CN115175566B

CN115175566B - 具有最终纳滤步骤的奶级分的生产和分离

Info

Publication number: CN115175566B
Application number: CN202080090050.7A
Authority: CN
Inventors: 沙肯奥·乌雷曼; 蒂莫西·彼得·德尔曼; 卡米尔·彼得·德拉帕拉
Original assignee: Meili Life Co ltd
Current assignee: Meili Life Co ltd
Priority date: 2019-12-23
Filing date: 2020-12-15
Publication date: 2025-01-24
Anticipated expiration: 2040-12-15
Also published as: CN115175566A; JP2023508650A; EP4081042C0; US20230016527A1; CA3162645A1; EP4081042B1; BR112022012463A2; US12274274B2; EP4081042A1; WO2021133594A1; US20250204542A1; MX2022007921A; JP7737376B2; AU2020412586A1

Abstract

本发明公开了使用最终纳滤步骤制备乳组合物的方法。一般地，所述方法还包括超滤步骤和反渗透步骤以及任选地渗滤步骤。

Description

具有最终纳滤步骤的奶级分的生产和分离

对相关申请的引用

本申请于2020年12月15日作为PCT国际专利申请提交，并且要求2019年12月23日提交的美国临时专利申请号62/952,526的优先权，该临时申请的公开内容通过引用整体结合于此。

发明背景

本发明总体上涉及使用超滤、纳滤、渗滤和渗透技术的组合将奶制品分离成蛋白质、脂肪、碳水化合物和矿物质组分。还涵盖通过以各种组合和比例混合奶组分而生产的乳组合物。

膜过滤方法是流体的非热分级和浓缩技术。当流体在压力下通过半透膜时，保留在膜表面上的组分被称为渗余物或浓缩物，而通过膜的材料被统称为渗透物。膜技术通常不涉及热量或化学品以进行分级或浓缩，并且因此不会对流体的性质产生不利影响，这对奶及其组分是有益的。当通过这些膜技术对流体(诸如奶)进行分级时，通常蛋白质不会变性，酶不会失活，维生素不会被破坏，并且蛋白质和糖之间不会发生反应。

发明概述

提供本概述从而以简化的形式介绍在本文中进一步描述的一些概念的选择。本概述不旨在鉴定要求保护的主题的必需或必要特征。本概述也不旨在用于限制要求保护的主题的范围。

与本发明的实施方案相一致，公开了用于制备乳组合物的方法，并且该方法可以包括(i)将奶制品(脱脂奶制品或含有脂肪的奶制品)在约3至约15℃的温度下超滤以生产UF渗透物级分和UF渗余物级分，(ii)使UF渗透物级分经受反渗透步骤以生产RO渗透物级分和含有至少约8重量％的乳糖(milk sugar)(乳糖(lactose)或其衍生物)的RO渗余物级分，(iii)将RO渗余物级分纳滤以生产含有约300至约800ppm的钠和约1500至约3000ppm的钾的NF渗透物级分，以及含有至少约10重量％的乳糖(milk sugar)(乳糖(lactose)或其衍生物)的NF渗余物级分，以及(iv)将UF渗余物级分、DF/UF渗余物级分、NF渗透物级分、RO渗透物级分、RO渗余物级分和富含脂肪的级分中的至少两种组合以形成乳组合物。任选地，该方法还可以包括将UF渗余物级分渗滤以生产DF/UF渗透物级分和DF/UF渗余物级分的步骤。在一些实施方案中，组合步骤可以包括将至少UF渗余物级分(或DF/UF渗余物级分)和NF渗透物级分组合，而在其他实施方案中，组合步骤可以包括将至少富含脂肪的级分、UF渗余物级分(或DF/UF渗余物级分)和NF渗透物级分组合。

前面的概述和下面的详述二者都提供了实例并且仅是说明性的。因此，前面的概述和下面的详述不应被认为是限制性的。此外，还可以提供除本文所阐述的那些以外的特征或变化。例如，某些实施方案可以涉及在详述中描述的各种特征组合和子组合。

附图简述

图1显示了与本发明的一个实施方案相一致的、利用了最终纳滤步骤的分离过程的示意流程图。

定义

为了更清楚地定义本文使用的术语，提供以下定义。除非另有指明，否则以下定义适用于本发明。如果术语在本发明中使用但是在本文中没有具体定义，则可以应用来自IUPAC化学术语目录第2版(1997)(IUPAC Compendium of Chemical Terminology,2^ndEd(1997))的定义，只要该定义不与本文中应用的任何其它公开内容或定义冲突或者使该定义可以应用的任何权利要求变得不确定或无法实施即可。对于通过引用并入本文的任何文件提供的任何定义或用法与本文提供的定义或用法相冲突而言，以本文提供的定义或用法为准。

在本文中，描述了主题的特征，以便在特别的方面和/或实施方案中可以设想不同特征的组合。对于本文公开的各个方面和/或实施方案和/或特征，在具有或不具有对特定组合的明确描述的情况下，考虑了不会不利地影响本文所述的设计、组合物、过程和/或方法的所有组合。另外，除非另有明确记载，否则可以组合本文公开的任何方面和/或实施方案和/或特征以描述与本发明相一致的发明设计、组合物、过程和/或方法。

在本发明中，尽管经常以“包含”各种组分或步骤的方式来描述组合物和方法，但是除非另有指明，否则所述组合物和方法也可以“基本上由”各种组分或步骤“组成”或者“由”各种组分或步骤“组成”。例如，与本发明的实施方案相一致的乳组合物可以包含以下级分；备选地，可以基本上由以下级分成；或备选地，可以由以下级分组成：富含脂肪的级分、UF渗余物级分和NF渗透物级分。

