濾膜處理，將濾過液用于稀釋牛奶至需要濃度。鈉濾濾過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，使殘留乳糖量在牛奶及乳清中小于0.2％。 2、在分離乳糖過程中不需加水，完全是利用牛奶及乳清本身所產生的濾出液在膜的操作過程，將乳糖碳水化合物從牛奶及乳清中完全分離開。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。從而做到以*大限度保留牛奶或乳清的營養成份，口味，風味及口感。 3、與脫脂牛奶，脫脂鮮奶及脫脂奶粉類同，只是從牛奶及乳清提取出一成份，但并沒有添加外來物質，因此也可稱為脫糖牛奶，脫糖鮮奶，脫糖奶粉，脫糖乳清及脫糖乳清蛋白粉。 4、因為乳糖被納膜截留，所以納膜的濾出液中不含乳糖，但仍含有牛奶中的一價離子，如鉀，鈉，及少量的二價離子，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，但具有一定的營養作用及改善口味風味的作用。因此用納濾出水來從牛奶中漂洗乳糖出來，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，因為有一部分牛奶的液體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味，可加水于濃縮乳糖中(圖1中的T2罐)，再產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、在分離過程中，不需添加任何外來物質，如化學物質，水，生物物質(酶，酵母，氨基酸等)。 7、分離過程是物理過程，不是化學或生物過程。 8、分離過程的溫度可以在3-36度C范圍內，考慮到要在生產過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，蛋白所產生的風味，香型，口感不改變。 13、只采用二級膜(超濾膜單元及納濾膜單元)連續回流操作，就可以同時生產兩種產品：第一產品，無糖碳水化合物的牛奶或乳清蛋白；第二產品，乳糖。 14、工藝過程簡單，而且完全可以全自動化。 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，無機鹽如鈉，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(其中是無機鹽鈉及水)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。如此反復或連續的操作，就可以將乳糖碳水化合物完全漂洗出來。在這過程中，乳糖碳水化合物又逐漸被濃縮。*后就可得到無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，兩種膜對鈉離子均沒有濃縮作用，但由于由牛奶分出來的一部分液體體積約20％左右作為濃縮乳糖體積，因而就有相當一部分鈉離子留后濃縮乳糖液體中。 18、無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，也可以再結晶以生產更高純度的乳糖，當然也可以水解生產水解糖漿。 附圖說明 圖1為本發明工藝流程圖。 具體實施方式 從圖1看到，當閥門V1、V4和V5關閉時，由V10加入牛奶至指定重量后(由重量傳感器L1監測)，牛奶經閥門V1，V3被泵(P1)輸送到超濾膜單元。此時，部分脫乳糖碳水化合物的牛奶濃縮液經流量計及閥門V9回到牛奶罐T1，而含乳糖的濾出液進入到乳糖罐T2并等至定量時。再經閥門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閥門V7輸回到乳糖罐T2，與此同時，無乳糖的納膜濾出液經流量計及閥門V8回流到牛奶罐。此過程可數次反復(分批回流)，也可連續反復(續回流)直到牛奶中的乳糖碳水化合物從原來約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(其的濃度由糖度計所監測)。而脫乳糖碳水化合物的牛奶被分離集中到午奶罐T1。*終的兩個產品：無乳糖碳水化合物的牛奶經閥門V1及V2到產品包裝單元(Pack)。如果是需要生產固體產品，則經閥門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閥門V5被輸送到結晶罐C1結晶后干燥成純度高于99％的乳糖粉。整個過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。圖1中重量傳感器L1、L2、流量計F1、F2及糖度計將信號輸入到計算機，再由計算機所設定的程控程序去控制閥門及泵的操作狀態，使之生產過程自動化。脫糖乳清及脫糖乳清蛋白粉的生產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輸送到內裝3K道爾頓分子截留量的超濾膜單元。進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T2罐收集濾出液3500公斤時，泵P2起動將T2料液輸入納膜單元，進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個大氣壓，納膜的濾出液濾出速率平均為0.33升/平方米/分，經F2及V8輸回到奶罐T1去繼續漂洗出乳糖。計算機程控程序調節超膜濾出液流量與納膜濾出液流量相等，當檢測到奶罐T1中的乳糖濃度降至0.2％時，此時可認為在T1罐的牛奶為無乳糖碳水化合物的牛奶。超濾膜單元停止工作。但納膜繼續工作濃縮在T2罐的乳糖直至其濃度達到19％為止。無乳糖碳水化合物牛奶共7500公斤，其中各成份如下：無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程與例1相同。不同之處生產無乳糖碳水化合物奶粉及乳糖粉。所以是將奶罐中的無糖奶液繼續濃縮從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。