СПОСОБ ГУМАНИЗАЦИИ СНЯТОГО МОЛОКА ЖИВОТНОГО И ПОЛУЧЕННЫЕ ПРИ ЭТОМ ПРОДУКТЫ
PROCESS FOR THE HUMANIZATION OF ANIMAL SKIM MILK AND PRODUCTS OBTAINED THEREBY

Область изобретения
Изобретение относится к обработке снятого молока животного, которое идеально подходит для получения детской смеси или продукта основы детской смеси.
Уровень техники
Молоко человека считают «золотым стандартом» для детского питания. Переработка животного молока, например, коровьего молока, в более подходящую композицию молока человека известна в данной области. В данной области известная такая обработка, как «гуманизация» животного молока.
Процесс гуманизации животного молока включает изменение соотношения казеина/сывороточных белков с приблизительно 80/20 на приблизительно 40/60, которое представляет собой соотношение, которое находят в молоке человека.
В WO 2011/051557 описан процесс увеличения содержания казеина в изоляте сывороточного белка для получения приятного напитка для спортсменов и других любителей физической культуры, включающий стадии, на которых снятое молоко подвергают микрофильтрации (MF) и ультрафильтрации (UF).
В WO 96/08155 описан процесс обработки снятого молока для изготовления сыра и сухого молока, где сывороточные белки удаляют из снятого молока посредством микрофильтрации и ультрафильтрации. Коэффициенты объемной концентрации от 20 до 100 используют на стадии UF. Не описана рекомбинация MF ретентата и UF пермеата для получения детских смесей, а также не уделено внимание концентрации минералов и микроэлементов, таких как фосфор.
В US 5503865 раскрыт процесс обработки снятого молока, который включает микрофильтрацию или ультрафильтрацию, пермеат которого нужно деминерализовать посредством, например, ионного обмена и/или электродиализа для того, чтобы сделать продукт снятого молока подходящим для использования в детских смесях.
В WO 2008/127104 раскрыто получение сыворотки сывороточного белка, которая содержит остаточный β-казеин, с помощью микрофильтрации коровьего молока через мембрану с размером пор 0,3-0,5 микрометров при температуре между 10 и 20°C, если требуется, с дополнительной стадией концентрирования посредством ультрафильтрации. Не описаны конкретные стадии для того, чтобы получать детские смеси.
В процессе по US 5169666 используют еще более низкие температуры (4°C), при которых осуществляют микрофильтрацию через мембраны с размером пор 0,1-0,2 микрометра. При этой температуре β-казеин диссоциирует из казеиновых мицелл и оказывается в MF пермеате. Помимо нежелательно высокого казеина, в MF пермеате также слишком много золы, чтобы быть пригодным для использования в детских смесях. Не описаны меры для того, чтобы дополнительно снижать содержание золы.
В EP 1133238 описан способ, в котором животное молоко подвергают микрофильтрации через мембрану, которая имеет пористость 0,1-0,2 микрометра, после которого MF пермеат деминерализуют посредством электродиализа. Содержание минералов в электродиализованном MF пермеате очень низко, и требуется последующее обогащение минералами и микроэлементами для того, чтобы получать детскую смесь.
Сущность изобретения
Авторы изобретения обнаружили, что снятое молоко животного можно гуманизировать посредством эффективного и дешевого процесса, требующего минимальных стадий обработки и делающего возможным максимальное использование ингредиентов в снятом молоке животного. Термин «минимальные стадии обработки» следует понимать как не требующий дорогостоящих стадий деминерализации, как рассмотрено ниже, таких как ионный обмен или электродиализ. Способ по изобретению модифицирует количества (весовое соотношение), в которых различные ингредиенты, такие как казеин, сывороточные белки и минералы, присутствуют в снятом молоке животного, чтобы близко походить на количества этих ингредиентов в молоке человека. В соответствии с настоящим изобретением, это возможно при использовании минимальных стадий обработки, поскольку просто достаточно каждого ингредиента удаляют из и/или концентрируют в снятом молоке животного для того, чтобы приблизиться к желаемому содержанию этого конкретного ингредиента. По существу, необходимо минимальное добавление этих ингредиентов, чтобы привести содержание различных ингредиентов в желаемый и/или предписанный диапазон. Данный процесс в частности снижает степень добавления минералов. Данный процесс для гуманизации снятого молока животного идеально подходит для получения детской смеси или продукта основы детской смеси. В частности благоприятным является отсутствие сухого промежуточного белкового продукта в процессе. Обычно, при изготовлении детской молочной смеси используют сухие промежуточные продукты. Данный процесс предпочтительно предотвращает необходимость использования сухих белковых продуктов.
Кроме того, процесс согласно изобретению относится к композиции, в которой содержание белков и минералов находится в желаемых и/или предписанных диапазонах, без необходимости чрезмерного добавления или обогащения после деминерализации. Таким образом, данный процесс предусматривает средство для того, чтобы удалять «достаточно» минералов для того, чтобы приблизиться к желаемым количествам для детского питания. К удивлению, этого можно достичь с использованием относительно простых процедур.
В соответствии с настоящим изобретением, для того, чтобы добиться изменения соотношения казеина/сыворотки, животное молоко фракционируют посредством микрофильтрации (MF) на поток казеина (MF ретентат) и поток сыворотки (MF пермеат). Эта стадия микрофильтрации эффективна при использовании размера пор 0,10-0,35 микрометра. Животное молоко снимают перед MF для того, чтобы предотвращать засорение микрофильтрующей мембраны жировыми частицами.
В целом, содержание минералов молока человека отличается от такового в животном молоке. Следовательно, в дополнение к изменению весового соотношения казеина/сывороточного белка, имеет значение то, что изменяют содержание минералов в животном молоке так, чтобы походить на содержание минералов в молоке человека. В данной области, поток сыворотки обычно деминерализуют для того, чтобы удалять по существу все минералы из снятого молока животного. На такой стадии деминерализации, в целом, используют сложные процедуры, такие как ионный обмен или электродиализ, для того, чтобы гарантировать, что содержание минералов конечных детских смесей не слишком высоко. Кроме того, обычно используют экстенсивные процедуры фильтрования, которые требуют множества стадий концентрирования и разведения, таких как диафильтрация. Особенно проблематичным является удаление двухвалентных ионов, в частности, фосфорных анионов, таких как фосфат, поскольку они остаются в высокой концентрации в потоке сывороточного белка, даже после нанофильтрации. Ввиду этого, содержание минералов часто не снижают до достаточно низких количеств посредством только фильтрования и, таким образом, необходима комбинация способа фильтрования и ионного обмена или электродиализа. В результате экстенсивной деминерализации, содержание минералов в конечном продукте смешивания деминерализованного сывороточного белкового продукта с источником казеина должно снова возрастать за счет добавления или обогащения важными минералами.
