使用正渗透制备高固体和高蛋白无乳糖无菌乳浓缩物和奶粉的制作方法

使用正渗透制备高固体和高蛋白无乳糖无菌乳浓缩物和奶粉
1.对相关申请的引用
2.本技术于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19日提交的美国临时专利申请号62/950,161的优先权，该临时申请的公开内容通过引用整体结合于此。
发明领域
3.本发明一般涉及浓缩乳组合物，并且更特别地涉及正渗透技术用于制备高固体乳组合物和干燥或粉末乳组合物的用途。
4.发明背景
5.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用于分级或浓缩，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。
6.发明概述
7.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。
8.与本发明的实施方案相一致，公开了用于制备无菌乳组合物的方法。该方法可以包括(a)使乳制品经受正渗透以形成具有至少约35重量％的固体的乳浓缩物，以及(b)热处理乳浓缩物以形成无菌乳组合物。通常，乳浓缩物在步骤(a)后可以具有约35至约60重量％的固体，并且更经常地约40至约50重量％的固体，并且步骤(b)可以包括使用间接加热、直接蒸汽喷射或直接蒸汽注入进行的uht灭菌。
9.有利地并且出乎意料地，正渗透步骤可以从乳制品中移除超过50％的水，并且在一些情况下从乳制品中移除高达70-80％的水，导致乳浓缩物的固体含量比使用反渗透可以实现的固体含量高得多。随后，可以将浓缩物干燥以形成干燥奶粉组合物。
10.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。
11.定义
12.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
nd ed(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。
13.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。
14.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”。
15.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”的公开意指涵盖一种成分，或者一种以上成分的混合物或组合。
16.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或添加。例如，可以通过掺合或混合来组合组分。
[0017]“乳糖级分”意指涵盖富含乳糖或其任何衍生物的乳(奶)组分级分，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，除非另有指明，否则该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。
[0018]
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。
[0019]
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，本技术公开了乳制品在某些实施方案中可以具有约3至约10重量％的蛋白质。通过公开乳制品的蛋白质含量可以在约3至约10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3、约4、约5、约6、约7、约8、约9或约10重量％。另外，乳制品可以含有在约3至约10重量％(例如，约3至约6重量％)的任何范围内的蛋白质量，并且这还包括约3至约10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3至约10重量％的蛋白质含量的公开也公开了3至10重量％(例如，3至6重量％)的蛋白质含量，并且这还包括3至10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。
[0020]
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。
[0021]
发明详述
[0022]
本文公开和描述了用于制备高固体无菌乳组合物的方法。这样的方法可以利用正渗透步骤来生产高固体乳浓缩物，随后是热处理步骤以形成高固体无菌乳组合物。任选地，乳组合物可以被干燥以形成干燥乳组合物(在本文中也称为奶粉组合物)。
[0023]
