专利名称：含有天然低聚半乳糖的乳制品及其生产方法
技术领域：
本发明涉及一种含有低聚半乳糖的乳制品及其生产方法，特别是一种含有 利用固定化^ -半乳糖苷酶生产含有天然低聚半乳糖的乳制品及其生产方法。
背景技术：
低聚半乳糖(Galacto-oligosaccharides: GOS)是活性低聚多糖的一种，又
称低聚半乳多糖。Gos是以乳糖为底物，在具有半乳糖基转移活性的酶e-半乳
糖苷酶的作用下，首先将乳糖水解成半乳糖和葡萄糖，然后再将半乳糖转移到 乳糖的半乳糖基上生成GOS。
利用固定化的技术可以不断的生产GOS。随着生物技术的发展，利用固定 化酶和固定化细胞等生物技术生产低乳糖奶也得到大力发展。在活细胞中，酶 与细胞器或细胞膜相结合并以固态参与反应，在模拟生命过程的生物反应器中， 是通过固定化技术将酶(或活细胞)与固体材料(如海藻糖、纤维素、葡聚糖、 琼脂糖或高分子聚合物)相结合，构成固定化酶(或固定化细胞)反应器，生 物反应器能够连续对乳中的乳糖进行水解。
固定化酶与固定化细胞具有一定的优点，可省去酶的分离、纯化过程及费 用，微生物细胞可在其代谢过程中产生乳糖酶或与催化过程相匹配的辅酶，使 催化反应得以顺利进行，固定化酶保持酶的原始状态，从而加强了酶的稳定性。 单批游离细胞发酵只能使用一次，而固定化细胞可以连续使用，使用固定化细 胞反应器， 一边进料， 一边排出酵液，避免反馈抑制和产物消耗。
酶法生产的GOS是一种具有天然属性的低聚多糖，安全可靠，并且由于其 结构与人类母乳中的GOS —样，摄入GOS对人体大肠内双歧杆菌有增殖作用， 改善肠道菌群结构，并抑制肠内有害菌群的繁殖，降低肠道内的毒性，提高机 体免疫力。GOS是真正意义上的双歧杆菌生长促进因子，可以广泛应用于食品 工业，生产功能性产品，如酵奶、饮料、冰淇淋、糖果、奶粉、口服液等产品， 潜在用户众多，市场前景广阔。
发明内容
本发明的目的是提供一种含有天然生产GOS的乳制品及其生产方法，其对
乳糖的转化率高。
本发明选用的p -半乳糖苷酶来源于微生物包括酵母细胞、霉菌和乳酸菌。
本发明选用的e-半乳糖苷酶是在酶的最适反应条件下，筛选出的一种高GOS 产率的具有转糖基活性的p -半乳糖苷酶。
一种生产含有天然低聚半乳糖的乳制品的方法，将乳通过能产生低聚半乳 糖的固定化酶反应器。其中，固定化酶是固定化e-半乳糖苷酶。
本发明中，采用壳聚糖及海藻酸钠对e-半乳糖苷酶进行固定化，也可采用 纤维素、葡聚糖、琼脂糖或高分子聚合物进行固定化，构成固定化酶生物反应 器。该生物反应器是通过设计制作一个可以对优化条件进行自动控制的流化床 反应器。
固定化方法可以采用有吸附法、共价结合法、包埋法和交联法，使得酶与 载体之间形成强的作用力，从而保护酶不受污染更好的发挥酶活性，能够连续 对乳中的乳糖进行水解。将固定化酶装在不锈钢反应柱内。该反应柱150X 450mm，分为2-10个等长的阶段，用5-30L的固定化乳糖酶堵塞。脱脂奶从底 部通过泵进入反应柱，经过水解反应后从顶部流出。这个系统的温度由夹层水 循环来控制。在反应前，反应器中的空气用真空泵排空，然后在低压下，乳被 吸入到反应器内。
所述乳与所述P-半乳糖苷酶的添加比例为重量比100:(0.05-1)。
所述乳经过所述固定化酶反应器的条件为39士1T:，酶解2-4小时。本发明 的方法的其余步骤可以采用常规的液态乳生产工艺。
本发明的方法，还可以进一步包括如下步骤
(1) 原料乳验收、离心净乳、标准化；
(2) 脱脂去除稀奶油，得到脱脂奶；
(3) 将脱脂奶冷却至39士rC通过固定化酶反应器，保持此温度酶解2-4小时;
(4) 混合配料往脱脂奶中回添入脱脂步骤中产生的稀奶油；
(5) 减压脱气(65°C， 210Pa);