Однако, как обнаружено в настоящее время, обработка снятого молока животного в соответствии с изобретением не требует сложных стадий деминерализации. Взамен она содержит следующие (необязательные и важные) стадии:
(a) необязательно первая стадия микрофильтрации (MF1) через мембрану, предпочтительно имеющую пористость 1,0-2,0 микрометра, что ведет к ретентату (MFR1), который содержит бактериальную контаминацию, и пермеату, который содержит казеин и сыворотку (MFP1).
(b) вторая стадия микрофильтрации (MF2) термически обработанного снятого молока животного или жидкой композиции, происходящей из MFP1 через керамическую мембрану, предпочтительно имеющую пористость 0,10-0,30 микрометра, или спирально-витую органическую мембрану, предпочтительно имеющую пористость 0,10-0,35 микрометра. На стадии MFP1 предпочтительно работают с коэффициент объемной концентрации 4-8, и она ведет к ретентату (MFR2), который содержит казеин, и пермеату (MFP2), который содержит сывороточные белки. Предпочтительно, ретентат (MFR2) содержит не более 15 вес.% сывороточного белка в расчете на общий белок и по меньшей мере 55 вес.% казеина от сухого веса MFR2, и пермеат (MFP2) содержит не более 1,0 вес.% казеина от общего сухого веса MFP2.
(c) стадия ультрафильтрации (UF) жидкой композиции, происходящей из MFP2 через мембрану, предпочтительно имеющую отсечение по молекулярной не более 25 кДа. На UF стадии предпочтительно работают с коэффициентом объемной концентрации 3-7, и она ведет к ретентату (UFR), который содержит сывороточные белки, и пермеату (UFP), который содержит лактозу и минералу. Предпочтительно ретентат (UFR) содержит 22-33 вес.% сывороточных белков от общего сухого веса и имеет весовое соотношение фосфора/белка между 1/40 и 1/100.
(d) необязательно стадия нанофильтрации (NF) жидкой композиции, происходящей из UFR через мембрану, предпочтительно имеющую отсечение по молекулярной массе не более 500 Да, что ведет к ретентату (NFR), который содержит сывороточные белки, и пермеату (NFP).
(e) необязательно смешивание композиции, происходящей из MFR2, и композиции, происходящей из UFR, или композиции, происходящей из NFR, посредством чего получают композицию, которая имеет весовое соотношение казеина/сывороточного белка 30/70-50/50, предпочтительно приблизительно 40/60.
(f) необязательно добавление одного или нескольких из лактозы, кальция и жира.
(g) необязательно выпаривание и/или сушка распылением смеси до порошка.
В настоящем документе стадии (e), (f) и (g) можно осуществлять в случайном порядке.
Способ по изобретению не требует дорогостоящих стадий деминерализации, таких как ионный обмен и/или электродиализ. Кроме того, ни одна из стадий не требует разведения, т.е. добавления текучих веществ, что эффективно снижает стоимость сушки конечного продукта.
Дополнительное преимущество процесса в соответствии с настоящим изобретением заключается в том факте, что тепловая обработка требуется перед смешиванием потоков сыворотки и казеина на конечной стадии. Таким образом, в одном из вариантов осуществления снятое молоко животного не нагревают до температуры выше 75°C, предпочтительно не выше 70°C, более предпочтительно не выше 60°C. Предпочтительно, снятое молоко животного и потоки сыворотки и казеина не превышают этих температур перед тем, как их комбинируют на конечной стадии.
В одном из вариантов осуществления настоящее изобретение относится к способу получения продукта основы детской смеси, который включает:
(a) стадию микрофильтрации (MF2) снятого молока животного через керамическую мембрану, которая имеет пористость 0,10-0,30 микрометра, или через спирально-витую органическую мембрану, которая имеет пористость 0,10-0,35 микрометра, и которая работает при коэффициенте объемной концентрации 4-8, с получением ретентата (MFR2) и пермеата (MFP2);
(b) стадию ультрафильтрации (UF) жидкой композиции, происходящей из MFP2 через мембрану, которая имеет отсечение по молекулярной массе не более 25 кДа и которая работает при коэффициенте объемной концентрации 3-7, с получением ретентата (UFR) и пермеата (UFP);
(c) смешивание композиции, происходящей из MFR2, и композиции, происходящей из UFR, посредством чего получают композицию, которая имеет весовое соотношение казеина/сыворотки 30/70-50/50.
В одном из вариантов осуществления настоящее изобретение относится к способу получения продукта основы детской смеси, который включает:
(a) стадию микрофильтрации (MF2) снятого молока животного через керамическую мембрану, которая имеет пористость 0,10-0,30 микрометра, или через спирально-витую органическую мембрану, которая имеет пористость 0,10-0,35 микрометра, что ведет к ретентату (MFR2), который содержит не более 15 вес.% сывороточного белка в расчете на общий белок и по меньшей мере 55 вес.% казеина от сухого веса MFR2, и пермеату (MFP2), который содержит не более 1,0 вес.% казеина от общего сухого веса MFP2;
(b) стадию ультрафильтрации (UF) жидкой композиции, происходящей из MFP2, через мембрану, которая имеет отсечение по молекулярной массе не более 25 кДа, что ведет к ретентату (UFR), который содержит 22-33 вес.% сывороточных белков от общего сухого веса и весовое соотношение фосфора/белка между 1/40 и 1/100, и пермеату (UFP);
(c) смешивание композиции, происходящей из MFR2, и композиции, происходящей из UFR, посредством чего получают композицию, которая имеет весовое соотношение казеина/сыворотки 30/70-50/50.