正渗透(fo)是低压膜法，其中水转移的驱动力是水穿过半透膜的活度。水转移穿过半透膜从进料侧(低浓度离子或低渗透压)到汲取液侧(高浓度离子或高渗透压)，直到两侧之间的渗透压差接近于零。相对于反渗透，正渗透的优点很多。正渗透使用低操作压力，这降低了能耗。与热蒸发过程相比，正渗透在较低的温度(例如，环境温度或更低)下进行，因此这可以防止可能导致变色、异味和变味的奶组分的质量劣变。另外，与其他过滤技术相比，正渗透的产品回收率更高，使得环境影响更小。与其他过滤技术(特别是反渗透)相比，正渗透中的污垢量低得多并且是可逆的，从而节省了膜清洁和更换的成本和时间。
[0024]
有利地并且出乎意料地，乳起始材料可以有效地浓缩物到比使用反渗透可以实现的固体含量高得多的固体含量。由于所得产品具有高固体含量，运输成本得以降低。并且最后，正渗透模块的尺寸比反渗透和蒸发单元更小。
[0025]
在本文中，公开了正渗透方法的几个实例，其中反渗透步骤被正渗透步骤代替以浓缩可以通过奶组分的分级获得的流。首先，生奶可以进行脂肪分离，得到奶油和脱脂奶。然后，脱脂奶可以进行超滤以产生超滤渗余物和超滤渗透物。然后，可以对超滤渗透物进行纳滤，并且然后使纳滤渗透物经受正渗透以浓缩矿物质。水通过聚合物膜扩散到汲取液(例如，65％乳酸钾、盐水等)，而矿物质集中在膜的另一侧。稀释的汲取液中的水可以通过反渗透或热蒸发移除。回收的汲取液可以再循环以备将来使用。乳制品中的矿物质含量通常可以变为两倍、三倍、四倍等。
[0026]
在其他实例中，超滤渗余物和渗透物可以通过正渗透浓缩至30-50重量％的固体，以提高操作和运输的效率。浓缩的超滤渗余物的特征可以在于高度浓缩的乳蛋白质浓缩物。纳滤渗余物可以从少于15重量％的固体浓缩至50重量％的固体或更多，以制得高度浓缩的乳糖产品。此外，与本文公开的方法相一致，脱脂奶可以通过正渗透浓缩至高达48-50重量％的固体，然后喷雾干燥至95-97重量％的固体。
[0027]
根据本发明的实施方案，用于制备无菌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)：(a)使乳制品经受正渗透以形成具有至少约35重量％的固体的乳浓缩物，以及(b)热处理乳浓缩物以形成无菌乳组合物。通常，在本文中独立地描述了这些方法的特征(例如，乳制品的特性、乳浓缩物的特性、无菌乳组合物的特性、热处理条件和固体含量等)，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无菌乳组合物(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。
[0028]
过滤技术(例如，超滤、纳滤、正渗透等)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。浓缩/分离通常可以基于分子尺寸。被膜保留的流被称为渗余物(或浓缩物)。
[0029]
步骤(a)中的乳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，所述方法还可以包括将生奶或鲜奶(全脂奶)分离(例如，离心分离)成乳制品(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。
[0030]
生奶本身或在巴氏杀菌后可以通过正渗透进行浓缩以制备无菌全脂乳浓缩物或奶粉。粉末制造期间的正渗透过程省去了通过真空下的热蒸发来浓缩奶的步骤，因为正渗透可以匹配通过热蒸发获得的奶固体的浓度。在将奶喷雾干燥成奶粉之前组合使用奶的反渗透和热蒸发以浓缩奶可以降低能源成本并且提高奶粉质量。然而，正渗透可以省去奶粉制造期间的反渗透和热蒸发步骤，这可以进一步降低能源成本并且提高奶粉质量。在热蒸发期间，鲜奶的一些挥发物因真空下的热量冷凝而损失掉。由于在正渗透处理期间不需要热量或真空，所以鲜奶挥发物将保留在通过使用正渗透最终获得的粉末中。
[0031]
可以在本文公开的方法中使用的(奶基)乳制品的代表性和非限制性实例可以包括全脂奶、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、微滤奶或高蛋白无乳糖脱脂奶等。
[0032]
虽然不限于此，但是乳制品可以具有约1至约15重量％或约3至约10重量％的蛋白质含量。在一些实施方案中，乳制品可以具有约2至约8重量％、诸如约3至约6重量％蛋白质的蛋白质含量。另外地或备选地，乳制品可以具有约0.05至约10重量％或约0.1至约5重量％脂肪的脂肪含量。另外地或备选地，乳制品可以具有约0.5至约2重量％、约0.5至约1.5重量％或约0.5至约1重量％矿物质的矿物质含量。另外地或备选地，乳制品可以具有小于或等于约6重量％或小于或等于约4重量％的乳糖含量，并且在一些实施方案中小于或等于约1重量％或小于或等于约0.1重量％乳糖的乳糖含量。
[0033]
在正渗透之前，乳制品的典型固体含量可以在约5至约15重量％的固体或约6至约12重量％的范围内。在一些实施方案中，乳制品的固体含量可以在约7至约10重量％或约8至约10重量％的固体的范围内。