(6) 均质；
(7) 巴氏灭菌或超高温灭菌；
(8) 冷却后无菌灌装；
(9)入库。
优选的，步骤(2)和步骤(3)之间将脱脂奶经过巴氏杀菌，杀菌温度92-95"C， 杀菌5分钟。
优选的，步骤(6)为高压均质，均质条件为70°C， 18MP。 本发明还提供了 一种采用上述方法生产的含有天然低聚半乳糖的乳制品。 本发明利用具有转糖基活性的固定化e-半乳糖苷酶生产含低聚半乳糖的 低乳糖牛奶。含低聚半乳糖的低乳糖牛奶既能解决乳糖不耐症问题，同时还在 牛奶中增添了低聚半乳糖双歧因子。
本发明所提供的天然生成的GOS来源于酶水解的方法。利用微生物酶法生 产低乳糖牛奶安全、有效和实用。酶水解法的优点是水解条件温和、产物简单、 口感好、不会破坏乳中其它成分，保证食品安全，设备投资小。经检测证实， 利用本发明的方法生产的乳制品中的乳糖大约60-70%的乳糖转化为葡萄糖和 半乳糖，至少5-10%的乳糖通过转糖基反应生成低聚半乳糖，转化率高。
具体实施例方式
本发明的实施方式意在解释发明，而不是限制本发明的保护范围，本领域 任何普通技术人员都应该能够清楚地知道和理解，按照说明书中公开的比例范 围是可以完整无误地实施本发明的，任何因为牛乳乳源的不同而导致的数值上 的略微差别不应该作为本发明检测结果略微不同的理由。本发明旨在保护通过 固定化酶技术生产乳制品的工艺和用该方法生产的乳制品，而不是要将参数特 别严格地限定在某一个具体的数值上。
实施例l
配方(按l吨原料计) 原料标准
原料乳来自经过有机认证的有机奶源
e-半乳糖苷酶500克，其外观为黄色至浅褐色液体，易溶于水，固定在壳 聚糖及海藻酸钠的载体上，装于不锈钢反应柱内。该反应柱150X450mm，分为 2-10个等长的阶段，用5-30L的固定化乳糖酶堵塞。
含有天然生成GOS牛奶的工艺流程
(1)原料乳验收、离心净乳、标准化；
(2) 脱脂去除稀奶油，得到脱脂奶；
(3) 巴氏杀菌经92-95 °C，杀菌5分钟；
(4) 冷却至39±rC，，脱脂奶从底部通过泵进入反应柱，通过固定化P-半 乳糖苷酶水解后从顶部流出。这个系统的温度由夹层水循环来控制。在反应前， 反应器中的空气用真空泵排空，然后在低压下，乳被吸入到反应器内。保持此 温度酶解2-4小时水解；
(5) 混合配料往脱脂奶中回添入稀奶油；
(6) 减压脱气(65°C， 210Pa)
(7) 高压均质(70。C， 18MPa);
(8) 超高温灭菌(135°C， 3-5s);
(9) 冷却降温后采用利乐包或者康美包无菌灌装；
(10) 保温试验、入库。
所得含有天然生成GOS的牛奶具有鲜牛奶的乳白色，口感醇香、回味浓郁。 安全卫生、饮用方便。
该产品的检测指标(每100g含有)
蛋白质2.92g，脂肪3.31g，干物质11.81g ，当乳糖浓度达到350g/L时， GOS含量可达到48.1%。
实施例2
配方(以1吨计) 原料标准
牛奶来自经过有机认证的有机奶源
P-半乳糖苷酶600克，其外观为黄色至浅褐色液体，易溶于水，固定在壳
聚糖及海藻酸钠的载体上，装于不锈钢反应柱内。该反应柱150X450mm，分为 2-10个等长的阶段，用5-30L的固定化乳糖酶堵塞。 含有天然GOS的牛奶的工艺流程
(1) 原料奶验收、离心净乳、标准化；
(2) 脱脂去除稀奶油，得到脱脂奶；
(3) 巴氏杀菌经92-95。C，杀菌5分钟；
(4) 冷却至39土rC，脱脂奶从底部通过泵进入反应柱，通过固定化P-半乳 糖苷酶水解后从顶部流出。这个系统的温度由夹层水循环来控制。在反应前，
反应器中的空气用真空泵排空，然后在低压下，乳被吸入到反应器内。保持此
温度酶解2-4小时水解；
(5) 混合配料往脱脂奶中回添入稀奶油；