В одном из вариантов осуществления настоящее изобретение относится к способу получения продукта основы детской смеси, который включает:
(a) стадию микрофильтрации (MF2) снятого молока животного через керамическую мембрану, которая имеет пористость 0,10-0,30 микрометра, или через спирально-витую органическую мембрану, которая имеет пористость 0,10-0,35 микрометра, и которая работает при коэффициенте объемной концентрации 4-8, что ведет к ретентату (MFR2), который содержит не более 15 вес.% сывороточного белка в расчете на общий белок и по меньшей мере 55 вес.% казеина от сухого веса MFR2, и пермеату (MFP2), который содержит не более 1,0 вес.% казеина от общего сухого веса MFP2;
(b) стадию ультрафильтрации (UF) жидкой композиции, происходящей из MFP2, через мембрану, которая имеет отсечение по молекулярной массе не более 25 кДа и которая работает при коэффициенте объемной концентрации 3-7, что ведет к ретентату (UFR), который содержит 22-33 вес.% сывороточных белков от общего сухого веса и весовое соотношение фосфора/белка между 1/40 и 1/100, и пермеату (UFP);
(c) смешивание композиции, происходящей из MFR2, и композиции, происходящей из UFR, посредством чего получают композицию, которая имеет весовое соотношение казеина/сыворотки 30/70-50/50.
В одном из вариантов осуществления настоящее изобретение относится к способу получения продукта основы детской смеси, который включает смешивание композиции, которая содержит не более 1 вес.% казеина и 22-33 вес.% сывороточных белков, от общего сухого веса композиции, и которая имеет весовое соотношение фосфора/белка между 1/40 и 1/100, с источником казеина.
Настоящее изобретение также относится к продуктам, которые можно получать посредством способов в соответствии с изобретением. В одном из вариантов осуществления настоящее изобретение относится к композиции, которая содержит не более 1 вес.% казеина и 22-33 вес.% сывороточных белков, от общего сухого веса композиции, и которая имеет весовое соотношение фосфора/белка между 1/40 и 1/100.
В одном из вариантов осуществления настоящее изобретение относится к продукту основы детской смеси, который можно получать посредством какого-либо из способов в соответствии с изобретением.
Подробное описание изобретения
Исходный материал для данного способа представляет собой снятое молоко животного, предпочтительно коровье снятое молоко. Несмотря на то, что применение стадии пастеризации или стерилизации может быть обыкновенной практикой при обработке животного молока, тепловая обработка белковых композиций имеет такой недостаток, что по меньшей мере часть белка денатурирует, что делает стадии фильтрования менее эффективными. Денатурированные сывороточные белки связываются с казеиновыми мицеллами, что в случае микрофильтрации ведет к нежелательному увеличению содержания сывороточного белка в MF ретентате. Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления снятое молоко термически обрабатывают при температуре не выше 75°C, более предпочтительно не выше 70°C, наиболее предпочтительно не выше 60°C, перед поступлением в способ по изобретению.
MF1
Стадию микрофильтрации 1 (MF1) используют для того, чтобы удалять бактериальную контаминацию термически необработанного снятого молока животного. Термически необработанное снятое молоко животного испытывало температуру не выше 75°C, более предпочтительно не выше 70°C, наиболее предпочтительно не выше 60°C. Когда эту стадию пропускают, бактериальная контаминация может концентрироваться в потоке казеина (MFR2) после стадии MF2. Очевидно, когда бактерии удаляют посредством тепловой обработки снятого молока животного прежде, чем оно поступает способ по изобретению, стадия MF1 не требуется. Поскольку одна из целей настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить способ, в котором не требуется тепловая обработка перед стадией конечного смешивания, предпочтительно, чтобы поступающее снятое молоко стадии MF2 переносило не стадию тепловой обработки, а вместо этого стадию MF1, другими словами, чтобы поступающее снятое молоко стадии MF2 испытывало температуру не выше температуры 75°C, более предпочтительно не выше 70°C, наиболее предпочтительно не выше 60°C. Таким образом, согласно предпочтительному варианту осуществления, стадия MF1 включена в способ по изобретению.
Удаление бактерий посредством микрофильтрации предпочтительно осуществляют через мембрану, которая имеет размер пор 1,0-2,0 микрометра. Подходящие мембраны могут представлять собой керамические или спирально-витые мембраны. Типично используют керамическую мембрану, которая имеет размер пор приблизительно 1,4 микрометра. Стадию MF1 предпочтительно осуществляют ниже 75°C, более предпочтительно между 10°C и 70°C, даже более предпочтительно между 25°C и 65°C, наиболее предпочтительно между 40°C и 60°C. Стадия MF1 предпочтительно работает при коэффициенте объемной концентрации 5-20, более предпочтительно 8-15, более предпочтительно 9-12. В качестве дополнительного полезного эффекта, дополнительно снижают содержание жира в снятом молоке (типично 0,1-0,3 вес.% от общего веса снятого молока), что облегчает последующие стадии фильтрования, поскольку снижают засорение жировыми частицами. Кроме того, по сравнению с пастеризацией, которая протекает при температурах выше 75°C, стадия MF1 гарантирует, что сывороточные белки, присутствующие в снятом молоке, остаются в своем нативном состоянии. Как результат этого, сывороточные белки не образуют комплексов ни с самими собой, ни с казеиновыми мицеллами, таким образом оптимизируя уровни сывороточных белков, доступные для проникновения через мембрану на последующей стадии MF2.
Ретентат стадии MF1 (MFR1) содержит бактериальную контаминацию, а пермеат стадии MF1 (MFP1) содержит все полезные ингредиенты снятого молока, такие как казеин, сывороточные белки, лактоза и минералы.
Данное изобретение не исключает использования термически обработанного снятого молока животного, которое не проходило стадию MF1. Термически обработанное снятое молоко животного или пермеат стадии MF1 (MFP1) после этого направляют на вторую стадию микрофильтрации (MF2).
MF2
На стадии микрофильтрации 2 (MF2) снятое молоко фракционируют на два отдельных потока, каждый обогащают белком конкретного типа; получают обогащенный казеином ретентат и обогащенный сывороточным белком пермеат. Это фракционирование на типы белков вызывает сопутствующие модификации обоих потоков в отношении макропищевой композиции и распределения минералов.
Входящий поток стадии MF2, который представляет собой или термически обработанное снятое молоко животного или жидкую композицию, происходящую из MFP1, имеет низкое содержание жира, предпочтительно ниже 0,5 вес.%, предпочтительно ниже 0,2 вес.%, более предпочтительно ниже 0,1 вес.% от общего веса поступающего потока. По причине этого низкого содержания жира микрофильтрующая мембрана на стадии MF2 не засоряется быстро.