除非另有说明，否则术语“一个(a)”、“一种(an)”和“所述(the)”旨在包括复数个备选方案，例如至少一个备选方案。例如，除非另有说明，“一种成分”和“另外的奶级分”的公开意指涵盖一种成分和一种另外的奶级分，或者一种以上成分的混合物或组合和一种以上另外的奶级分的混合物或组合。

在所公开的方法中，除非另有说明，否则术语“组合”涵盖组分以任何顺序、任何方式以及任何时间长度进行接触。例如，可以通过掺合或混合来组合组分。

富含乳糖(milk sugar)的级分(富含乳糖(lactose)的或其衍生物)、乳糖(milksugar)(乳糖(lactose)或其衍生物)和相关术语意指涵盖乳糖及其任何衍生物，例如水解的、未水解的、差向异构的、异构化的或转化为寡糖，如本领域技术人员将认识到的。此外，这些术语还意指涵盖葡萄糖/半乳糖，诸如可以通过用乳糖酶处理乳糖产生的。

尽管与本文中描述的那些类似或等同的任何方法和材料都可以在本发明的实施或测试中使用，但是在本文中将描述典型的方法和材料。

本文公开了多种数值范围。除非另有说明，否则当本文公开或要求保护任何类型的范围时，意图是个别地公开或要求保护这样的范围可以合理涵盖的每个可能的数字，包括范围的端点以及其中涵盖的任何子范围和子范围的组合。作为代表性实例，本申请公开了UF渗余物级分在某些实施方案中可以具有约9至约15重量％的蛋白质。通过公开UF渗余物级分的蛋白质含量可以在约9至约15重量％的范围内，意图是记载蛋白质含量可以是该范围内的任何量，并且例如可以等于约9、约10、约11、约12、约13、约14或约15重量％。另外，UF渗余物级分可以含有在约9至约15重量％(例如，约10至约14重量％)的任何范围内的蛋白质量，并且这还包括约9至约15重量％的范围的任何组合。此外，在所有情况下，在公开“约”特定值时，则公开该值本身。因此，约9至约15重量％的蛋白质含量的公开也公开了9至15重量％(例如，10至14重量％)的蛋白质含量，并且这还包括9至15重量％的范围的任何组合。同样地，本文公开的所有其他范围应以类似于该实例的方式解释。

术语“约”意指量、大小、配方、参数以及其他数量和特性不是精确的并且不需要是精确的，而是可以是近似的，包括根据需要增大或减小、反映公差、转换系数、四舍五入、测量误差等，以及本领域技术人员已知的其他因素。通常，无论是否明确指出，量、大小、配方、参数或其他数量或特性均为“约”或“近似”。术语“约”还涵盖由于特定的初始混合物所得到的组合物的平衡条件不同而导致的数量不同。不论是否被术语“约”修饰，权利要求均包括数量的等同物。术语“约”可以意指在所报告的数值的10％之内，优选在所报告的数值的5％之内。

发明详述

本文公开和描述了用于制备乳组合物的方法。这样的方法可以利用纳滤步骤作为反渗透后的奶分级过程的最后一步。

尽管不希望受理论束缚，但是据信最终纳滤步骤导致回收和使用更多矿物质,诸如Ca、Mg、Na和K，否则这些矿物质可能会损失。因此，本文公开的方法的显著益处是从起始奶制品中提取额外的矿物质，并且这些矿物质可以用于生产乳组合物，而不是以其他方式损失。在一些情况下，出乎意料地，NF渗透物流中的矿物质的量可以在约0.35至约1重量％或约0.4至约0.8重量％的范围内。此外，令人惊讶地高水平的钠(按重量计～300-800或～400-700ppm)和钾(按重量计～1500-3000或～2000-2500ppm)可以有利地在NF渗透物流中回收。

另一个益处是含有非常高水平的乳糖(milk sugar)(诸如乳糖(lactose))的NF渗余物流，而其他奶组分的水平降低，诸如蛋白质含量降低和/或矿物质含量降低。浓缩的乳糖流可以用于制药应用和生产乳糖粉末，以及转化为乳酸、乳糖酸或乙醇。

此外，通过在纳滤之前进行反渗透，形成大量的奶水级分(RO渗透物)，其基本上不含有蛋白质、乳糖(milk sugar)(乳糖(lactose)或其衍生物)、脂肪和矿物质。有利地，这种大的RO渗透物流可以在整个制造设施中使用，诸如在UF渗余物或NF渗余物的渗滤中。另外，大量的水的移除使纳滤操作更快并且更有效。

根据本发明的一个实施方案，用于制备乳组合物的方法可以包括以下步骤(或基本上由以下步骤组成，或由以下步骤组成)：(i)将奶制品在约3至约15℃的温度下超滤以生产UF渗透物级分和UF渗余物级分，(ii)使UF渗透物级分经受反渗透步骤以生产RO渗透物级分和含有至少约8重量％的乳糖(milk sugar)(乳糖(lactose)或其衍生物)的RO渗余物级分，(iii)将RO渗余物级分纳滤以生产含有约300至约800ppm的钠和约1500至约3000ppm的钾的NF渗透物级分，以及含有至少约10重量％的乳糖(milk sugar)(乳糖(lactose)或其衍生物)的NF渗余物级分，以及(iv)将UF渗余物级分、DF/UF渗余物级分、NF渗透物级分、RO渗透物级分、RO渗余物级分和富含脂肪的级分中的至少两种组合以形成乳组合物。在一些实施方案中，组合步骤可以包括将至少UF渗余物级分和NF渗透物级分组合，而在其他实施方案中，组合步骤可以包括将至少富含脂肪的级分、UF渗余物级分和NF渗透物级分组合。在这些和其他实施方案中，UF渗余物级分可以与RO渗透物组合并且经受渗滤。

