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,为了深入研究在膜分离过程中,矿物离子与牛奶中主要组分蛋白质之间的关系。本课题以单一蛋白质及纯乳清蛋白为原料液,通过加入不同的单一离子(钾、钙、钠、镁),考察了离子的存在于蛋白质结构形态变化以及分离性能的关系。研究表明几种多价金属离子可诱导蛋白质聚集,并且在较高的离子浓度的条件下容易产生金属胶体。而不同的离子(钠、钾、钙和镁)和蛋白质的混合实验也符合Hofmeister效应的描述。值得注意的是,在脱盐乳清及离子蛋白质溶液的超滤通量中均出现的一个特殊的最低点,即电导率约150μs/cm出现的低谷。这个现象符合了与膜表面污染的大颗粒相比,小颗粒更容易沉积在膜上的说法。在分离膜的耦合应用过程中可以酌情考虑离子去除过程在整个流程中的顺序以提高经济效率。