乳品厂加工废水的回收利用已经不仅仅局限在传统化学方法和单一膜技术的回收,多种技术的联合应用是未来食品产业的发展方向。尽管乳清蛋白的超滤、纳滤和反渗透系列设备已经在世界范围内不断推广使用,但是由于膜污染、膜清洗频率高、以及聚醚砜膜(PES)使用寿命短等因素大大提高了生产成本,也使得许多企业望而生却。因此采用有效的处理方法提高蛋白回收率,降低膜污染,延长膜操作时间降低膜生产成本对于膜技术的广泛推广具有重要的意义。本研究考察蛋白聚合酶催化乳清蛋白聚合后可以提高蛋白回收率、提高膜通量、降低膜污染的功能的基础上对酶进行PES膜表面共价固定化构建PES膜表面共价固定化酶膜反应器(EMR),采用膜污染模型、关系能分析、分形理论和塌缩理论分析乳清蛋白膜过滤污染机制,并且考察回收聚合蛋白的性质和利用情况。采用四种乳清蛋白聚合酶:酪氨酸酶、漆酶、过氧化物酶和转谷氨酰胺酶单独催化和复合催化聚合乳清蛋白耦联超滤,分析了蛋白聚合程度对乳清蛋白回收率、浓缩因子(VCF)的影响,发现单一聚合酶转谷氨酰胺酶和复合聚合酶和酪氨酸酶都具有较高的蛋白回收率。通过聚蛋白形状和膜阻力分析以及膜通量分析显示,转谷氨酰胺酶催化乳清蛋白聚合后呈现的棒状结构在膜表面形成的疏松饼层结构有助于提高膜通量降低膜总阻力。通过转谷氨酰胺酶在不同催化条件下的过滤研究发现当转谷氨酰胺酶催化蛋白的条件为p H5.0,温度40°C,时间为60 min以及酶活添加量为40 U/g蛋白,膜通量与对照组相比提高30%~40%,蛋白截留率和回收率与对照组相比提高20%左右,乳糖的截留率降低10%左右。在p H5.0催化条件下,膜总阻力Rt和饼层阻力Rc显著降低。蛋白的粒径增加,zeta电势值降低,降低了饼层阻力,使膜的运行时间延长10 h。由于聚醚砜膜表面不含有连接酶分子的官能团,因此首先采用甲基丙烯酸(MA)修饰PES膜表面,使PES膜表面接枝上具有连接酶的官能团,如羧基或者酮羟基。采用2-(N-吗啉)乙磺酸(MES)、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)修饰PES/MA膜,进而与酶连接,使TG酶固定于PES膜表面。傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X-射线光电子能谱(XPS)分析证明TG酶已经固定到PES膜表面并且固定化酶的最适酶浓度为20 U/ml,最适p H值为5.0。而且酶反应动力学参数表明PES膜表面固定化的TG酶与游离酶相比具有较高的底物亲和力。而且20天后仍可以保持50%的活性,并且在跨膜压力为0.20MPa时仍能保持一定的酶活力。固定化酶膜的接触角降低,说明固定化酶膜的亲水性增强,抗蛋白污染能力增加。然而,固定化酶膜水通量显著下降,根据需要将固定化酶PES膜的截留分子量提高到30 k Da。酶膜反应器(EMR)可以实现酶的催化与过滤分离产物的同时进行,同时酶在反应器中的固定化实现的了酶的回收再利用。本部分的研究是在以上研究的基础上,通过酶膜反应器实现酶的回收利用,酶膜可将乳清蛋白的回收率提高到85%。膜孔阻力分别降低80%。同时采用膜阻力分析,膜污染模型分析,发现标准过滤模型可以较好的拟合聚醚砜(PES)膜过滤乳清和固定化酶膜未催化蛋白过滤过程,表明大量的蛋白堵塞在膜孔,形成不可逆转的污染,膜通量迅速下降。关系能研究发现乳清蛋白在PES膜过滤过程中主要是蛋白与蛋白之间较高的吸引能,导致蛋白聚集沉积到膜表面,形成膜污染。采用酶聚合蛋白后,聚合蛋白之间的吸引能降低,同时在酶膜反应器中蛋白与酶分子,蛋白与蛋白之间的排斥能增加,降低了蛋白在膜表面的沉积,降低了膜污染。分形理论和塌缩效应研究乳清蛋白过滤过程中形状,粒径变化对饼层孔隙率及膜通量的影响,从而控制蛋白过滤过程中所产生的膜污染,提高膜操作效率。将膜回收浓缩蛋白开发乳清蛋白发酵饮料和低蛋白粉,采用嗜热链球菌Sp1.1和保加利亚乳杆菌34.5两株菌种进行发酵,考察不同稳定剂及发酵工艺对发酵饮料稳定性的影响。结果显示:正磷酸钠和焦磷酸钠对乳清发酵饮料的稳定性影响不显著。两种稳定剂XD2159和XD2135可以较好的保持发酵饮料的稳定性。稳定剂XD2159在发酵前添加0.3%,发酵前均质压力200 bar,发酵后均质压力150 bar,终产品粒径降低,Zeta电势降低,具有较低的沉淀率。稳定剂XD2135在发酵前添加0.3%,发酵前均质压力200 bar,发酵后均质压力150 bar,终产品粒径降低不显著,Zeta电势显著降低,静电斥力增加,降低了终产品的沉淀率。酶膜反应器浓缩后的蛋白液进行喷雾干燥,获得低蛋白粉,对其营养成分和理化特性进行了研究,发现酶聚合回收的低蛋白粉具有较好的乳化特性及较低的气泡性,而且具有较好的体外消化率。