通常，在本文中独立地描述了该方法的特征(例如，奶制品、超滤步骤和所得的UF渗透物级分和UF渗余物级分、纳滤步骤和所得的NF渗透物级分和NF渗余物级分、渗滤步骤和所得的DF/UF渗透物级分和DF/UF渗余物级分、反渗透步骤和所得的RO渗透物级分和RO渗余物级分以及进行组合以形成乳组合物的组分等的特性)，并且这些特征可以以任何组合进行组合以进一步描述所公开的方法。此外，除非另有说明，否则可以在所公开的方法中列出的任何步骤之前、期间和/或之后进行其他方法步骤。另外，根据任何公开的方法生产的任何乳组合物(例如，成品奶制品，准备好以用于消费)在本发明的范围内并且涵盖在本文中。

过滤技术(例如，超滤、纳滤、渗滤等)可以通过在合适的条件(例如，压力)下使混合物通过膜系统(或选择性屏障)来分离或浓缩混合物(诸如奶)中的组分。因此，浓缩/分离可以基于分子尺寸。被膜保留的流被称为渗余物(或浓缩物)。穿过膜孔的流被称为渗透物。现在参考所公开的用于制备乳组合物的方法，该方法可以包括：(i)将奶制品在约3至约15℃的温度下超滤以生产UF渗透物级分和UF渗余物级分，(ii)使UF渗透物级分经受反渗透步骤以生产RO渗透物级分和含有至少约8重量％的乳糖(milk sugar)(乳糖(lactose)或其衍生物)的RO渗余物级分，(iii)将RO渗余物级分纳滤以生产含有约300至约800ppm的钠和约1500至约3000ppm的钾的NF渗透物级分，以及含有至少约10重量％的乳糖(milk sugar)(乳糖(lactose)或其衍生物)的NF渗余物级分，以及(iv)将UF渗余物级分、DF/UF渗余物级分、NF渗透物级分、RO渗透物级分、RO渗余物级分和富含脂肪的级分中的至少两种组合以形成乳组合物。

步骤(i)中的奶制品可以包含脱脂奶或备选地全脂奶(或基本上由其组成，或由其组成)。在一些实施方案中，所公开的方法还可以包括将生奶或鲜奶(全脂奶)分离(例如，离心分离或微滤)成奶制品(也称为脱脂奶)和富含脂肪的级分(也称为奶油或黄油脂肪)的步骤。生奶或鲜奶(全脂奶)可以是牛奶，其含有大约87重量％的水、3-4重量％的蛋白质、4-5重量％的碳水化合物/乳糖、3-4重量％的脂肪和0.3-0.8重量％的矿物质。当将鲜奶或生奶制品分离为脱脂奶制品和富含脂肪的级分时，富含脂肪的级分通常含有高水平的脂肪(例如，20-50重量％的脂肪或30-50重量％的脂肪)和固体(例如，30-60重量％或40-55重量％)，并且通常含有大约1.5-4重量％的蛋白质、2-5重量％的乳糖和0.2-0.9重量％的矿物质，但是不限于此。

在步骤(i)中，奶制品的超滤可以使用孔径通常在0.01至0.1微米范围内的超滤膜进行。在乳业中，通常基于截留分子量(MWCO)而不是孔径来确定超滤膜。超滤膜的截留分子量可以在1000-100,000道尔顿或10,000-100,000道尔顿之间变化。例如，可以使用聚合物膜系统(也可以使用陶瓷膜)对奶制品进行超滤。聚合物膜系统(或陶瓷膜系统)可以被配置成具有这样的孔径，使得分子量大于约1,000道尔顿、大于约5,000道尔顿或大于约10,000道尔顿的物质得以保留，同时使较低分子量的物质通过。例如，截留分子量为10,000道尔顿的UF膜系统可以用于乳品工业，用于分离和浓缩乳蛋白质。在一些实施方案中，超滤步骤利用孔径在约0.01至约0.1μm的范围内并且操作压力通常在15-150psig范围内或45-150psig范围内的膜系统。虽然不限于此，但是超滤步骤通常可以在约3至约15℃、诸如约4至约12℃或约5至约10℃的范围内的温度下进行。与较高温度超滤(例如，～25-50℃)相比，较低温度下的超滤得到更好的产品质量和感官特性，并且此外，如果利用低温超滤，则不需要巴氏杀菌步骤。

在步骤(ii)中，可以使一些或所有的UF渗透物级分经受反渗透步骤以生产RO渗透物级分和RO渗余物级分(RO渗余物级分含有至少约8重量％的乳糖(milk sugar)(乳糖(lactose)或其衍生物))。反渗透是精细的过滤过程或浓缩过程，其中基本上所有的剩余奶组分被保留(RO渗余物)，并且仅水(RO渗透物、奶水)通过。通常，反渗透膜系统的截留分子量远小于100Da，并且因此在反渗透过程中浓缩除水以外的组分(例如，矿物质)。通常，反渗透包括孔径小于或等于约0.001μm的膜系统。操作压力通常在450-1500psig或450-600psig范围内。通常可以使用在约5至约45℃或约15至约45℃的范围内的温度。