(6) 减压脱气(65°C， 210Pa)
(7) 高压均质(70°C， 18MPa);
(9) 冷却降温后采用利乐包或者康美包无菌灌装；
(10) 保温试验、入库。
所得含有天然生成GOS的牛奶具有鲜牛奶的乳白色，口感醇香、回味浓郁。 安全卫生、饮用方便。
该产品的检测指标(每100g含有)
蛋白质2.92g，脂肪3.31g，干物质11.81g，当乳糖浓度达到400g/L时， GOS含量可达到55%。
实施例3
配方(以1吨计) 原料标准-
原料奶奶来自经过有机认证的有机奶源
e-半乳糖苷酶7oo克，其外观为黄色至浅褐色液体，易溶于水，固定在壳
聚糖及海藻酸钠的载体上，装于不锈钢反应柱内。该反应柱150X450mm，分为 2-10个等长的阶段，用5-30L的固定化乳糖酶堵塞。 含有天然生成GOS牛奶的工艺流程
(1) 原料乳验收、离心净乳、标准化；
(2) 脱脂去除稀奶油，得到脱脂奶；
(3) 巴氏杀菌经92-95。C，杀菌5分钟；
(4) 冷却至39土rC，脱脂奶从底部通过泵进入反应柱，通过固定化0-半乳 糖苷酶水解后从顶部流出。这个系统的温度由夹层水循环来控制。在反应前， 反应器中的空气用真空泵排空，然后在低压下，乳被吸入到反应器内。保持此 温度酶解2-4小时水解；
(5) 混合配料往脱脂奶中回添入稀奶油
(6) 减压脱气(65°C， 210Pa)
(7) 高压均质(70°C， 18MPa);
(8) 超高温灭菌(135°C， 3-5s);
(9) 冷却降温后采用利乐包或者康美包无菌灌装；
(10) 保温试验、入库。
所得含有天然生成GOS的牛奶具有鲜牛奶的乳白色，口感醇香、回味浓郁。 采用利乐包或者康美包无菌灌装，安全卫生、饮用方便。
该产品的检测指标(每100g含有)
蛋白质2.92g，脂肪3.31g，干物质11.81g，当乳糖浓度达到450g/L时， GOS含量可达到61.8°/0
实施例4
配方(以1吨计) 原料标准
原料乳来自经过有机认证的有机奶源
P-半乳糖苷酶800克，其外观为黄色至浅褐色液体，易溶于水，固定在壳 聚糖及海藻酸钠的载体上，装于不锈钢反应柱内。该反应柱150X450mm，分为 2-10个等长的阶段，用5-30L的固定化乳糖酶堵塞。
含有天然生成GOS牛奶的工艺流程
(1) 原料乳验收、离心净乳、标准化；
(2) 脱脂去除稀奶油，得到脱脂奶；
(3) 巴氏杀菌经92-95。C，杀菌5分钟；
(4) 冷却至39土rc，脱脂奶从底部通过泵进入反应柱，通过固定化e-半乳
糖苷酶水解后从顶部流出。这个系统的温度由夹层水循环来控制。在反应前， 反应器中的空气用真空泵排空，然后在低压下，乳被吸入到反应器内。保持此
温度酶解2-4小时水解；
(5) 混合配料往脱脂奶中回添入稀奶油；
(6) 减压脱气(65°C， 210Pa)
(7) 高压均质(70。C，画Pa);
(8) 超高温灭菌C135。C， 3-5s);
(9) 冷却降温后采用利乐包或者康美包无菌灌装；
(10) 保温试验、入库。
本发明含有天然生成GOS的牛奶具有鲜牛奶的乳白色，口感醇香、回味浓郁。采用利乐包或者康美包无菌灌装，安全卫生、饮用方便。 该产品的检测指标(每100g含有)
蛋白质2.92g，脂肪3.31g，干物质11.81g，当乳糖浓度达到500g/L时， GOS含量可达到68.7%。
实施例5
配方(以1吨计) 原料标准
原料乳来自经过有机认证的有机奶源
P-半乳糖苷酶900克，其外观为黄色至浅褐色液体，易溶于水，固定在壳
聚糖及海藻酸钠的载体上，装于不锈钢反应柱内。该反应柱150X450mm，分为 2-10个等长的阶段，用5-30L的固定化乳糖酶堵塞。 含有天然生成GOS牛奶的工艺流程
(1) 原料乳验收、离心净乳、标准化；
