专利名称：一种用改性微孔滤膜分离提纯牛奶酪蛋白的方法
技术领域：
本发明涉及一种用改性微孔滤膜分离提纯牛奶酪蛋白的方法，属于生物化工技术 领域。
背景技术：
酪蛋白是一种重要的食品、生物制品及化工原料，以它为主要成分的干酪素可作 为食品添加剂或品质改良剂用于各类食品加工，也是皮革、轻纺、造纸、涂料等产品生产过 程中的添加剂，国内外市场对干酪素的需求量较大，发展前景广阔。酪蛋白的提纯，国内大多采用鲜牛乳为原料，通过加酸(调节PH值到4.8)或凝 乳酶，使酪蛋白沉淀，获得粗干酪，或是将牛乳经乳酸发酵，使酪蛋白凝固，制成粗奶酪，再 经精加工提纯。加酸或凝乳酶生产的干酪素会打乱乳蛋白质原始的天然状态，酪蛋白的性能会或 多或少受到损伤，同时，酪蛋白提取后，牛乳内含酸或含酶，不利于其他成分的回收利用。而 乳酸发酵法受到菌类活性、分布均勻性等条件的制约，发酵均勻性难以掌握，工艺参数不易 调节。同时，对环境卫生条件要求很高，否则粗奶酪容易氧化酸败，杂质多。以上传统酪蛋 白的提纯弊端直接影响干酪素的色泽、气味及杂质等，使其在使用、价格、对外出口等方面 受到很大限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种用改性微孔滤膜对牛奶酪蛋白分离提纯的方法，以解决 酪蛋白性能易受到损伤，牛奶中剩余成分难回收利用，工艺参数不易调节，对环境卫生条件 要求高的问题。为了达到上述目的，本发明提供了一种用改性微孔滤膜分离提纯牛奶酪蛋白的方 法，其特征在于，具体步骤为
第一步、用去离子水清洗聚偏氟乙烯微孔滤膜，然后将其浸于体积百分浓度为50-90% 的乙醇溶液中浸泡12-36hr，再将其浸入去离子水中；
第二步、将氢氧化钾和高锰酸钾用水溶解，加入四丁基溴化铵，得到氢氧化钾/高锰酸 钾溶液，所述溶液中氢氧化钾的重量百分比浓度为10-50%，高锰酸钾的重量百分比浓度为 1-5%，四丁基溴化铵的浓度为2000mg/l-5000mg/l，将第一步处理后的聚偏氟乙烯微孔滤膜 浸入上述氢氧化钾/高锰酸钾溶液中，在20-60° C恒温水浴中反应IO-SOmin ；
第三步、将第二步处理后的聚偏氟乙烯微孔滤膜浸入亚硫酸氢钠溶液中，去除表面的 高锰酸钾和氢氧化钾，用去离子水清洗，烘干；其中，所述的亚硫酸氢钠溶液由硫酸、亚硫酸 氢钠以及水组成，硫酸的体积百分比浓度为1_3%，亚硫酸氢钠的重量百分比浓度为1-3%;
第四步、将第三步处理后的聚偏氟乙烯微孔滤膜浸入体积百分比浓度为5-20%的甘油 溶液当中，在常温下反应5-20min，用去离子水清洗，烘干，得到经亲水化表面改性的聚偏氟 乙烯微孔滤膜；第五步、将第四步得到的经亲水化表面改性的聚偏氟乙烯微孔滤膜在20-55° C、 0. 05-0. 25MPa的条件下用去离子水预压35-40min，使膜通量达到稳定；
第六步、将牛奶离心处理以脱去脂肪，然后用第五步处理后的聚偏氟乙烯微孔滤膜对 脱脂牛奶进行分离提纯。与现有技术相比，本发明的优点如下
(1)提纯过程是物理提纯浓缩过程，其主要成分的性能不会被破坏，得到的酪蛋白纯 度较高；
(2)膜提纯后自然分成浓缩液和透过液，更适合乳清蛋白和乳糖提纯；