Стадию MF2 осуществляют через керамическую мембрану, предпочтительно имеющую пористость 0,10-0,30 микрометра, или спирально-витую органическую мембрану, предпочтительно имеющую пористость 0,10-0,35 микрометра. Стадию MF2 предпочтительно проводят при коэффициенте объемной концентрации (VCF) 4-8, предпочтительно 5-7, наиболее предпочтительно 5,5-6,5. Стадию MF2 предпочтительно осуществляют ниже 75°C, более предпочтительно между 10°C и 70°C, даже более предпочтительно между 25°C и 70°C, наиболее предпочтительно между 40°C и 60°C.
Когда используют такой размер пор и VCF, ретентат MFR2 содержит очень мало сывороточного белка, предпочтительно меньше 15 вес.% от общего веса белка, и имеет высокое содержание казеина, предпочтительно по меньшей мере 55 вес.%, более предпочтительно 60-65 вес.%, наиболее предпочтительно 59-61 вес.% казеина от сухого веса MFR2. Содержание общих твердых веществ в потоке MFR2 предпочтительно составляет по меньшей мере 20 вес.% от общего веса потока MFR2. Такие высокие уровни казеина в потоке MFR2 легко достичь с использованием VCF по меньшей мере 4, что благоприятно для баланса соотношений белков/минералов в конечном продукте. Особенно благоприятно, что снятое молоко животного получало какую-либо тепловую обработку не выше 75°C, предпочтительно не выше 70°C, наиболее предпочтительно не выше 60°C, поскольку такая тепловая обработка ведет к значительной денатурации сывороточных белков, которая ухудшает разделение казеина и сывороточных белков на стадии MF2. Денатурированные сывороточные белки склонны образовывать агрегаты с казеиновыми мицеллами и, таким образом, MFR2 после этого может содержать больше количество сыворотки.
Некоторый остаточный сывороточный белок всегда присутствует в потоке MFR2, прежде всего поскольку не всю жидкость, содержащую сывороточный белок, проталкивают через микрофильтр. В зависимости от точного состава снятого молока и характера предварительной обработки (например, тепловая обработка или MF1), может варьировать количество сывороточного белка в потоке MFR2. Содержание сывороточного белка дополнительно можно снижать посредством диафильтрации, в случае необходимости. Однако диафильтрация требует много дополнительной воды и не является предпочтительным. Предпочтительно, VCF осторожно выбирают для того, чтобы получить MFR2, который имеет содержание сывороточного белка ниже 15 вес.% от общего веса белка.
Предпочтительно пермеат стадии MF2 (MFP2) содержит очень мало казеина, в частности не более 1,0 вес.% казеина от общего сухого веса MFP2, предпочтительно не более 0,5 вес.% казеина от общего сухого веса. Поскольку проблематично удалять двухвалентные ионы с помощью дополнительных стадий фильтрования, желательно, чтобы содержание двухвалентных ионов в MFP2 было достаточно низким. К тому же, обнаружено, что осторожное управление VCF ведет к полезному содержанию сыворотки и двухвалентных ионов в поток MFP2. В этом отношении предпочтительно, чтобы содержание сыворотки в MFP2 составляло по меньшей мере 95 вес.%, более предпочтительно по меньшей мере 98 вес.%, более предпочтительно по меньшей мере 99 вес.%, наиболее предпочтительно по меньшей мере 99,5 вес.% от общего веса белка в MFP2. От общего сухого веса MFP2, содержание сывороточного белка предпочтительно составляет по меньшей мере 5 вес.%, более предпочтительно 6-20 вес.%, наиболее предпочтительно 7-15 вес.%. Весовое соотношение фосфора/белка предпочтительно составляет не более 1/12. Фосфор и кальций, в частности, удерживает ретентат, они связаны с мицеллярным казеином. Наоборот, высокие уровни одновалентных ионов (Na, K, Cl) проникают в поток MFP2. Эти одновалентные ионы легко удаляют посредством ультрафильтрации и, если требуется, нанофильтрации во время более позднего этапа способа в соответствии с изобретением.
В предпочтительном варианте осуществления коэффициент объемной концентрации осторожно выбирают для того, чтобы получать поток MFR2 с характеристиками, как описано выше, т.е. содержащий не более 15 вес.% сывороточного белка в расчете на общий белок и по меньшей мере 55 вес.% казеина от сухого веса MFR2, и поток MFP2 с характеристиками, как описано выше, т.е. содержащий не более 1,0 вес.% казеина при предпочтительно по меньшей мере 5 вес.% сывороточного белка, от общего сухого веса MFP2, и весовое соотношение фосфора/белка предпочтительно не более 1/12.
Таким образом, обнаружено, что сохранение VCF на стадии MF2 в пределах требуемого диапазона дает как обогащенный казеином поток MFR2 оптимального состава, так и обогащенный сывороточным белком поток MFP2 оптимального состава, что облегчает изготовление продукта основы детской смеси с минимальными стадиями способа.
Только в качестве теоретического упражнения, если обогащенный казеином поток MFR2 и обогащенный сывороточным белком поток MFP2 смешивали без дополнительной модификации в подходящем соотношении, чтобы получать продукт основы детской смеси, т.е. с правильным содержанием белка и правильным весовым соотношением казеина/сывороточного белка приблизительно 40/60, возникает множество композиционных проблем. Во-первых, теперь содержание лактозы выше целевого, также как и все основные минеральные компоненты. В частности уровни одновалентных ионов Na, K, Cl в несколько раз выше, чем максимально допустимые уровни для продуктов основы детской смеси.
Наряду с изобретением, удаление одновалентных ионов через комбинацию нанофильтрации и диафильтрации будет нежелательным, поскольку большие объемы воды обратного осмоса будут необходимы для того, чтобы успешно снижать содержание одновалентных ионов с такого высокого начального уровня, существенно увеличивая время обработки и стоимость. Более важно, что двухвалентные ионы (Ca, Mg, P) имеют очень высокие уровни отвода во время NF и, следовательно, они остаются в ретентате, содержащем сывороточные белки. Таким образом, смешивая ретентат NF/DF с обогащенным казеином MFR2 в сбалансированном по белку продукте основы детской смеси, Mg и P будут оставаться сильно за пределами максимальных уровней.
