耦合膜分离技术在低乳糖奶粉方面的应用
发布时间：2021-04-03 02:56
作为婴幼儿的主要食物来源之一,奶粉虽然含有人体所需的脂肪、蛋白质、氨基酸以及钙、铁、锌等丰富的营养组分,但是对于特需婴幼儿（乳糖不耐症患者）来说,奶粉也含有无法吸收的组分-乳糖。特需人群不仅无法有效食用奶粉,而且还会引起非感染性腹泻等症状。乳糖不耐已经是广泛存在的世界性问题;相应的,人们对无乳糖或低乳糖乳制品的需求日益增长。为此,本课题设计出适用于乳体系的超滤、纳滤及电渗析相耦合的一体化膜分离工程体系,在基本保障牛奶中原有成分（蛋白质、脂肪、无机盐及部分氨基酸等）的前提下,精准分离出乳糖,最终制备出高品质低乳糖奶粉。在本研究中,以新鲜牛奶为原料,首先使用超滤膜技术提取出大分子营养组分（如蛋白质、脂肪和大部氨基酸等）,其次通过电渗析分离出矿物质盐,随后通过纳滤膜技术提取分离乳糖,最后将超滤和电渗析分离出的有效成分以及纳滤的渗滤液合并,并通过喷雾干燥技术制备出低乳糖奶粉。最终,获得了乳糖含量低于0.2%的低乳糖奶粉,同时,可以从NF浓缩物（乳糖浓缩物）中有效地回收高纯度（95.7%）的乳糖粉。在整个膜分离过程中,基于物理孔径筛分机制,而无需添加任何对牛奶的物理和化学性质影响的化学试剂。此外...
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
结垢机理类型的示意图：（a）完全堵塞孔；（b）堵塞中间孔；（c）标准收缩孔；（d）形成滤饼层Figure1-1.Schematicdiagramofthetypeofscalingmechanism:(a)completely
耦合膜分离技术在低乳糖奶粉方面的应用11自缔合，也可以通过磷酸化中心与胶体磷酸钙连接形成聚集体（如图1-2A）[36]，在这两种作用力下天然牛奶中的酪蛋白形成粒径80～450nm大小的胶束。图1-2（A）酪蛋白的钙桥连接模型和（B）酪蛋白胶束的场发射扫描电子显微镜图像Figure1-2.(A)Themodelofcaseinlinkedbycolloidalcalciumphosphateand(B)thefieldemission-SEMofcaseinmicelle乳清蛋白中60%是β-乳球蛋白。β-乳球蛋白是一种高度结构化的蛋白质，二级结构含有10%左右的α-螺旋，其余90%呈β-折叠和任意螺旋。每一个单体以直径3.6nm左右的球体形式存在，pH对乳球蛋白的四级结构影响较大，当pH小于3或大于7.5时，β-乳球蛋白主要以单体的形式存在；pH为3～7时以二聚体形式存在。α-乳白蛋白是一种与Ca2+结合的金属蛋白，Ca2+结合在10个序列氨基酸内，形成转角结构。pH小于5时会失去Ca2+，构象发生变化。乳清蛋白的聚集通常与β-Lg，α-La和BSA的热稳定性有关，但牛奶中的其他主要乳清蛋白也对聚集反应做出了重要贡献。Chaplin和Lyster（1986）[37,38]研究了热处理过程中α-La的变性和聚集行为，并报道了α-La在没有β-Lg的情况下不能形成聚集体。α-La除非在没有钙的情况下加热至高温（95℃）至少14分钟，否则不会发生不可逆的变性。α-La的高热稳定性部分是由于其不包含游离SH基团的二级结构而产生的。1.6.2膜和蛋白质相互作用的蛋白质大小和构象各种膜材料和操作过程在回收乳清蛋白方面的应用都受到膜表面污染的阻碍，这种污染会导致渗透通量和蛋白质传递随时间的减少。尽管已经进行了大量的研究来确定膜表面污染的机理模型，但其机理仍然不清楚。膜过滤是一个非常复杂的过程，很多因素的存在限制了膜分离过程的运行，特别是长期?