(3)浓缩液可直接加工成食用的干酪素或食用奶酪；
(4)工艺流程操作简单，综合操作成本低。
具体实施例方式下面结合实施例来具体说明本发明。实施例1-5中的牛奶为市面上购买的光明脱 脂奶；聚偏氟乙烯微孔滤膜购自上海半岛实业有限公司净化器材厂；无水乙醇购自上海波 尔化学试剂有限公司；高锰酸钾购自上海试剂一厂；氢氧化钾购自国药集团化学试剂有限 公司；亚硫酸氢钠、98%浓硫酸，购自平湖化工试剂厂；甘油购自上海化学试剂公司；以上所 有试剂均为分析纯(含量> 99. 5%)，水为去离子水。实施例1
(1)对聚偏氟乙烯疏水膜进行亲水化改性
①将聚偏氟乙烯微孔滤膜用去离子水清洗10次，然后浸于70%的乙醇溶液中浸泡 24hr，再将其浸入去离子水中；
②配制含高锰酸钾的氢氧化钾溶液，氢氧化钾的重量百分比浓度为20%，高锰酸钾的重 量百分比浓度为3%，四丁基溴化铵的浓度为3000mg/l。将预处理的聚偏氟乙烯微孔滤膜浸 入已经配好的氢氧化钾/高锰酸钾溶液中，在恒温水浴50° C下反应，反应时间40min ；
③配置含硫酸的亚硫酸氢钠溶液，硫酸的体积百分比为1%，亚硫酸氢钠的浓度为3%。 将已处理过的聚偏氟乙烯微孔滤膜迅速浸入含硫酸的亚硫酸氢钠中，去除表面的高锰酸钾 和氢氧化钾，并用去离子水清洗10次，烘干；
④将经过上述反应的聚偏氟乙烯微孔滤膜浸入体积百分比为10%的甘油溶液当中，在 常温下反应15min，反应后用去离子水清洗10次，烘干，从而制成经亲水化表面改性的聚偏 氟乙烯微孔滤膜。(2)利用膜分离技术对牛奶酪蛋白进行分离提纯
牛奶离心处理，脱去脂肪，将亲水化改性膜在30° C下，在0. IMPa压力下用去离子水 预压35min，使膜通量达到稳定，然后注入脱脂牛奶进行分离提纯。分别对聚偏氟乙烯微孔 滤膜的亲水性、污染率、膜通量、酪蛋白截留率以及过滤后酪蛋白的纯度测试如下 ①利用接触角的大小来表征聚偏氟乙烯膜的亲水性，测试方法为 采用上海中晨数字技术设备有限公司的JC 2000A接触角测量仪，将聚偏氟乙烯膜片 用双面胶带平整地贴于试样台上，将液滴用液体微量进样器滴在膜表面，迅速冻结图像，经 电脑拟合计算出样品的静态接触角。每个样品至少测8次，去除最大值和最小值后，测其平 均值。结果见表1。
②测试提纯前后膜的污染率和膜通量，具体方法为
采用华东理工大学化学工程研究院所研制的膜评价装置，将膜片剪成直径为65mm的 圆形平板膜试样，测得上述压力下膜污染前的水流量，计算出水通量JtlOVm2 ·!!!·)。然后注 入脱脂牛奶进行浓缩过滤，30min后洗净膜评价装置，重新通入去离子水，并测得污染后的 水通量J1 (L/m2 · hr)，以过滤牛奶前后膜的水通量之比为量度，计算膜的污染率(F)。F=I-J1AJ0
膜通量(Jw)以单位膜面积、单位时间透过液流量为量度 Jw = V/SJ
其中，V为透过液总体积(L)，Sffl为有效膜面积(m2)，t为过滤时间(hr)。膜的污染率和膜通量测试结果见表2。③酪蛋白截留率的测试方法为
将酪蛋白透过液在水浴温度40° C时逐步滴加浓度为10%的乙酸溶液，观察静置后有 无白色沉淀生成。④微滤后酪蛋白的纯度是衡量微滤膜过滤效果的主要依据之一。酪蛋白纯度的测 试方法为标准曲线法，具体如下