Аналогично, деминерализация с использованием электродиализа или ионного обмена снижает минералы до нежелательно низких значений. Кроме того, они представляют собой неэффективные и дорогостоящие процедуры. В настоящее время обнаружено, что, подвергая MFP2 ультрафильтрации, эффективно и экономически выгодно снижают содержание минералов в потоке сыворотки до желаемых количеств.
UF
В соответствии с изобретением, жидкую композицию, происходящую из MFP2, подают на стадию ультрафильтрации (UF), где большинство жидкости и низкомолекулярных растворенных веществ оказывается в UF пермеате (UFP), тогда как UF ретентат (UFR) содержит весь или почти весь сывороточный белок, в меньшем объеме. Низкомолекулярные соединения, которые проникают через UF мембрану, представляют собой, например лактозу, одновалентные и двухвалентные ионы.
Поступающий поток стадии UF представляет собой жидкую композицию, происходящую из MFP2, предпочтительно содержащую не более 1 вес.% казеина от общего сухого веса и весовое соотношение фосфора/белка не более 1/12. На стадии UF предпочтительно используют мембрану, которая имеет отсечение по молекулярной массе не более 25 кДа, более предпочтительно не более 10 кДа и предпочтительно по меньшей мере 2,5 кДа, более предпочтительно по меньшей мере 5 кДа, и работает с коэффициентом объемной концентрации 3-7, предпочтительно 4-6. Стадию UF предпочтительно осуществляют ниже 40°C, более предпочтительно между 3°C и 30°C, даже более предпочтительно между 5°C и 20°C.
При использовании таких параметров обработки поток UF ретентата (UFR) типично содержит 22-33 вес.%, предпочтительно 22-30 вес.% сывороточных белков от общего сухого веса UFR и типично имеет весовое соотношение фосфора/белка между 1/40 и 1/100, предпочтительно между 1/45 и 1/75, более предпочтительно между 1/50 и 1/60. Коэффициент объемной концентрации определяет, сколько минералов и лактозы проникает через мембрану, что важно для содержания различных ингредиентов в конечном продукте. VCF также определяет, сколько жидкости не протолкнули через UF мембрану и осталось в ретентате. Эта жидкость ретентата все еще содержит низкомолекулярные растворенные вещества, которые также проникают вместе с жидкостью, которую проталкивают через мембрану. Таким образом, высокие значения VCF ведут к увеличенной концентрации сывороточного белка в потоке UFR и более низким значениям весового соотношения фосфора/белка, при этом низкие значения VCF дают начало более низким уровням сывороточного белка в потоке UFR и увеличенному весовому соотношению фосфора/белка. Предпочтительно не превышают весовое соотношение фосфора/белка 1/40, поскольку это будет веси к конечному продукту, который имеет слишком высокому содержанию фосфора. Кроме того, если весовое соотношение фосфора/белка ниже 1/100, может требоваться добавлять дополнительные фосфаты в конечный продукт. Таким образом, весовое соотношение фосфора/белка в потоке UFR предпочтительно составляет между 1/40 и 1/100.
В предпочтительном варианте осуществления коэффициент объемной концентрации осторожно выбирают для того, чтобы получать поток UFR с характеристиками, как описано выше, т.е. содержащий 22-33 вес.%, предпочтительно 22-30 вес.% сывороточных белков от общего сухого веса и весовое соотношение фосфора/белка 1/40-1/100, предпочтительно 1/45-1/75, более предпочтительно 1/50-1/60.
UFR, который имеет эти характеристики, особенно подходит для объединения с MFR2, поскольку эта комбинация воспроизводит композицию, которая имеет большинство ингредиентов в желаемом диапазоне для продукта основы детской смеси.
Поток UFP богат лактозой, которая представляет собой полезный продукт для множества целей, например, ее необязательно можно повторно вводить в способ на более позднем этапе в деминерализованной форме. Деминерализацию лактозы эффективно осуществляют посредством кристаллизации лактозы из потока UFP, в этом способе все минералы остаются в растворе.
NF
Необязательно, жидкую композицию, происходящую из UFR, дополнительно можно концентрировать посредством стадии нанофильтрации (NF), в которой используют мембрану, которая имеет малый размер пор. Только вода и одновалентные ионы проходят через эту мембрану, что ведет к концентрированию потока сыворотки, что делает способ экономически более эффективным, например, посредством уменьшения затрат на испарение и смешивание на конечных стадиях. Используя NF, большие количества воды можно удалять посредством экономически эффективных способов мембранного фильтрования. Например, использование VCF 4 ведет к удалению 75% воды. Кроме того, может быть необходимо дополнительное снижение содержания одновалентных ионов в жидкой композиции, происходящей из потока UFR, в зависимости от свойств и точного состава входящего снятого молока. Таким образом, входящая жидкая композиция, происходящая из потока UFR, все еще может иметь немного повышенное содержание ионов натрия и калия, и таким образом композиция конечного продукта может выигрывать от дополнительной стадии NF. Однако подходящие результаты также получают, когда не выполняют стадию NF.
На стадии NF типично используют мембрану, такую как спирально-витая мембрана, которая имеет отсечение по молекулярной массе не более 500 Да, предпочтительно не более 300 Да и по меньшей мере 100 Да, предпочтительно по меньшей мере 150 Да, и типично работает с коэффициентом объемной концентрации 2-10, предпочтительно 3-5. Стадию NF предпочтительно осуществляют ниже 40°C, более предпочтительно между 3°C и 30°C, даже более предпочтительно между 5°C и 20°C.
В потоке NF ретентата (NFR) дополнительно концентрируют сывороточный белок и несколько снижают содержание одновалентных ионов, по отношению к жидкой композиции, происходящей из потока UFR. NF пермеат (NFP) содержит преимущественно воду и одновалентные ионы.
Предпочтительно, стадии UF и NF способа в соответствии с изобретением, каждую индивидуально, осуществляют без расширения посредством диафильтрации. Диафильтрация требует добавления текучих веществ, таких как деминерализованная вода, которая снижает эффективность данного способа.