在步骤(iii)中，可以使一些或所有的RO渗余物级分经受纳滤步骤以生产NF渗透物级分(含有约300至约800ppm的钠和约1500至约3000ppm的钾)和NF渗余物级分(含有至少约10重量％的乳糖(milk sugar)(乳糖(lactose)或其衍生物))。乳品工业中的纳滤通常使用保留分子量高于大约100-300Da的颗粒的膜元件。纳滤是压力驱动的过程，其中液体在压力下被迫通过膜，并且分子量大于指定截留值的物质被保留，而较小的颗粒通过膜孔。对于通常将进入流中的乳糖与矿物质分离，可以选择孔径以最大程度地保留乳糖。像超滤一样，纳滤可以同时进行浓缩和分离二者。

RO渗余物级分的纳滤可以使用孔径通常在0.001至0.01微米范围内、例如孔径在约0.001至约0.008μm的范围内的纳滤膜进行。在一些实施方案中，纳滤步骤利用孔径在0.001至约0.01μm的范围内的膜系统，其中操作压力通常在150-450psig范围内，并且操作温度在约10至约60℃(或约15至约45℃)的范围内，但是不限于此。

任选地，可以使UF渗余物级分—步骤(i)中生产的一些或所有的UF渗余物级分—经受渗滤步骤以生产DF/UF渗透物级分和DF/UF渗余物级分。DF/UF渗透物级分可以与UF渗透物混合，然后经受反渗透，然后所得RO渗余物可以经受纳滤以提取矿物质并且分离乳糖(milk sugar)(乳糖(lactose)乳糖或其衍生物)。通常，使用超滤膜进行渗滤步骤，诸如以上描述的。然而，其他膜可以用于渗滤步骤。在一个实施方案中，将UF渗余物级分渗滤可以包括将UF渗余物级分和水的混合物渗滤。在另一个实施方案中，将UF渗余物级分渗滤可以包括将UF渗余物级分和RO渗透物级分的混合物渗滤。在又一个实施方案中，将UF渗余物级分渗滤可以包括将UF渗余物级分、RO渗透物级分和水的混合物渗滤。这些混合物可以利用任何合适的比例或相对量的UF渗余物级分和RO渗透物级分和/或水。通常，UF渗余物级分的渗滤得到DF/UF渗透物级分(具有从UF渗余物中提取的乳糖(milk sugar)(例如，乳糖(lactose))和矿物质)和DF/UF渗余物级分(其是富含蛋白质的)。

当在引入超滤膜系统之前将UF渗余物级分与另一种组分(例如，水和/或RO渗透物级分)混合(用其稀释)时，其他组分与UF渗余物级分的重量比通常在约0.1:1至约1:1、约0.2:1至约0.8:1或约0.3:1至约0.7:1的范围内，但是不限于此。渗滤—使用超滤膜—可以在任何合适的浓集因数下进行，其非限制性实例包括约1.2至约5、约1.3至约4、约1.2至约3或约2至约3。

制备乳组合物的方法的步骤(iv)包括将UF渗余物级分、DF/UF渗余物级分、NF渗透物级分、RO渗透物级分、RO渗余物级分和富含脂肪的级分中的至少两种组合以形成乳组合物。这些组分的任何组合可以以任何合适的相对比例混合或组合，以形成乳组合物。在一些实施方案中，可以组合至少UF渗余物级分和NF渗透物级分，或者可以组合至少富含脂肪的级分、UF渗余物级分和NF渗透物级分；任选地，还可以在组合步骤中添加RO渗透物级分和/或水。在其他实施方案中，可以组合至少DF/UF渗余物级分和NF渗透物级分，或者可以组合至少富含脂肪的级分、DF/UF渗余物级分和NF渗透物级分；任选地，还可以在组合步骤中添加RO渗透物级分和/或水。

此外，还可以在组合步骤中添加成分和/或另外的奶级分。另外地或备选地，可以在组合步骤之后将成分和/或另外的奶组分添加到乳组合物中。合适的成分的非限制性实例可以包括糖/甜味剂、调味剂、防腐剂(例如，以防止酵母或霉菌生长)、稳定剂、乳化剂、益生元物质、益生菌、维生素、矿物质、ω3脂肪酸、植物甾醇、抗氧化剂或着色剂等，以及它们的任何混合物或组合。

另外的奶级分可以是“富含组分的级分”，其意指涵盖所含奶组分(蛋白质、乳糖/糖、脂肪、矿物质)比牛奶中所发现的多至少15％的任何级分。例如，富含乳糖的级分通常可以含有约6至约20重量％的糖(即，以任何形式，诸如乳糖、葡萄糖、半乳糖等)、约6至约18重量％的糖或约7至约16重量％的糖。富含矿物质的级分可以含有约1至约20重量％的矿物质、约1至约10重量％的矿物质或约1.5至约8重量％的矿物质。富含脂肪的级分通常可以含有约8至约50重量％的脂肪、约20至约50重量％的脂肪或约30至约45重量％的脂肪。

这些富含组分的奶级分可以如本文所述生产或通过本领域技术人员已知的任何技术生产，例如通过在美国专利号7,169,428、9,510,606和9,538,770中公开的膜过滤方法生产，这些专利通过引用整体结合于此。另外地或备选地，可以通过包括混合水和粉末成分(例如，蛋白粉、乳糖粉、矿物质粉等)的方法来生产富含组分的奶级分(或多种奶级分)。