[0034]
与本发明相一致的乳制品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8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6重量％的乳糖。与本发明相一致的乳制品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8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6重量％的乳糖。此外，与本发明相一致的乳制品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8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6重量％的乳糖。此外，与本发明相一致的乳制品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8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6重量％的乳糖。
[0035]
任选地，所公开的方法还可以包括以下步骤：在步骤(a)之前用乳糖酶处理(组合)乳制品，以形成具有小于0.1重量％的乳糖并且在一些情况下小于0.05重量％的乳糖或小于0.01重量％的乳糖的乳制品。因此，在正渗透之前，可以将乳制品与乳糖酶组合以形成无乳糖乳制品。备选地，在正渗透步骤(a)之后，但是在步骤(b)中的热处理之前，可以用乳糖
酶处理乳浓缩物，或者在步骤(b)之后，可以用乳糖酶处理无菌乳组合物。在超高温热处理后，可以通过使用无菌投配系统将乳糖酶投配到无菌乳组合物中。通常，使用乳糖酶的处理在正渗透步骤之前进行。
[0036]
在步骤(a)中，乳制品可以经受正渗透步骤以产生乳浓缩物，其通常具有至少35重量％的固体。此外，可以在正渗透步骤中从乳制品中移除水以形成稀释的汲取液。正渗透通常在比标准反渗透低得多的压力下进行(并且使用更少的能量)，并且利用半渗透膜系统，该半渗透膜系统具有的孔径使得水通过，而其他物质(例如，蛋白质、脂肪、乳糖或其他糖以及矿物质)不通过。操作压力通常小于或等于约75psig、小于或等于约60psig、小于或等于约45psig、小于或等于约30psig或小于或等于约15psig。正渗透步骤的操作压力的示例性和非限制性范围包括约0psig(大气压)至约75psig、约0psig至约45psig、约1psig至约60psig、约1psig至约30psig、约1psig至约15psig、约10psig至约75psig、约15至约60psig等。
[0037]
虽然不限于此，但是正渗透步骤可以在以下范围内的温度下进行：约5至约50℃；备选地，约10至约40℃；备选地，约8至约25℃；备选地，约8至约20℃；或备选地，约5至约15℃。此外，不限于此，正渗透膜系统的截留分子量远小于100da，并且因此可以在正渗透过程中浓缩除水以外的组分(例如，矿物质)。通常，正渗透包括孔径小于或等于约0.001μm的膜系统。
[0038]
与反渗透相比，与本发明的实施方案相一致的正渗透步骤可以有效地实现更高的固体含量和更高的矿物质含量。另外，与反渗透相比，正渗透期间的污垢更少，并且污垢可以容易地移除，使得膜清洗和更换的成本更低并且停机时间更少。此外，正渗透系统的尺寸和占用空间通常小于反渗透系统，因此可以在狭小或拥挤的空间中进行改造。
[0039]
具有比通过半透膜从中抽出水的溶液更高的溶质或离子浓度的任何合适的汲取液都可以用于正渗透步骤。通常，可以使用含有高浓度一价离子的溶液，诸如钠、钾、氯等，以及它们的组合。另外地或备选地，汲取液可以含有高浓度的任何合适的糖，其代表性实例可以包括蔗糖、葡萄糖、半乳糖、乳糖、果糖、麦芽糖等，以及它们的组合。在一些实施方案中，汲取液可以包含乳酸钾等，而在其他实施方案中，正渗透汲取液可以包含浓缩乳矿物质。例如，正渗透汲取液可以包含约5至约60重量％的乳矿物质；备选地，约10至约50重量％的乳矿物质；备选地，约18至约32重量％的乳矿物质；备选地，约0.3至约5重量％的乳矿物质；备选地，约0.3至约3重量％的乳矿物质；或备选地，约0.4至约1.5重量％的乳矿物质。正渗透汲取液可以包含，在一个实施方案中ro渗余物级分，在另一个实施方案中uf渗透物级分的nf渗透物级分，或者ro渗余物级分和nf渗透物级分的混合物或组合。在另一个实施方案中，例如，汲取液可以是使用反渗透制备或使用正渗透制备的矿物质浓缩物。在另一个实施方案中，汲取液可以是ro矿物质浓缩物和uf渗透物级分的nf渗透物级分或浓缩nf渗透物级分的混合物。在又一个实施方案中，汲取液可以是uf渗透物级分的水解nf渗余物级分，任选地浓缩至更高的固体含量。