耦合膜分离技术在低乳糖奶粉方面的应用19体细胞10μm蛋白质0.1μm~14000Da2.9乳糖342Da4.5矿物质100~300Da0.3离子40~100Da2.2.2实验仪器与设备食品级超滤纳滤膜片测试仪（杭州瑞纳膜工程有限公司）；实验室小型超滤中空纤维膜测试仪（浙江赛特膜技术有限公司）；实验室电渗析测试仪（浙江赛特膜技术有限公司）；真空干燥箱（上海森信实验仪器有限公司）；超声波清洗仪器（上海比朗仪器有限公司）。2.2.3实验步骤根据表2-1里牛奶成分大小，设计了下图所示生产低乳糖奶粉的耦合膜分离技术工艺流程图，并设计了以下实验步骤。图2-1耦合膜分离技术用于制备低乳糖奶粉实验示意图Figure2-1.Schematicdiagramofpreparationoflowlactosemilkpowderbycoupledmembraneseparationtechnology（1）超滤过程对蛋白质及脂肪的截留超滤的目的是在牛奶中截留大分子物质，例如蛋白质和脂肪。为了确保高流量和低污染以提高经济效率，超滤过程细分为两个步骤。在实验开始前，选取的PES超滤膜在使用前预先进行24h的浸泡，然后通过1h的预压处理，以保证膜分离过程中膜的稳定性。首先进行中空纤维膜超滤过程，将巴氏杀菌的牛奶通过截留分子量为100KDaPVC中空纤维超滤膜过滤，在流速为2L/min，压力为1bar，及在室温（25±2℃）下截留牛奶中的脂肪和较大蛋白质胶束（多为酪蛋白胶束）。过滤后将截留液保存起来，作为在最后过程中制备低乳糖奶粉的混合液中的一部
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属离子对蛋白质凝胶化行为的影响研究进展[J]. 邵瑶瑶,赵燕,徐明生,徐丽兰,汪雄,涂勇刚. 食品科学. 2017(05)
[2]超滤膜技术在饮用水处理中的研究现状[J]. 林英姿,史妍. 吉林建筑工程学院学报. 2014(03)
[3]反渗透技术在水处理中的应用进展[J]. 倪国强,解田,胡宏,朱静,隋岩峰. 化工技术与开发. 2012(10)
[4]电渗析技术及其应用[J]. 李长海,党小建,张雅潇. 电力科技与环保. 2012(04)
[5]乳糖不耐受以及解决方法的研究动态[J]. 赵显峰,荫士安. 中国学校卫生. 2007(12)
硕士论文
[1]山茶蜂花粉多糖的分离纯化和免疫活性研究[D]. 刘恩绪.东北师范大学 2011
本文编号：3116478
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
结垢机理类型的示意图：（a）完全堵塞孔；（b）堵塞中间孔；（c）标准收缩孔；（d）形成滤饼层Figure1-1.Schematicdiagramofthetypeofscalingmechanism:(a)completely
耦合膜分离技术在低乳糖奶粉方面的应用11自缔合，也可以通过磷酸化中心与胶体磷酸钙连接形成聚集体（如图1-2A）[36]，在这两种作用力下天然牛奶中的酪蛋白形成粒径80～450nm大小的胶束。图1-2（A）酪蛋白的钙桥连接模型和（B）酪蛋白胶束的场发射扫描电子显微镜图像Figure1-2.(A)Themodelofcaseinlinkedbycolloidalcalciumphosphateand(B)thefieldemission-SEMofcaseinmicelle乳清蛋白中60%是β-乳球蛋白。β-乳球蛋白是一种高度结构化的蛋白质，二级结构含有10%左右的α-螺旋，其余90%呈β-折叠和任意螺旋。每一个单体以直径3.6nm左右的球体形式存在，pH对乳球蛋白的四级结构影响较大，当pH小于3或大于7.5时，β-乳球蛋白主要以单体的形式存在；pH为3～7时以二聚体形式存在。