标准曲线的绘制，分别量取10mg/ml的标准蛋白溶液0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 ml于6 支试管中，分别加0. 05mol/l氢氧化钾溶液至5ml，然后各加入5ml双缩脲试剂，振荡摇勻， 室温下显色15min后，以第一支试管中溶液为空白对照液，在540nm的波长下，用可见光分 光光度计测定吸光度。以蛋白质的含量为横坐标，吸光度为纵坐标绘制标准曲线。将从牛奶中分离的酪蛋白浓缩液用喷雾干燥仪干燥得到酪蛋白粉，配置成IOmg/ ml的溶液，在与测定标准曲线的相同条件下，测定其吸光度。由标准曲线计算纯酪蛋白的浓 度，与实际浓度比较计算得酪蛋白的纯度。膜过滤后，酪蛋白截留率和酪蛋白纯度的测试结果见表3。实施例2
(1)对聚偏氟乙烯疏水膜进行亲水化改性
①将聚偏氟乙烯微孔滤膜用去离子水清洗10次，然后浸于70%的乙醇溶液中浸泡 24hr，再将其浸入去离子水中；
②配制含高锰酸钾的氢氧化钾溶液，氢氧化钾的重量百分比浓度为30%，高锰酸钾的重 量百分比浓度为2%，四丁基溴化铵的浓度为5000mg/l。将预处理的聚偏氟乙烯微孔滤膜浸 入已配好的氢氧化钾/高锰酸钾溶液中，在恒温水浴60° C下反应，反应时间60min ；
③配置含硫酸的亚硫酸氢钠溶液，硫酸的体积百分比为2%，亚硫酸氢钠的浓度为2%。 将已处理过的聚偏氟乙烯微孔滤膜迅速浸入含硫酸的亚硫酸氢钠中，去除表面的高锰酸钾 和氢氧化钾，并用去离子水清洗10次，烘干；
④将经过上述反应的聚偏氟乙烯微孔滤膜浸入体积百分比为15%的甘油溶液当中，在 常温下反应lOmin，反应后用去离子水清洗10次，烘干，从而制成经亲水化表面改性的聚偏 氟乙烯微孔滤膜。(2)利用膜分离技术对牛奶酪蛋白进行分离提纯
牛奶离心处理，脱去脂肪，将亲水化改性膜在40° C下，在0. 15MPa压力下用去离子水 预压40min，使膜通量达到稳定，然后注入脱脂牛奶进行分离提纯。
改性膜的接触角测试见表1。膜的污染率和膜通量测试结果见表2。膜过滤后，酪蛋白截留率和酪蛋白纯度的测试结果见表3。实施例3
(1)对聚偏氟乙烯疏水膜进行亲水化改性
①将聚偏氟乙烯微孔滤膜用去离子水清洗10次，然后浸于70%的乙醇溶液中浸泡 24hr，再将其浸入去离子水中；
②配制含高锰酸钾的氢氧化钾溶液，氢氧化钾的重量百分比浓度为40%，高锰酸钾的重 量百分比浓度为1%，四丁基溴化铵的浓度为4000mg/l。将预处理的聚偏氟乙烯微孔滤膜浸 入已配好的氢氧化钾/高锰酸钾溶液中，在恒温水浴40° C下反应，反应时间50min ；
③配置含硫酸的亚硫酸氢钠溶液，硫酸的体积百分比为2.5%，亚硫酸氢钠的浓度为 3%。将已处理过的聚偏氟乙烯微孔滤膜迅速浸入含硫酸的亚硫酸氢钠中，去除表面的高锰 酸钾和氢氧化钾，并用去离子水清洗10次，烘干；
④将经过上述反应的聚偏氟乙烯微孔滤膜浸入体积百分比为20%的甘油溶液当中，在 常温下反应20min，反应后用去离子水清洗10次，烘干，从而制成经亲水化表面改性的聚偏 氟乙烯微孔滤膜。(2)利用膜分离技术对牛奶酪蛋白进行分离提纯