[0040]
进料流(例如，乳制品)和汲取液之间的浓度差用于将水从进料流中移除。通常，当在两种溶液之间存在半透膜或屏障(例如，聚合物膜)时，正渗透通过渗透压将水从较低浓度溶液(进料侧)移至较高浓度溶液(汲取液)。因此，进料流(例如，乳制品)的固体、矿物质和其他非水组分在正渗透中被浓缩，得到本文所述的乳浓缩物。
[0041]
在步骤(a)中，使乳制品经受正渗透可以形成乳浓缩物和稀释的汲取液。任选地，由正渗透产生的稀释的汲取液可以经历从稀释的汲取液中移除至少一部分水以形成汲取液的步骤。汲取液可以在正渗透步骤中重复使用。在一个实施方案中，从稀释的汲取液中移除至少一部分水可以包括使稀释的汲取液经受反渗透。反渗透是精细的过滤过程或浓缩过程，其中除了通过反渗透膜的水以外，基本上所有组分都被保留(渗余物)。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。
[0042]
备选地，从稀释的汲取液中移除至少一部分水可以包括使稀释的汲取液进行蒸发。虽然不限于此，但是通常采用高于50℃的温度，以及低于大气压的压力。无论是蒸发还是反渗透，所得的水级分基本上不含有所有的奶组分和汲取液组分(其来自正渗透)。因此，水级分可以是基本上所有的水，例如至少约99重量％的水、至少约99.5重量％的水或至少约99.8重量％的水。
[0043]
有利地，正渗透后的乳浓缩物(或无菌乳组合物)可以具有重量％固体含量，其出乎意料地大于使用反渗透可以实现的重量％固体含量。乳浓缩物(或无菌乳组合物)可以具有至少约35重量％的固体、至少约37重量％的固体、至少约38重量％的固体、至少约40重量％的固体或至少约42重量％的固体，并且通常小于或等于约60重量％的固体、小于或等于约55重量％的固体、小于或等于约50重量％的固体或小于或等于约48重量％的固体。乳浓缩物(或无菌组合物)的固体含量的代表性和非限制性范围可以包括约35至约60重量％的固体、约35至约50重量％的固体、约35至约48重量％的固体、约38至约48重量％的固体、约40至约55重量％的固体、约40至约50重量％的固体、约42至约55重量％的固体等。
[0044]
出乎意料地，本文公开的正渗透步骤是非常有效的用于增加进入的乳制品进料流的固体含量(或蛋白质含量，或矿物质含量)的技术。至少约2、至少约3、至少约3.5、至少约4、至少约4.5和至少约5的浓集因数可以经由本文公开的正渗透步骤实现，并且通常浓集因数在特别的实施方案中可以高达约6、7、8、9或10。这些浓集因数适用于重量％固体基础以及重量％蛋白质和重量％矿物质基础。例如，使具有0.8重量％的矿物质、3.4重量％的蛋白质和9.2重量％的固体的乳制品经受正渗透从而得到具有3.6重量％的矿物质、17重量％的蛋白质和44重量％的固体的乳浓缩物(或无菌乳组合物)将转换为基于矿物质的4.5的浓集因数、基于蛋白质的5的浓集因数和基于固体的4.8的浓集因数。
[0045]
正渗透步骤可以导致乳制品的显著体积减少(例如，从其中移除水)。例如，乳浓缩物(或无菌乳组合物)的体积可以小于或等于乳制品体积的约60％；备选地，小于或等于乳制品体积的约50％；备选地，小于或等于乳制品体积的约40％；备选地，小于或等于乳制品体积的约30％；或备选地，小于或等于乳制品体积的约20-25％。如比较传统反渗透和正渗透的构造实施例所示(参见表vi)，与传统反渗透仅移除67％的水相比，正渗透可以从脱脂奶中移除87％的水。
[0046]
虽然不限于此，但是乳浓缩物(或无菌乳组合物)可以具有约12至约32重量％或约14至约28重量％的蛋白质含量。在一些实施方案中，乳浓缩物(或无菌乳组合物)可以具有约12至约20重量％或约20至约30重量％蛋白质的蛋白质含量。另外地或备选地，乳浓缩物
(或无菌乳组合物)可以具有约0.05至约10重量％或约0.1至约5重量％脂肪的脂肪含量。另外地或备选地，乳浓缩物(或无菌乳组合物)可以具有约2至约5重量％、约2.2至约4.8重量％或约2.5至约4.5重量％矿物质的矿物质含量。另外地或备选地，乳浓缩物(或无菌乳组合物)可以具有约2至约30重量％、诸如约5至约15重量％或约20至约30重量％碳水化合物的碳水化合物含量。
[0047]
如本文中讨论的，在正渗透之后，乳浓缩物(并且因此无菌乳组合物)可以具有非常高的固体含量，其通常落在约35-60重量％的范围。例如，在一个实施方案中，乳浓缩物(或无菌乳组合物)可以具有约38至约50重量％的固体含量，而在另一个实施方案中，乳浓缩物(或无菌乳组合物)可以具有约40至约55重量％的固体含量。
[0048]
乳浓缩物(和无菌乳组合物)的矿物质含量经由正渗透显著增加。对于乳浓缩物(或无菌乳组合物)中的特定矿物质，钠含量可以在按重量计约800至约2000ppm(或约1000至约1800ppm)的范围内，而钾含量可以在约5000至约9500ppm(或约6000至约9000ppm)的范围内，并且钙含量可以在约3000至约8000ppm(或约4000至约7000ppm)的范围内。