(2) 脱脂去除稀奶油，得到脱脂奶；
(3) 巴氏杀菌经92-95t:，杀菌5分钟；
(4) 冷却至39士rc，脱脂奶从底部通过泵进入反应柱，通过固定化e-半乳
糖苷酶水解后从顶部流出。这个系统的温度由夹层水循环来控制。在反应前， 反应器中的空气用真空泵排空，然后在低压下，乳被吸入到反应器内。保持此
温度酶解2-4小时水解；
(5) 混合配料往脱脂奶中回添入稀奶油
(6) 减压脱气(65°C， 210Pa)
(7) 高压均质(70°C， 18MPa);
(8) 超高温灭菌(135°C， 3-5s);
(9) 冷却降温后采用利乐包或者康美包无菌灌装；
(10) 保温试验、入库。
所得含有天然生成GOS的牛奶具有鲜牛奶的乳白色，口感醇香、回味浓郁。 采用利乐包或者康美包无菌灌装，安全卫生、饮用方便。 该产品的检测指标(每100g含有)
蛋白质2.92g，脂肪3.31g，干物质U.81g，当乳糖浓度达到550g/L时， GOS含量可达到75.6%。
实施例6
配方(以1吨计) 原料标准
原料乳来自经过有机认证的有机奶源
P-半乳糖苷酶1000克，其外观为黄色至浅褐色液体，易溶于水，固定在壳 聚糖及海藻酸钠的载体上，装于不锈钢反应柱内。该反应柱150X450mm，分为 2-10个等长的阶段，用5-30L的固定化乳糖酶堵塞。
含有天然生成GOS牛奶的工艺流程
(1) 原料乳验收、离心净乳、标准化；
(2) 脱脂去除稀奶油，得到脱脂奶；
(3) 巴氏杀菌经92-95 °C，杀菌5分钟；
(4) 冷却至39土rc，脱脂奶从底部通过泵进入反应柱，通过固定化e-半乳
糖苷酶水解后从顶部流出。这个系统的温度由夹层水循环来控制。在反应前， 反应器中的空气用真空泵排空，然后在低压下，乳被吸入到反应器内。保持此
温度酶解2-4小时水解；
(5) 混合配料往脱脂奶中回添入稀奶油
(6) 减压脱气(65°C， 210Pa)
(7) 高压均质(70°C， 18MPa);
(8) 超高温灭菌(135°C， 3-5s);
(9) 冷却降温后采用利乐包或者康美包无菌灌装；
(10) 保温试验、入库。
所得含有天然生成GOS的牛奶具有鲜牛奶的乳白色，口感醇香、回味浓郁。 采用利乐包或者康美包无菌灌装，安全卫生、饮用方便。
该产品的检测指标(每100g含有)
蛋白质2.92g，脂肪3.31g，干物质11.81g，当乳糖浓度达到600g/L时， GOS含量可达到80.6°/。。
实施例7
配方(以1吨计) 原料标准
原料乳来自经过有机认证的有机奶源
e-半乳糖苷酶800克，其外观为黄色至浅褐色液体，易溶于水，固定在琼 脂糖的载体上，装于不锈钢反应柱内。该反应柱150X450mm，分为2-10个等 长的阶段，用5-30L的固定化乳糖酶堵塞。
含有天然生成GOS牛奶的工艺流程
(1) 原料乳验收、离心净乳、标准化；
(2) 脱脂去除稀奶油，得到脱脂奶；
(3) 冷却至39土rc，脱脂奶从底部通过泵进入反应柱，通过固定化e-半乳
糖苷酶水解后从顶部流出。这个系统的温度由夹层水循环来控制。在反应前， 反应器中的空气用真空泵排空，然后在低压下，乳被吸入到反应器内。保持此 温度酶解2-4小时水解；
(4) 混合配料往脱脂奶中回添入稀奶油
(5) 减压脱气(65°C， 210Pa)
(6) 常压均质；
(7) 巴氏灭菌，92-95°C，杀菌5分钟；
(8) 冷却降温后采用利乐包或者康美包无菌灌装；
(9) 入库。
所得含有天然生成GOS的牛奶具有鲜牛奶的乳白色，口感醇香、回味浓郁。 采用利乐包或者康美包无菌灌装，安全卫生、饮用方便。 该产品的检测指标(每100g含有)
蛋白质2.93g，脂肪3.30g，干物质12.11g，当乳糖浓度达到600g/L时， GOS含量可达到60.1%。