牛奶离心处理，脱去脂肪，将亲水化改性膜在50° C下，在0.2MPa压力下用去离子水 预压38min，使膜通量达到稳定，然后注入脱脂牛奶进行分离提纯。改性膜的接触角测试见表1。膜的污染率和膜通量测试结果见表2。膜过滤后，酪蛋白截留率和酪蛋白纯度的测试结果见表3。实施例4
(1)对聚偏氟乙烯疏水膜进行亲水化改性
①将聚偏氟乙烯微孔滤膜用去离子水清洗10次，然后浸于50%的乙醇溶液中浸泡 12hr，再将其浸入去离子水中；
②配制含高锰酸钾的氢氧化钾溶液，氢氧化钾的重量百分比浓度为10%，高锰酸钾的重 量百分比浓度为1%，四丁基溴化铵的浓度为2000mg/l。将预处理的聚偏氟乙烯微孔滤膜浸 入已配好的氢氧化钾/高锰酸钾溶液中，在恒温水浴20C下反应，反应时间IOmin ；
③配置含硫酸的亚硫酸氢钠溶液，硫酸的体积百分比为1%，亚硫酸氢钠的浓度为1%。 将已处理过的聚偏氟乙烯微孔滤膜迅速浸入含硫酸的亚硫酸氢钠中，去除表面的高锰酸钾 和氢氧化钾，并用去离子水清洗10次，烘干；
④将经过上述反应的聚偏氟乙烯微孔滤膜浸入体积百分比为5%的甘油溶液当中，在 常温下反应5min，反应后用去离子水清洗10次，烘干，从而制成经亲水化表面改性的聚偏 氟乙烯微孔滤膜。(2)利用膜分离技术对牛奶酪蛋白进行分离提纯
牛奶离心处理，脱去脂肪，将亲水化改性膜在20° C下，在0.05MPa压力下用去离子水 预压35min，使膜通量达到稳定，然后注入脱脂牛奶进行分离提纯。改性膜的接触角测试见表1。
膜的污染率和膜通量测试结果见表2。膜过滤后，酪蛋白截留率和酪蛋白纯度的测试结果见表3。实施例5
(1)对聚偏氟乙烯疏水膜进行亲水化改性
①将聚偏氟乙烯微孔滤膜用去离子水清洗10次，然后浸于90%的乙醇溶液中浸泡 36hr，再将其浸入去离子水中；
②配制含高锰酸钾的氢氧化钾溶液，氢氧化钾的重量百分比浓度为50%，高锰酸钾的重 量百分比浓度为5%，四丁基溴化铵的浓度为3500mg/l。将预处理的聚偏氟乙烯微孔滤膜浸 入已配好的氢氧化钾/高锰酸钾溶液中，在恒温水浴60° C下反应，反应时间80min ；
③配置含硫酸的亚硫酸氢钠溶液，硫酸的体积百分比为3%，亚硫酸氢钠的浓度为3%。 将已处理过的聚偏氟乙烯微孔滤膜迅速浸入含硫酸的亚硫酸氢钠中，去除表面的高锰酸钾 和氢氧化钾，并用去离子水清洗10次，烘干；
④将经过上述反应的聚偏氟乙烯微孔滤膜浸入体积百分比为20%的甘油溶液当中，在 常温下反应20min，反应后用去离子水清洗10次，烘干，从而制成经亲水化表面改性的聚偏 氟乙烯微孔滤膜。(2)利用膜分离技术对牛奶酪蛋白进行分离提纯
牛奶离心处理，脱去脂肪，将亲水化改性膜在55° C下，在0.25MPa压力下用去离子水 预压40min，使膜通量达到稳定，然后注入脱脂牛奶进行分离提纯。改性膜的接触角测试见表1。膜的污染率和膜通量测试结果见表2。膜过滤后，酪蛋白截留率和酪蛋白纯度的测试结果见表3。表 1
由测试结果可以说明聚偏氟乙烯膜改性后接触角从123.9°降低到平均值为 43. 3°，亲水性都得到了较好的改善，并随放置时间的延长，当放置时间为60天时，接触角 从平均值43. 3°上升到平均值53. 2°，仅提高9. 9°，说明聚偏氟乙烯膜改性后亲水性具 有较好的持久性。