[0049]
在本文公开的方法的步骤(b)中，可以对乳浓缩物进行热处理以形成无菌乳组合物。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小于1分钟至约15分钟、诸如约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uht灭菌达在约0.05至约1秒的时间段，例如约150℃至约155℃达在约0.08至约0.2秒的范围内的时间段。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。
[0050]
典型的uht灭菌技术包括间接加热、直接蒸汽喷射、直接蒸汽注入等。对于间接加热，乳浓缩物不与热源或加热介质直接接触，例如像热交换器一样。由于传热限制，间接加热需要更长的灭菌时间。有利地，在本发明的一些方面中，使用直接uht灭菌对乳浓缩物进行热处理。在直接蒸汽喷射中，将高温蒸汽喷入含有乳浓缩物的管道或其他容器中，从而对乳浓缩物进行快速灭菌。直接蒸汽喷射通常连续地进行—乳浓缩物的连续流动与蒸汽的连续喷射相组合。在直接蒸汽注入中，将乳浓缩物喷洒到含有蒸汽的腔室中，从而对乳浓缩物进行快速且均匀的灭菌。与直接蒸汽喷射一样，直接蒸汽注入通常连续地进行。在热处理步骤之后，可以将无菌乳组合物冷却至任何合适的温度，诸如在约5℃至约40℃或约10℃至约30℃的范围内的温度。
[0051]
任选地，所公开的方法还可以包括将成分与无菌乳组合物组合的步骤。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。
[0052]
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，无菌乳组合物可以在大气压下在合适的容器(例如，罐、料仓等)中与一种成分(或多种成分)组合以形成一批成品乳组合物。作为另一个实例，无菌组合物和一种成分(或多种成分)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，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。用于组合无菌组合物和其他成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。
[0053]
在本发明的一些实施方案中，在热处理步骤之后，所述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)包装无菌乳组合物(具有或不具有另外的成分)的步骤。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。
[0054]
根据本发明的实施方案，公开了用于制备奶粉组合物的方法，并且这样的方法可以包括以下(或基本上由以下组成，或由以下组成)：(a)使乳制品经受正渗透以形成具有至少约35重量％的固体的乳浓缩物，(b)热处理乳浓缩物以形成无菌乳组合物，以及(c)将无菌乳组合物干燥以形成奶粉组合物(或干燥乳组合物)。根据任何公开的方法生产的任何奶粉组合物(例如，奶粉制品)在本发明的范围内并且涵盖在本文中。
[0055]
在这些方法中，步骤(c)中的干燥可以包括任何合适的干燥技术，诸如喷雾干燥。如果需要，这些方法还可以包括在干燥步骤之后速溶和/或附聚的步骤。
实施例
[0056]
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。
[0057]
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 15.10 c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 dairy products)，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(在本文中也称为矿物质含量)以重量％测定。
[0058]
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。通过电感耦合等离子体光谱法(aoac分析的官方方法，国际第8版，方法965.17和985.01)测定磷含量。
[0059]
实施例1
[0060]
实施例1总结了生产高蛋白乳浓缩物的实验。高蛋白无乳糖脱脂生奶通过膜过滤法(超滤、纳滤、反渗透)制备，在77℃巴氏杀菌15秒，然后收集在10-l预先灭菌的塑料袋中，并且在使用前储存在低于7℃。表i总结了高蛋白脱脂奶的组成，并且表ii总结了高蛋白脱脂奶中相应的ca、mg、na、k和p含量(按重量以ppm计)。在表i中，矿物质含量(以重量％计)与灰分含量(重量％)基本上相同，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。