Смешивание
Композиция, происходящая из потока UFR, или дополнительно композиция, происходящая из потока NFR, представляют собой идеальные композиции для рекомбинации с частью композиции, происходящей из потока MFR2 для того, чтобы получать продукт основы детской смеси с правильным содержанием белка и правильным весовым соотношением казеина/сывороточного белка. В этом отношении, следует понимать, что всякий раз, когда поток UFR, поток NFR и/или поток MFR2, каждый индивидуально, проходит дополнительную стадию обработки перед стадией смешивания, их все же рассматривают в качестве композиции, происходящей из потока UFR, потока FR и/или потока MFR2, соответственно, в контексте настоящего изобретения. Количества композиции, происходящей из UFR, или композиции, происходящей из NFR, и композиции, происходящей из MFR2, которые подвергают смешиванию, отбирают по существу, чтобы получить конечный продукт, который имеет весовое соотношение казеина/сывороточного белка между 30/70 и 50/50, предпочтительно между 35/65 и 45/55, наиболее предпочтительно приблизительно 40/60.
Смешивание композиции, происходящей из потока MFR2, с композицией, происходящей из потока UFR, или необязательно с композицией, происходящей из потока NFR, можно осуществлять в виде влажного смешивания, где жидкие композиции смешивают в подходящих количествах. Эти жидкие композиции можно подвергать дополнительной обработке перед смешиванием, такой как частичное испарение растворителя. Предпочтительно, после смешивания, жидкую композицию сушат до порошка. В другом варианте осуществления поток казеина и поток сывороточного белка смешивают в сухом виде, где каждый поток индивидуально сушат перед смешиванием. Сушку жидкой композиции, или после или до смешивания, предпочтительно выполняют посредством сушки композиции распылением до порошка, которой необязательно предшествует частичное испарение жидкости.
В особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, смешивание осуществляют с использованием жидких потоков в подходящих количествах (влажное смешивание), после которого смесь сушат, предпочтительно сушат распылением. В настоящем документе только одна стадия сушки необходима при изготовлении порошка основы детской смеси. Обычно нужно больше стадий сушки, таких как сушка содержащей казеин композиции и сушка содержащей сывороточных белок композиции. Сушка, такая как сушка распылением, представляет собой дорогостоящую процедуру, которую типично осуществляют при высоких температурах, таких как выше 150°C или даже выше 180°C. Уменьшение количества стадий сушки распылением до одной значительно повышает эффективность способа. Вновь, дополнительные стадии способа, такие как частичное испарение, можно осуществлять перед смешиванием или между смешиванием и сушкой распылением, согласно этому предпочтительному варианту осуществления изобретения.
Предпочтительно каждая из композиции, происходящей из потока MFR2, и композиции, происходящей из потока UFR, или необязательно композиции, происходящей из потока NFR, содержит по меньшей мере 60 вес.%, предпочтительно 70-98 вес.% воды от общего веса соответствующего потока, во время смешивания. Следует понимать, что точное количество воды в каждом индивидуальном потоке может варьировать в зависимости от точных используемых параметров обработки и состава входящего снятого молока. Таким образом, композиция, происходящая из потока MFR2, может предпочтительно содержать 70-90 вес.% воды, более предпочтительно 74-82 вес.% воды от общего веса композиции, происходящей из потока MFR2, и композиция, происходящая из потока UFR, может предпочтительно содержать 80-98 вес.% воды, более предпочтительно 87-95 вес.% воды от общего веса композиции, происходящей из потока UFR. Когда используют нанофильтрацию жидкой композиции, происходящей из потока UFR, композиция, происходящая из потока FR, может предпочтительно содержать 70-90 вес.% воды, более предпочтительно 75-85 вес.% воды от общего веса композиции, происходящей из потока NFR.
Весьма благоприятно, ровесник что после смешивания содержание важных компонентов, отличных от казеина и сывороточного белка, равно целевому или ниже него. Когда содержание конкретного компонента ниже целевого, возможно добавлять этот компонент в конечный продукт, однако когда его содержание выше целевого, его удаление может быть проблематичным. Таким образом, цель способа в соответствии с изобретением состоит в том, чтобы содержание каждого из лактозы, жира, золы, фосфора, кальция, магния, натрия, калия и хлорида было равно целевому или ниже него. Предпочтительно, по отношению к известным способам, уменьшают необходимость добавления дополнительных минералов. Таким образом, предпочтительно, чтобы содержание по меньшей мере одного из фосфора, кальция, магния, натрия, калия и хлорида равно целевому, более предпочтительно содержание по меньшей мере двух из фосфора, кальция, магния, натрия, калия и хлорида равно целевому, даже более предпочтительно содержание по меньшей мере трех из фосфора, кальция, магния, натрия, калия и хлорида равно целевому, даже более предпочтительно содержание по меньшей мере четырех из фосфора, кальция, магния, натрия, калия и хлорида равно целевому, наиболее предпочтительно содержание по меньшей мере пяти из фосфора, кальция, магния, натрия, калия и хлорида равно целевому. Если содержание одного или нескольких минералов ниже целевого, может быть необходимо обогащение этим конкретным минералом. Например, содержание кальция может быть ниже целевого, так что может требоваться обогащение кальцием. Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления в конечный продукт добавляют какой-либо ингредиент, который ниже цели.
Таким образом, количество ионов, таких как фосфор, натрий, калий, хлор и магний, благоприятно находится в желаемом диапазоне, когда композицию, происходящую из UFR, или композицию, происходящую из FR, объединяют с композицией, происходящей из MFR2, в подходящем соотношении для того, чтобы получить композицию, которая имеет требуемое весовое соотношение казеина/сывороточного белка. Используя способ по изобретению, в конечном продукте предпочтительно необходимо только обогащение дополнительным кальцием.
В результате способа в соответствии с изобретением, содержание жира может быть ниже целевого для продукта основы детской смеси, поскольку способ работает наиболее эффективно, когда содержание жира во входящем снятом молоке с композицией, происходящей из стадии MF2, является минимальным. Таким образом, в конечный продукт можно добавлять жир, что делает возможным добавление специально разработанного жирового компонента, который идеально подходит для детского питания. Также содержание лактозы в конечном продукте может быть ниже целевого. Добавление лактозы легко выполняют, используя кристаллизованную лактозу. Однако также можно использовать другие источники лактозы. Лактозу можно добавлять в сухой форме, предпочтительно кристаллизованной, в один или оба потока, подлежащих смешиванию, перед смешиванием. Подходящие источники лактозы и/или жира представляют собой композиции, которые содержат лактозу и/или жир в желаемых количествах.
Добавление и/или обогащение конкретных ингредиентов может быть до, во время или после смешивания композиции, происходящей из UFR, или композиции, происходящей из NFR, с композицией, происходящей из MFR2, и/или до, во время или после стадии сушки. В предпочтительном варианте осуществления добавление осуществляют в один или оба потока, подлежащих смешиванию, перед влажным смешиванием.