任何合适的容器和条件可以用于本文公开的任何组合步骤，并且这些可以分批或连续地完成。例如，组分可以在大气压下在合适的容器(例如，罐、料仓等)中组合(任选地使用搅拌或混合，并且任选地与一种成分(或多种成分)和/或一种另外的奶级分(或多种奶级分)组合)，以形成一批成品乳组合物。作为另一个实例，组分可以在管道或其他合适的容器中在微压(例如，5-50psig)下连续地组合，任选地与成分和/或另外的奶级分混合，并且可以将成品乳组合物转移到储罐中或装入用于零售分销和销售的容器中。可以用于这种连续组合、混合和/或包装的代表性系统可以包括tetra aldose系统和tetra flexidose系统。用于组合组分和其他成分和/或奶级分的其他合适的方法、系统和装置根据本发明是显而易见的。

如果需要，可以在超滤之前将乳糖酶添加到奶制品中，或者可以在组合步骤之前将乳糖酶添加到每个组分中，或者可以将乳糖酶添加到所得乳组合物中。如本文所述，组分可以以任何合适的比例组合，并且任选地，可以在步骤(iv)中添加任何合适的成分和/或另外的奶级分以形成乳组合物。另外地或备选地，可以在组合步骤之后将任何合适的成分和/或另外的奶组分添加到乳组合物中。

与本发明的实施方案相一致，如果需要，可以在组合步骤之前用乳糖酶处理UF渗余物级分。同样地，如果需要，可以在组合步骤之前用乳糖酶处理DF/UF渗余物级分。另外地或备选地，可以在步骤(iv)期间添加乳糖酶，或者可以在步骤(iv)之后用乳糖酶处理乳组合物。在这些情况下，乳糖含量可以降低到小于约1重量％、小于约0.5重量％、小于约0.2重量％或小于约0.1重量％。

任选地，所述方法还可以包括在超滤步骤之前将奶制品(例如，脱脂奶)微滤从而得到MF渗透物级分和MF渗余物级分的步骤。在这样的情况下，步骤(i)可以包括将MF渗透物级分超滤以生产UF渗透物级分和UF渗余物级分。可以使用具有相对较大孔径的微滤膜进行微滤，所述孔径通常在0.1至10微米的范围内，例如孔径在约0.2至约2μm或约0.1至约0.2μm的范围内。在一些实施方案中，微滤步骤利用孔径在约0.1至约0.2μm的范围内的膜系统，其中操作压力通常在小于约75psig(例如，10-15psig)，并且操作温度在约5至约60℃(或约35至约55℃)的范围内，但是不限于此。

通常，微滤膜可以用于乳品工业以从流体奶中移除细菌、细菌孢子、体细胞和其他外来悬浮物质，并且因此提高所得奶制品的质量和货架期。微滤膜可以用于从干酪或干酪乳清中分离脂肪并且从流体奶中分离脂肪，作为离心分离的替代方法。

UF渗余物级分和DF/UF渗余物级分的蛋白质含量可以独立地为至少约5重量％、至少约6重量％、至少约7重量％、至少约8重量％或至少约9重量％的蛋白质。UF渗余物和DF/UF渗余物的蛋白质含量的说明性和非限制性范围可以独立地包括约5至约20重量％的蛋白质、约6至约18重量％的蛋白质或约9至约15重量％的蛋白质。

类似地，虽然不限于此，但是UF渗透物级分、UF渗余物级分、DF/UF渗透物级分和DF/UF渗余物级分的乳糖(milk sugar)(乳糖(lactose)或其衍生物)含量可以独立地小于或等于约7重量％或小于或等于约6重量％，但是大于或等于约3重量％或大于或等于约3.5重量％。

NF渗余物级分的乳糖(milk sugar)(乳糖(lactose)或其衍生物)含量可以为至少约8重量％、至少约10重量％、至少约14重量％、至少约17重量％或至少约20重量％的乳糖(milk sugar)(乳糖(lactose)或其衍生物)，但是不限于此。NF渗余物级分的乳糖含量的说明性和非限制性范围可以包括约10至约28重量％、约15至约28重量％、约15至约25重量％、约20至约28重量％或约20至约25重量％的乳糖(milk sugar)(例如，乳糖(lactose)或其衍生物)。NF渗余物级分的固体含量通常为至少约15重量％、至少约20重量％或至少约22重量％，并且通常可以在高达25-30重量％的范围内。NF渗余物级分含有最小量的蛋白质，通常小于约1重量％、小于约0.7重量％、小于约0.5重量％或小于约0.3重量％的蛋白质。NF渗余物级分通常含有约0.8至约2重量％的矿物质，诸如约1至约1.8重量％的矿物质。

NF渗透物级分通常含有小于1重量％的固体，以及仅最小量的乳糖(milk sugar)(例如，乳糖(lactose))和蛋白质。出乎意料地，NF渗透物含有显著量的矿物质，其通常在约0.35至约1重量％、诸如约0.4至约0.8重量％的范围内。此外，有利地，高水平的钠—约300至约800ppm或约400至约700ppm—以及钾—约1500至约3000ppm或约2000至约2500ppm—可以存在于NF渗透物流中。这些ppm量是按重量计的ppm。

在反渗透步骤后，RO渗余物级分含有显著量的乳糖(milk sugar)(乳糖(lactose)或其衍生物)，诸如至少约8重量％或至少约10重量％，并且通常高达约14-18重量％，并且矿物质在0.6-1.8重量％的范围内或在0.7-1.2重量％的范围内。通常，RO渗透物(奶水)级分基本上不含有所有的奶组分—脂肪、蛋白质、乳糖(milk sugar)(例如，乳糖(lactose))和矿物质。例如，奶水级分可以含有小于或等于约0.1重量％的乳糖(milk sugar)(例如，乳糖(lactose))，以及小于或等于约0.1重量％的矿物质。此外，奶水级分可以含有小于或等于约0.1重量％的脂肪，以及小于或等于约0.1重量％的蛋白质，以及至少约95重量％的水、至少约98重量％的水、至少约99重量％的水或至少约99.5重量％的水。