α-乳白蛋白是一种与Ca2+结合的金属蛋白，Ca2+结合在10个序列氨基酸内，形成转角结构。pH小于5时会失去Ca2+，构象发生变化。乳清蛋白的聚集通常与β-Lg，α-La和BSA的热稳定性有关，但牛奶中的其他主要乳清蛋白也对聚集反应做出了重要贡献。Chaplin和Lyster（1986）[37,38]研究了热处理过程中α-La的变性和聚集行为，并报道了α-La在没有β-Lg的情况下不能形成聚集体。α-La除非在没有钙的情况下加热至高温（95℃）至少14分钟，否则不会发生不可逆的变性。α-La的高热稳定性部分是由于其不包含游离SH基团的二级结构而产生的。1.6.2膜和蛋白质相互作用的蛋白质大小和构象各种膜材料和操作过程在回收乳清蛋白方面的应用都受到膜表面污染的阻碍，这种污染会导致渗透通量和蛋白质传递随时间的减少。尽管已经进行了大量的研究来确定膜表面污染的机理模型，但其机理仍然不清楚。膜过滤是一个非常复杂的过程，很多因素的存在限制了膜分离过程的运行，特别是长期?
耦合膜分离技术在低乳糖奶粉方面的应用19体细胞10μm蛋白质0.1μm~14000Da2.9乳糖342Da4.5矿物质100~300Da0.3离子40~100Da2.2.2实验仪器与设备食品级超滤纳滤膜片测试仪（杭州瑞纳膜工程有限公司）；实验室小型超滤中空纤维膜测试仪（浙江赛特膜技术有限公司）；实验室电渗析测试仪（浙江赛特膜技术有限公司）；真空干燥箱（上海森信实验仪器有限公司）；超声波清洗仪器（上海比朗仪器有限公司）。2.2.3实验步骤根据表2-1里牛奶成分大小，设计了下图所示生产低乳糖奶粉的耦合膜分离技术工艺流程图，并设计了以下实验步骤。图2-1耦合膜分离技术用于制备低乳糖奶粉实验示意图Figure2-1.Schematicdiagramofpreparationoflowlactosemilkpowderbycoupledmembraneseparationtechnology（1）超滤过程对蛋白质及脂肪的截留超滤的目的是在牛奶中截留大分子物质，例如蛋白质和脂肪。为了确保高流量和低污染以提高经济效率，超滤过程细分为两个步骤。在实验开始前，选取的PES超滤膜在使用前预先进行24h的浸泡，然后通过1h的预压处理，以保证膜分离过程中膜的稳定性。首先进行中空纤维膜超滤过程，将巴氏杀菌的牛奶通过截留分子量为100KDaPVC中空纤维超滤膜过滤，在流速为2L/min，压力为1bar，及在室温（25±2℃）下截留牛奶中的脂肪和较大蛋白质胶束（多为酪蛋白胶束）。过滤后将截留液保存起来，作为在最后过程中制备低乳糖奶粉的混合液中的一部
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属离子对蛋白质凝胶化行为的影响研究进展[J]. 邵瑶瑶,赵燕,徐明生,徐丽兰,汪雄,涂勇刚. 食品科学. 2017(05)
[2]超滤膜技术在饮用水处理中的研究现状[J]. 林英姿,史妍. 吉林建筑工程学院学报. 2014(03)
[3]反渗透技术在水处理中的应用进展[J]. 倪国强,解田,胡宏,朱静,隋岩峰. 化工技术与开发. 2012(10)
[4]电渗析技术及其应用[J]. 李长海,党小建,张雅潇. 电力科技与环保. 2012(04)
[5]乳糖不耐受以及解决方法的研究动态[J]. 赵显峰,荫士安. 中国学校卫生. 2007(12)
硕士论文
[1]山茶蜂花粉多糖的分离纯化和免疫活性研究[D]. 刘恩绪.东北师范大学 2011
本文编号：3116478
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/qgylw/3116478.html