В одном из вариантов осуществления изобретение относится к обработке снятого молока животного, которая включает следующие (необязательные и важные) стадии:
(a) смешивание концентрата сывороточного белка, который содержит не более 1 вес.%, предпочтительно не более 0,5 вес.% казеина и 22-33 вес.%, предпочтительно 22-30 вес.% сывороточных белков от общего сухого веса концентрата сывороточного белка, и весовое соотношение фосфора/белка между 1/40 и 1/100, предпочтительно между 1/45 и 1/75, более предпочтительно между 1/50 и 1/60, и источник казеина, посредством чего получают композицию, которая имеет весовое соотношение казеина/сывороточного белка 30/70-50/50, предпочтительно между 35/65 и 45/55, более предпочтительно приблизительно 40/60;
(b) если требуется, добавление одного или нескольких из лактозы, кальция и жира;
(c) если требуется, выпаривание и/или сушку смеси распылением до порошка.
В настоящем документе, стадии (a), (b) и (c) можно осуществлять в случайном порядке.
Предпочтительно, чтобы как концентрат сывороточного белка, так и источник казеина происходили из снятого молока животного. Также предпочтительно, чтобы как концентрат сывороточного белка, так и источник казеина подвергался тепловой обработке не выше 75°C, предпочтительно не выше 70°C, наиболее предпочтительно не выше 60°C перед смешиванием. По существу, большинство сывороточных белок находятся в своем нативном состоянии, предпочтительно по меньшей мере 80% сывороточных белков не денатурированы, более предпочтительно по меньшей мере 90%, даже более предпочтительно по меньшей мере 95% сывороточных белков не денатурированы.
Способы в соответствии с изобретением представляют собой значительное усовершенствование относительно известного уровня техники, поскольку гуманизация снятого молока животного посредством такого способа ведет к композиции, в которой подавляющее большинство ингредиентов очень близко к их содержанию в молоке человека. Необходимо только добавление жира и необязательно некоторого количества лактозы и кальция для того, чтобы получить превосходно сбалансированный продукт основы детской смеси. Такой превосходно сбалансированный продукт получают посредством способа, включающего простые и экономически эффективные стадии фильтрования, без необходимости дорогостоящих стадий деминерализации.
Продукты
Изобретение также относится к продуктам, которые можно получать посредством способов, как описано выше.
Композиция, которая содержит сывороточные белки, как можно получать посредством стадии UF в соответствии с изобретением, ране не была описана в данной области. Способ в соответствии с настоящим изобретением, в первый раз, удаляет «достаточно» минералов во время стадии UF, результатом чего является концентрат сывороточного белка, который содержит не более 1 вес.%, предпочтительно не более 0,5 вес.% казеина и 22-33, предпочтительно 22-30 вес.% сывороточных белков от общего сухого веса концентрата сывороточного белка, и весовое соотношение фосфора/белка между 1/40 и 1/100, предпочтительно между 1/45 и 1/75, более предпочтительно между 1/50 и 1/60. Такой концентрат сывороточного белка идеально подходит для рекомбинации с содержащей казеин композицией, предпочтительно с изолятом мицеллярного казеина (MCI), чтобы получать продукт основы детской смеси.
В предпочтительном варианте осуществления концентрат сывороточного белка содержит главным образом сывороточные белки в их нативном состоянии, предпочтительно по меньшей мере 80% сывороточных белков, в частности β-лактоглобулин, не денатурированы, более предпочтительно по меньшей мере 90%, даже более предпочтительно по меньшей мере 95% сывороточных белков не денатурированы. Этот высокий уровень сывороточных белков, в частности, β-лактоглобулина, в их нативном состоянии, можно достичь, поскольку способ по изобретению не требует тепловой обработки.
В другом варианте осуществления изобретение относится к продукту основы детской смеси, который можно получать посредством способа по изобретению. Такой продукт основы детской смеси может представлять собой высушенный распылением порошок, который имеет содержание воды ниже 5 вес.%, предпочтительно ниже 3 вес.% от общего веса порошка. Жидкую композицию, получаемую посредством влажного смешивания композиции, происходящей из потока MFR2, с композицией, происходящей из потока UFR, или композицией, происходящей из потока FR, без прохождения стадии сушки, также можно рассматривать как продукт основы детской смеси. Такой продукт основы детской смеси отличается от продуктов основы детской смеси известного уровня техники содержанием сывороточных белков, которые главным образом находятся в их нативном состоянии, предпочтительно по меньшей мере 80% сывороточных белков не денатурированы, более предпочтительно по меньшей мере 90%, даже более предпочтительно по меньшей мере 95% β-лактоглобулина не денатурировано.
В контексте настоящего изобретения, «нативное состояние» белков следует понимать как не денатурированное, т.е. третичная структура белка остается нетронутой. Количество β-лактоглобулинов в их нативном состоянии можно определять посредством измерения уровней содержания кислоторастворимого β-лактоглобулина посредством высокоэффективной жидкостной хроматографии с обращенной фазой (ISO 13875/ IDF 178).
Определения
В настоящем документе «продукт основы детской смеси» представляет собой жидкую или порошкообразную композицию, которая содержит все или почти все важные ингредиенты в требуемых количествах. Композиции, где присутствует один или несколько ингредиентов детской смеси, в слишком низких количествах (т.е. ниже целевых) также считают продуктом основы детской смеси в контексте настоящего изобретения.
«Коэффициент объемной концентрации» или «VCF» представляет собой коэффициент, с которым жидкую композицию концентрируют при фильтровании, т.е. общий объем поступающего потока перед фильтрованием, деленный на общий объем ретентата после фильтрования, независимо от общего содержания твердых веществ. Таким образом, когда 5 л жидкой композиции фракционируют через микрофильтр на 4 л пермеата и 1 л ретентата, этот процесс MF работает с VCF 5/1=5.
Термин «целевой» используют для того, чтобы указывать, что содержание конкретного компонента в композиции является таким, что когда детскую смесь изготавливают из указанной композиции, содержание этого конкретного компонента находится в пределах нормативных требований для этого компонента. Эти нормативные требования для детских смесей и продуктов основы детской смеси известны специалисту, и их можно получить, например, в EFSA и/или FDA.