与本发明的方法的实施方案相一致的合适的分离方法10的说明性和非限制性实例在图1中示出。首先，将全脂鲜奶(生奶)15分为20奶油28和脱脂奶制品22。然后，如本文所述，使脱脂奶制品22经受超滤30，诸如经由聚合物膜系统，从而得到UF渗余物38(通常称为富含蛋白质的奶级分)和UF渗透物32(其含有乳糖乳糖(milk sugar)(乳糖(lactose)或其衍生物)和矿物质)。然后使UF渗透物32经受反渗透40，得到含有乳糖(milk sugar)(例如，乳糖(lactose))或其衍生物)和矿物质的RO渗余物48和基本上由水组成的RO渗透物42。然后使RO渗余物48经受纳滤50，得到NF渗透物52(其是富含矿物质的)和NF渗余物58(其是富含乳糖的)。任选地，在图1中，一些或所有的UF渗余物38与RO渗透物42混合并且使其经受渗滤60，得到DF/UF渗透物级分62和DF/UF渗余物级分68(其是富含蛋白质的)。

在图1中，乳组合物80通过以下方式形成：将UF渗余物级分38、DF/UF渗余物级分68、NF渗透物级分52、RO渗透物级分42和奶油28(富含脂肪的级分)以任何合适的比例组合或混合。根据需要，可以在混合组分之前或在形成乳组合物80之后用乳糖酶72、74、76处理组分。随后，乳组合物80被热处理85，然后冷却并且包装90。

与本文公开的用于制备乳组合物的改进方法的实施方案相一致，如果需要，这些方法还可以包括用乳糖酶处理相应的乳组合物的步骤。因此，乳糖含量可以降低到小于约1重量％、小于约0.5重量％、小于约0.2重量％或小于约0.1重量％。

此外，这些方法还可以进一步包括热处理乳组合物的步骤。在一个实施方案中，热处理步骤可以包括在约80℃至约95℃的范围内的温度下进行巴氏杀菌达在约2至约15分钟的范围内的时间段。在另一个实施方案中，热处理步骤可以包括在约135℃至约145℃的范围内的温度下进行UHT灭菌达在约1至约10秒的范围内的时间段。在又一个实施方案中，热处理步骤可以包括在约148℃至约165℃的范围内的温度下进行超级UHT灭菌达在约0.05至约1秒的范围内的时间段(例如，155℃持续大约0.1秒)。其他合适的巴氏杀菌或灭菌温度和时间条件根据本发明是显而易见的。另外，本发明不受用于进行巴氏杀菌/灭菌过程的方法或设备的限制—可以采用任何合适的技术和装置，无论是分批操作还是连续操作。

在本发明的一些实施方案中，在热处理步骤之后，用于制备乳组合物的改进方法还可以包括在任何合适的容器中和在任何合适的条件下(无菌地或以其他方式)包装乳组合物的步骤。因此，在将本文所述的各种组分、成分和另外的奶级分组合以形成乳组合物之后，可以将乳组合物在无菌条件(或非无菌条件)下包装在容器中。可以使用任何合适的容器，所述容器诸如可以用于以零售渠道分销和/或销售乳制品的容器。典型的容器的说明性和非限制性实例包括杯、瓶、袋(bag)或小包(pouch)等。容器可以由任何合适的材料制成，所述材料诸如玻璃、金属、塑料等，以及它们的组合。

虽然不限于此，但是乳组合物可以具有约1至约15重量％或约3至约10重量％的蛋白质含量。另外地或备选地，乳组合物可以具有约0.05至约10重量％或约0.1至约5重量％的脂肪含量。另外地或备选地，乳组合物可以具有约0.5至约2重量％的矿物质含量。另外地或备选地，乳组合物可以具有小于或等于约4重量％的乳糖含量。

与本发明相一致的乳组合物的代表性和非限制性实例可以含有小于或等于约0.5重量％的脂肪、约2至约15重量％的蛋白质、约0.5至约2重量％的矿物质和小于或等于约4重量％的乳糖。与本发明相一致的乳组合物的另一个代表性和非限制性实例可以含有约0.5至约1.5重量％的脂肪、约2至约15重量％的蛋白质、约0.5至约2重量％的矿物质和小于或等于约4重量％的乳糖。此外，与本发明相一致的乳组合物的另一个代表性和非限制性实例可以含有约1.5至约2.5重量％的脂肪、约2至约15重量％的蛋白质、约0.5至约2重量％的矿物质和小于或等于约4重量％的乳糖。此外，与本发明相一致的乳组合物的另一个代表性和非限制性实例可以含有约2.5至约5重量％的脂肪、约2至约15重量％的蛋白质、约0.5至约2重量％的矿物质和小于或等于约4重量％的乳糖。

可以通过本文公开的方法生产的典型乳组合物的另外的非限制性实例包括全脂奶、低脂奶、脱脂奶、酪乳、调味奶、低乳糖奶、高蛋白奶、无乳糖奶、超滤奶、微滤奶、浓缩奶、淡炼乳、高蛋白、高钙、和减糖奶等。

实施例

通过以下实施例来进一步说明本发明，这些实施例不以任何方式被解释为对本发明的范围施加限制。在阅读了本文的描述之后，在不背离本发明的实质或所附权利要求的范围的情况下，本领域的普通技术人员可以想到其各种其他方面、实施方案、修改和等同物。