[0061]
使用ederna micro-pilot装置(toulouse cedex 1，法国)，用含有高浓度乳酸钾的ederna汲取液对高蛋白脱脂奶进行正渗透。使用的膜是螺旋缠绕的三乙酸纤维膜(ederna，法国)。操作压力小于4巴，并且正渗透期间的温度保持在低于14℃。表i总结了高蛋白脱脂奶的正渗透(fo)浓缩物的所得组成，并且表ii总结了fo浓缩物中相应的ca、mg、na、k和p含量(按重量以ppm计)。将该高蛋白fo浓缩物在142℃灭菌4秒以制备无菌高蛋白组合物。
[0062]
有利地，蛋白质、矿物质和固体含量在使用正渗透步骤的情况下显著增加。如表i所示，高蛋白脱脂奶含有5.7重量％的蛋白质、0.78重量％的矿物质和9.2重量％的固体，并且fo浓缩物含有25.35重量％的蛋白质、3.9重量％的矿物质和39.7重量％的固体。这转换为出乎意料地高的浓集因数：基于蛋白质为4.4，基于矿物质为5，并且基于固体为4.3。另外，表ii中fo浓缩物的相应矿物质含量也显著增加：出乎意料地高的浓集因数：基于钙为5.2，基于钠为5.9，并且基于钾为5.3。
[0063]
实施例1中的fo浓缩物的固体含量为大约40重量％。使用相同的高蛋白脱脂奶起始材料，使用反渗透而不是正渗透的类似实验只能实现大约20-22重量％的固体。因此，出乎意料地，正渗透能够提供比反渗透高80-100％的浓度(高得多的固体含量、矿物质含量、蛋白质含量等)。
[0064]
实施例2
[0065]
实施例2总结了由正渗透浓缩物生产奶粉的实验。如实施例1中所描述的进行正渗透。如表iii所示，高蛋白无乳糖脱脂奶通过正渗透过程从9.2重量％的固体浓缩至26.8重量％的固体(基于蛋白质的浓集因数为2.9，基于矿物质的浓集因数为3，并且基于固体的浓集因数为2.9)，并且将该fo浓缩物温热至40℃，搅拌以获得均匀的混合物，然后喷雾干燥(干燥器的入口温度185℃；出口温度85-90℃；轮速25,000rpm；进料速度260ml/min)。表iv总结了相应的ca、mg、na、k和p含量(按重量以ppm计)。干燥的产品是自由流动的粉末，没有结块、异味或变色。产品的颜色为浅灰白色。粉袋底部存在少量褐色焦化颗粒，这最可能是归因于干燥过程期间奶/奶粉颗粒过热，通常是由于粘砂(burn-on)、雾化器区域和旋转阀中的摩擦效应、粘附于干燥器室壁和/或空气分配器周围的沉积导致。将高蛋白无乳糖脱脂奶粉储存在凉爽和黑暗的条件下，直到重构。重要地，在喷雾干燥之前，不使用热蒸发或相关技术来浓缩奶制品，仅使用正渗透。
[0066]
这种高蛋白无乳糖脱脂奶粉通过与水和奶油重新组合进行重构以产生高蛋白无乳糖奶，并且与商业流体高蛋白奶(对照)进行比较。组成是非常类似的。
[0067]
实施例3
[0068]
实施例3总结了由常规脱脂奶生产浓缩脱脂奶制品的实验。如实施例1中所描述的进行正渗透，不同之处在于温度为45℃。表v总结了常规脱脂奶和通过正渗透制备的高固体脱脂乳浓缩物的组成。有利地，蛋白质、矿物质和固体含量在使用正渗透步骤的情况下显著增加。如表v所示，脱脂奶含有3.36重量％的蛋白质、0.78重量％的矿物质和9.34重量％的固体，并且fo浓缩物含有16.1重量％的蛋白质、3.59重量％的矿物质和44.57重量％的固体。这转换为出乎意料地高的浓集因数：基于蛋白质为4.8，基于矿物质为4.6，并且基于固体为4.8。将该脱脂奶fo浓缩物在142℃使用直接uht灭菌4秒以制备无菌高固体组合物。随后，将高固体和高蛋白乳浓缩物干燥以获得高蛋白奶粉。
[0069]
实施例3中的fo浓缩物的固体含量为44-45重量％。使用相同的脱脂奶起始材料，使用反渗透而不是正渗透的类似实验只能实现大约20-22重量％的固体。因此，出乎意料地，正渗透能够提供比反渗透高100％的浓度(高得多的固体含量、矿物质含量、蛋白质含量等)。
[0070]
构造实施例4
[0071]
构造实施例4比较了如本文所述的使用正渗透与乳业中的传统反渗透相比可以从脱脂奶中移除的水的量。表vi总结了基于反渗透(浓集因数为2.55)和正渗透(浓集因数为4.94)的计算结果。不仅是正渗透的重量％固体几乎是反渗透的两倍，而且与传统反渗透仅移除67重量％的水相比，正渗透可以从脱脂奶中移除87重量％的水。
[0072]
表i.实施例1组合物的总结。
[0073][0074]
表ii.实施例1矿物质组分的总结。
[0075][0076]
表iii.实施例2组合物的总结。
[0077][0078]
表iv.实施例2矿物质组分的总结。
[0079][0080]
表v.实施例3组合物的总结。
[0081][0082]
表vi.构造实施例4的总结
[0083]