表 2
由表2结果可见改性膜提纯后膜的污染率平均值为34. 2%，较未改性膜降低27. 8%， 膜通量得到了提高，特别是提纯IOmin至60min后，膜通量较未改性膜有较大的改善，提纯 IOmin后，膜通量平均值为9. 10L/m2 · hr，提纯60min后，膜通量平均值为6. 98L/m2 · hr。因此，改性膜在牛奶酪蛋白的分离提纯过程中，膜的亲水性和膜通量都得到了较 好的改善。表3
可见，利用改性微滤膜对酪蛋白进行分离提纯，对酪蛋白的截留率高，均为100% ；得到 酪蛋白的纯度平均值为85. 76%，较未改性膜有较大的改善。未改性膜在提纯后期，膜孔堵塞 严重，膜表面形成凝胶层，截留了水化粒径较小的乳清蛋白和乳糖分子，因此使得到的酪蛋 白纯度较低。
权利要求
一种用改性微孔滤膜分离提纯牛奶酪蛋白的方法，其特征在于，具体步骤为第一步、用去离子水清洗聚偏氟乙烯微孔滤膜，然后将其浸于体积百分浓度为50 90%的乙醇溶液中浸泡12 36hr，再将其浸入去离子水中；第二步、将氢氧化钾和高锰酸钾用水溶解，加入四丁基溴化铵，得到氢氧化钾/高锰酸钾溶液，所述溶液中氢氧化钾的重量百分比浓度为10 50%，高锰酸钾的重量百分比浓度为1 5%，四丁基溴化铵的浓度为2000mg/l 5000mg/l，将第一步处理后的聚偏氟乙烯微孔滤膜浸入上述氢氧化钾/高锰酸钾溶液中，在20 60°C恒温水浴中反应10 80min；第三步、将第二步处理后的聚偏氟乙烯微孔滤膜浸入亚硫酸氢钠溶液中，去除表面的高锰酸钾和氢氧化钾，用去离子水清洗，烘干；其中，所述的亚硫酸氢钠溶液由硫酸、亚硫酸氢钠以及水组成，硫酸的体积百分比浓度为1 3%，亚硫酸氢钠的重量百分比浓度为1 3%；第四步、将第三步处理后的聚偏氟乙烯微孔滤膜浸入体积百分比浓度为5 20%的甘油溶液当中，在常温下反应5 20min，用去离子水清洗，烘干，得到经亲水化表面改性的聚偏氟乙烯微孔滤膜；第五步、将第四步得到的经亲水化表面改性的聚偏氟乙烯微孔滤膜在20 55°C、0.05 0.25MPa的条件下用去离子水预压35 40min，使膜通量达到稳定；第六步、将牛奶离心处理以脱去脂肪，然后用第五步处理后的聚偏氟乙烯微孔滤膜对脱脂牛奶进行分离提纯。
全文摘要
本发明提供了一种用改性微孔滤膜分离提纯牛奶酪蛋白的方法，其特征在于，具体步骤为将聚偏氟乙烯微孔滤膜浸入氢氧化钾/高锰酸钾溶液中，恒温反应，浸入亚硫酸氢钠溶液中，去除表面的高锰酸钾和氢氧化钾；浸入的甘油溶液当中，在常温下反应；将得到的经亲水化表面改性的聚偏氟乙烯微孔滤膜用去离子水预压，使膜通量达到稳定；将牛奶离心处理以脱去脂肪，然后用聚偏氟乙烯微孔滤膜对脱脂牛奶进行分离提纯。本发明的优点是酪蛋白纯度较高、工艺流程操作简单，综合操作成本低。
文档编号A23J3/10GK101912733SQ201010265039
公开日2010年12月15日 申请日期2010年8月30日 优先权日2010年8月30日
发明者俞建勇, 高晶, 黎聪 申请人:东华大学