按照CEM Turbo固体和水分分析仪(CEM Corporation，Matthews，北卡罗来纳州)的程序SMEDP 15.10C来测定总固体(重量％)。灰分是在合适的装置中于550℃燃烧至恒重后剩余的残余物；这种在550℃进行的处理通常去除了所有有机物，而剩余的物质主要是矿物质(乳制品的标准检验方法(Standard Methods for the examination of dairyproducts)，第17版(2004)，美国公共卫生协会(American Public Health Association)，华盛顿特区)。通过使用Phoenix(CEM微波炉)来进行灰分测试，其将样品在550℃加热30分钟。灰分含量(或矿物质含量)以重量％测定。

使用Perkin Elmer原子吸收分光光度计测定具体的Ca、Mg、Na和K含量。用三氯乙酸处理样品以使蛋白质沉淀，并且通过原子吸收分光光度计分析滤液。通过AOAC(公职分析化学家协会(Association of Official Analytical Chemists))方法测定蛋白质含量、脂肪含量和乳糖含量。

根据图1中概述的过程，在实施例1中，生奶(低于5℃)通过离心分离器分离成富含脂肪的级分(奶油)和无脂级分(无脂奶或脱脂奶)。离心分离过程在低于5℃的温度下进行。然后通过使脱脂奶通过UF膜将5℃下的脱脂奶分级成富含蛋白质的级分(UF渗余物)和富含乳糖的级分(UF渗透物)，所述UF膜具有这样的孔径，其中分子量大于10,000道尔顿(Da)的任何分子被保留在UF渗余物中，其具有11.9重量％的平均蛋白质含量和0.4重量％的脂肪含量。UF渗透物具有5.62-5.77重量％的总固体、0.10-0.15重量％的蛋白质、0.46-1.15重量％的灰分和6.7-6.9的pH范围。将该UF渗透物在含有RO螺旋缠绕聚合物元件(Koch膜，0.95米长和0.095米直径)的RO单元(GEA模型R试验单元，GEA Process Engineering Inc.)中浓缩。在400-500psig的压力下，RO处理期间的温度在6-19℃中变化。然后使用NF膜元件(NF-200，螺旋缠绕膜元件，截留分子量200Da，直径3”，长度0.95米；直径0.095米)在12-26℃范围内的温度下在NF系统(GEA模型R试验单元，GEA Process Engineering Inc.)中将RO浓缩物(RO渗余物)去除矿物质。

表I总结了在实施例1的8小时实验期间UF渗透物级分、UF渗余物级分、RO渗透物级分、RO渗余物级分、NF渗余物级分和NF渗透物级分的相应平均组成。在表I中，矿物质含量(以重量％计)通常与灰分含量(重量％)相似，并且因此在本发明中灰分测试的结果用于定量总矿物质含量。对于每种奶级分，表I总结了相应的平均Ca、Mg、Na和K含量(按重量以ppm计)。

通过混合UF渗余物、NF渗透物、RO浓缩物、RO渗透物和奶油来制备乳组合物。将商业乳糖酶添加到乳组合物中以在热处理之前在4℃下将乳糖转化为葡萄糖和半乳糖，持续16小时。表II总结了使用来自实施例1的奶级分和比较奶级分(使用UF、然后NF、然后RO制备)制备的乳组合物。目的是获得基本上相同的乳组合物，因此对比较例和实施例1使用略有不同的掺合物。一个六人小组使用三角辨别测试非正式地评价样品的感官特性(即，向小组成员提供一个不同的样品和两个相似的样品，并且指示小组成员品尝样品并且识别奇怪的样品)。该小组无法区分实施例1的组合物和比较组合物之间的任何差异。

表III总结了构造实施例2，其是使用UF/RO/NF的模拟实验，并且表IV总结了使用常规UF/NF/RO的模拟比较实验。进行这些模拟以提供UF/RO/NF和UF/NF/RO过程的直接比较，并且证明实施例2的UF/RO/NF过程的益处，其中在最终纳滤步骤之前进行反渗透。出乎意料地并且有利地，与常规UF/NF/RO过程相比，实施例2的UF/RO/NF过程可以回收更多的水(用于生产设施的其他部分，无需购买水)，回收更多的矿物质，并且提供更浓缩的乳糖流。

表I.实施例1的总结

		NF渗透物	NF渗余物	UF渗余物
					总固体	重量％	0.75	25.6	19.2
蛋白质	重量％	-	-	11.9
					乳糖	重量％	0.2	24	5.6
矿物质	重量％	0.51	1.4	1.3
					Ca	ppm	72	735	-
Mg	ppm	7	163	-
					Na	ppm	566	945	-
K	ppm	2194	3556	-

表II.乳组合物的总结

表III.实施例2方法的总结—UF、RO和NF

从100kg脱脂奶中回收的水百分比＝36.8重量％(33.5/0.91)

NF渗透物中回收的矿物质百分比＝20.1重量％(0.145/0.72)

乳糖浓缩物中的乳糖百分比＝19.2重量％

表IV.比较方法的总结—UF、NF和RO

从100kg脱脂奶中回收的水百分比＝24.5％(22.33/0.91)

RO渗余物中回收的矿物质百分比＝15.5重量％(0.112/0.72)