本发明的固定化酶还可以固定在纤维素、葡聚糖或高分子聚合物上，采用 的固定化方法可以是吸附法、共价结合法、包埋法和交联法，以及其他常规的 固定化方法。
利用薄层层析、高压液相色谱技术(HPLC)和软件NIHImageJ1.36分析 了反应产物中的糖组分(葡萄糖、半乳糖、乳糖和低聚糖、包括转移二糖和三糖)。 HPLC配合使用蒸发光散射检测器及糖柱Aminex HPX-87P对GOS进行定性和 定量分析。结果显示酶作用后的乳制品中大约60-70%的乳糖转化为葡萄糖和半 乳糖，至少5-10%的乳糖通过转糖基反应生成低聚半乳糖。在酶浓度为
3-10U/ml， 5(TC酶解4h的反应条件下，获得含低聚半乳糖的低乳糖牛奶的糖组 成为0.59%低聚半乳糖(含0.37%转移二糖和0.22%三糖)，1.33%乳糖，2.83%单糖。
本发明利用软件NIH ImageJ1.36定量分析样品糖组分的TLC结果，可以 避免乳糖的同分异构体-转移二糖在高压液相色谱结果中因无法分离而造成的 漏检。通过高效液相色谱法(HPLC)对GOS产物进行定性及定量分析，结果 表明乳清糖浆是半乳糖、葡萄糖、乳糖、三聚糖，四聚糖、和五聚糖等的混合 物。
权利要求
1、一种含有天然低聚半乳糖的乳制品的生产方法，其特征在于将乳通过能产生低聚半乳糖的固定化β-半乳糖苷酶制成。
2、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述固定化酶是采用固定化技术 将酶与固体材料壳聚糖、海藻糖、纤维素、葡聚糖、琼脂糖或高分子聚合物 相结合，构成固定化酶反应器。
3、 根据权利要求1所述的方法其特征在于所述乳与所述0 -半乳糖苷酶的添加比例为重量比100:(0.05-1)。
4、 根据权利要求1-3任意一项的方法，其特征在于所述乳经过所述固定化酶反应器的条件为39士rC，酶解2-4小时。
5、 根据权利要求4的方法，其特征在于进一步包括如下步骤(1) 原料乳验收、离心净乳、标准化；(2) 脱脂去除稀奶油，得到脱脂奶；(3) 将脱脂奶冷却至39土rC通过固定化酶反应器，保持此温度酶解2-4小时；(勺混合配料往脱脂奶中回添入脱脂步骤中产生的稀奶油；(5) 减压脱气(65°C， 210Pa);(6) 均质；(7) 巴氏灭菌或超高温灭菌；C8)冷却后无菌灌装；(9)入库。
6、 根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述步骤(2)和所述步骤(3)之间将脱脂奶经过巴氏杀菌。
7、 根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述步骤(6)为高压均质，均 质条件为70°C， 18MP。
8、 一种含有天然低聚半乳糖的乳制品，根据权利要求1-7任一所述的方法生产。
全文摘要
本发明提供了一种含有天然低聚半乳糖的乳制品及其生产方法，该方法将乳通过能产生低聚半乳糖的固定化酶，其中，固定化酶是固定化β-半乳糖苷酶，采用固定化技术将酶与固体材料海藻糖、纤维素、葡聚糖、琼脂糖或高分子聚合物相结合，构成固定化酶反应器。乳与β-半乳糖苷酶的添加比例为重量比100∶(0.05-1)。本发明的方法能将酶作用后的乳制品中大约60-70％的乳糖转化为葡萄糖和半乳糖，至少5-10％的乳糖通过转糖基反应生成低聚半乳糖。利用本发明的方法生产的产品乳糖转化率高，安全、可靠，应用前景广阔。
文档编号A23C9/15GK101390539SQ20081017735
公开日2009年3月25日 申请日期2008年11月18日 优先权日2008年11月18日
发明者勇 张, 张少辉, 贾少婷 申请人:内蒙古蒙牛乳业(集团)股份有限公司