乳糖浓缩物中的乳糖百分比＝14.4重量％

Claims

1.一种用于制备乳组合物的方法，所述方法包括：

(i)将奶制品在3至15℃的温度下超滤以生产UF渗透物级分和UF渗余物级分；

(ii)使所述UF渗透物级分经受反渗透步骤以生产RO渗透物级分和含有至少8重量％的乳糖的RO渗余物级分；

(iii)将所述RO渗余物级分纳滤以生产

含有300至800ppm的钠和1500至3000ppm的钾的NF渗透物级分，和

含有至少10重量％的乳糖的NF渗余物级分；以及

(iv)将所述UF渗余物级分、DF/UF渗余物级分、所述NF渗透物级分、所述RO渗透物级分、所述RO渗余物级分和富含脂肪的级分中的至少两种组合以形成所述乳组合物。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述RO渗余物级分的乳糖含量为8至18重量％、8至16重量％、或10至14重量％。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述NF渗余物级分的乳糖含量为10至28重量％、15至28重量％、15至25重量％、20至28重量％、或20至25重量％。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述NF渗余物级分的总固体含量为15至30重量％、20至30重量％、20至28重量％、22至30重量％、或22至28重量％。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述NF渗余物级分的矿物质含量为0.8至2重量％或1至1.8重量％。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述NF渗透物级分的矿物质含量为0.35至1重量％或0.4至0.8重量％。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述NF渗透物级分的钾含量为2000至2500ppm。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述NF渗透物级分的钠含量为400至700ppm。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述UF渗余物级分的蛋白质含量为至少9重量％，并且所述DF/UF渗余物级分的蛋白质含量为至少9重量％。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述UF渗透物级分和/或所述UF渗余物级分的乳糖含量为3.5至6重量％。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述DF/UF渗透物级分和/或所述DF/UF渗余物级分的乳糖含量为3.5至6重量％。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述奶制品在4至12℃或5至10℃的温度下进行超滤。

13.根据权利要求1所述的方法，其中组合步骤包括：(a)将所述UF渗余物级分和所述NF渗透物级分组合，或者(b)将所述富含脂肪的级分、所述UF渗余物级分和所述NF渗透物级分组合。

14.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括将所述UF渗余物级分渗滤以生产DF/UF渗透物级分和所述DF/UF渗余物级分的步骤。

15.根据权利要求14所述的方法，其中将所述UF渗余物级分渗滤包括将所述UF渗余物级分、所述RO渗透物级分和任选地水的混合物渗滤。

16.根据权利要求14或15所述的方法，其中组合步骤包括：(a)将所述DF/UF渗余物级分和所述NF渗透物级分组合，或者(b)将所述富含脂肪的级分、所述DF/UF渗余物级分和所述NF渗透物级分组合。

17.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括将生奶分离成所述奶制品和所述富含脂肪的级分的步骤。

18.根据权利要求1所述的方法，其中组合步骤还包括添加水以形成所述乳组合物。

19.根据权利要求1所述的方法，其中所述奶制品包括脱脂奶或全脂奶。

20.根据权利要求1所述的方法，其中在组合步骤之前用乳糖酶处理所述UF渗余物级分，或者在组合步骤之前用乳糖酶处理所述DF/UF渗余物级分，或者所述方法还包括用乳糖酶处理所述乳组合物的步骤，或者它们的任何组合。

21.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括在步骤(i)之前将所述奶制品微滤的步骤。

22.根据权利要求1所述的方法，其中所述乳组合物具有0.05至10重量％或0.1至5重量％的脂肪含量。

23.根据权利要求1所述的方法，其中所述乳组合物具有1至15重量％或3至10重量％的蛋白质含量。

24.根据权利要求1所述的方法，其中所述乳组合物具有0.5至2重量％的矿物质含量。

25.根据权利要求1所述的方法，其中所述乳组合物具有小于或等于4重量％的乳糖含量。

26.根据权利要求1所述的方法，其中所述乳组合物是全脂奶、低脂奶、脱脂奶、酪乳、调味奶、低乳糖奶、高蛋白奶、无乳糖奶、超滤奶、微滤奶、浓缩奶、淡炼乳或高蛋白高钙减糖奶。

27.根据权利要求1所述的方法，其中组合步骤还包括添加成分，其中所述成分包括糖/甜味剂、调味剂、防腐剂、稳定剂、乳化剂、益生元物质、益生菌、维生素、矿物质、ω3脂肪酸、植物甾醇、抗氧化剂、着色剂或它们的任何组合。

28.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括热处理所述乳组合物的步骤。

29.根据权利要求28所述的方法，其中热处理步骤包括在135℃至145℃的范围内的温度下进行UHT灭菌达在1至10秒的范围内的时间段。

30.根据权利要求28所述的方法，其中热处理步骤包括在80℃至95℃的范围内的温度下进行巴氏杀菌达在2至15分钟的范围内的时间段。

31.根据权利要求28所述的方法，其中热处理步骤包括在148℃至165℃的范围内的温度下进行UHT灭菌达在0.05至1秒的范围内的时间段。

32.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：将所述乳组合物包装在容器中。

33.根据权利要求1所述的方法，其中从所述奶制品中回收的水的量大于通过其中在反渗透之前进行纳滤的在其他方面相同的过程中获得的水的量。

34.根据权利要求1所述的方法，其中所述NF渗透物级分中的矿物质的量大于通过其中在反渗透之前进行纳滤的在其他方面相同的过程中获得的RO渗余物级分中的矿物质的量。

35.根据权利要求1所述的方法，其中所述NF渗余物级分中的乳糖的浓度大于通过其中在反渗透之前进行纳滤的在其他方面相同的过程中获得的NF渗余物级分中的乳糖的浓度。

36.一种乳组合物，所述乳组合物通过根据权利要求1至35中任一项所述的方法制备。