Всякий раз, когда указывают, что (жидкая) композиция «происходит из» ретентата или пермеата с определенной стадии способа, например, с MFP1, с MFR2, с MFP2, с UFR или с FR, указанная (жидкая) композиция может представлять собой композицию, которую непосредственно получают посредством указанной стадии способа, или в виде пермеата или в виде ретентата. Вдобавок, если такую непосредственно полученную композицию подвергают одной или нескольким дополнительным стадиям обработки, таким как частичное испарение и/или добавление дополнительной воды или других компонентов, (жидкую) композицию все еще рассматривают как происходящую из этой конкретной стадии способа. Таким образом, если пермеат стадии MF2 будет частично испарен перед тем, как его введут в стадию UF, поступающий поток стадии UF рассматривают как жидкую композицию, происходящую из MFP2.
ПРИМЕР
Следующий способ предназначен для того, чтобы пояснять примером, но не ограничивать изобретение.
Способы
Содержание кальция, натрия, калия и магния определяли посредством способа атомной абсорбционной спектрометрии (ISO 8070/IDF 119). Содержание фосфора определяли посредством молекулярную абсорбционную спектрометрию (ISO 9874/ IDF 42).
Содержание белка (N * 6,38) определяли с использованием FT001/IDF 20-3, содержание казеина с использованием IDF29-1/ISO 17997-1:2004, содержание сывороточного белка (NCN, неказеиновый азот * 6,38) с использованием FT003, и небелковый азот (в виде N) с использованием FT419 IDF20, часть 4.
MF1
2
Непастеризованное сырое коровье молоко (Dairygold, Mitch el stown, Cork, Ireland) подвергали разделению центрифугированием (сепарированию) при 50°C для удаления жира. Снятое молоко (600 кг) после этого подвергали микрофильтрации с использованием опытной фильтровальной установки MFS19 (Tetra Pak), оборудованной керамическими мембранами Membralox 1,4 мкм (площадь поверхности ~6,5 м). Процесс фильтрования осуществляли при 50°C, используя коэффициент объемной концентрации 10 (VCF=10) и подводящий поток 750 л/ч, что вело к 50 кг MF1 ретентата (MFR1) и 550 кг MF1 пермеата (MFP1). Анализ композиции подаваемого материала (снятого молока) и потоков MF1 пермеата и ретентата см. в таблице 1.
Таблица 1Анализ композиции подаваемого потока, потоков ретентата (MFR1) и пермеата (MFP1) после стадии MF1.
Поток
Снятое молоко
MFR1
MFP1
TS (г/100 г)
9,03
9,17
8,44
Белок (г/100 г DM)
37,14
40,98
37,59
Казеин (г/100 г DM)
28,52
32,41
28,03
NCN (г/100 г DM)
8,64
8,57
9,53
PN (г/100 г DM)
0,38
0,39
0,39
Лактоза (г/100 г DM)
54,42
49,52
53,97
Жир (г/100 г DM)
0,64
1,52
0,48
Зола (г/100 г DM)
7,80
7,99
7,96
Na (мг/г DM)
3,57
3,40
3,67
K (мг/г DM)
19,29
18,47
19,72
Cl (мг/г DM)
9,46
9,14
9,97
Ca (мг/г DM)
13,43
14,72
13,66
Mg (мг/г DM)
1,11
1,13
1,16
P (мг/г DM)
10,11
10,99
10,25
TS=Общие твердые вещества
DM=Сухое вещество
Поток MFP1 содержал все полезные ингредиенты снятого молока, но не поддающуюся обнаружению бактериальную контаминацию. Количество жира уменьшали с 0,64 вес.%, от общего сухого веса, в снятом молоке, до 0,48 вес.%, от общего сухого веса, в поток MFP1.
MF2
2
Поток MFP1 (300 кг) подвергали микрофильтрации с использованием опытной фильтровальной установки Model F (GEA), оборудованной тремя керамическими MF мембранами Isoflux (0,14 мкм, общая площадь поверхности 1,5 м) TAMI Industries, для тангенциального фильтрования («в поперечном потоке»). Процесс фильтрования осуществляли при 50°C, используя коэффициент объемной концентрации 6 (VCF=6) и поток ретентата 1600 л/ч, что вело к 50 кг ретентата, обогащенного мицеллярным казеином, и 250 кг пермеата, обогащенного сывороточным белком. Анализ композиции потоков MF пермеата и ретентата изложен в таблице 2.
Таблица 2Анализ композиции потоков MF2 ретентата (MFR2) и MF2 пермеата (MFP2) после стадии MF2
Поток
MFR2
MFP2
TS (г/100 г)
21,81
5,57
Белок (г/100 г DM)
73,17
9,63
Казеин (г/100 г DM)
63,17
0,00
NCN (г/100 г DM)
9,71
9,61
PN (г/100 г DM)
0,20
0,50
Лактоза (г/100 г DM)
16,14
82,55
Жир (г/100 г DM)
1,89
0,00
Зола (г/100 г DM)
8,80
7,81
Na (мг/г DM)
2,18
6,27
K (мг/г DM)
9,71
27,25
Cl (мг/г DM)
2,64
17,90
Ca (мг/г DM)
25,33
5,28
Mg (мг/г DM)
1,21
1,14
P (мг/г DM)
16,49
6,22
TS=Общее твердое вещество
DM=Сухое вещество
Поток MFR2 обогащали казеином до уровня >60 вес.%, от общего сухого веса, и содержания общего твердого вещества по меньшей мере 20 вес.% от общего веса потока MFR2. Уровни лактозы снижали до уровня ~16 вес.%, от общего сухого веса, уровни минералов выражали в виде золы, увеличенных до ~8,8 вес.%, от общего сухого веса, и молочный жир, остающийся после начальной MF стадии, концентрируют в потоке MFR2 (~2,0 вес.%, от общего сухого веса).
Поток MFP2, полученный во время MF2, содержал значительно меньше белка; ~9,6 вес.%, от общего сухого веса, и не содержит казеин. Уровни лактозы были очень высокими ~83 вес.%, от общего сухого веса, тогда как содержание минералов, выраженное в виде золы, было ниже ~7,8 вес.%, от общего сухого веса. Уровни одновалентных ионов для Na, K, Cl имели высокие значения в потоке пермеата, тогда как магний удерживали в обоих потоках на схожих уровнях. Поток MFP2 содержал белок и фосфор в весовом соотношении фосфора/белка 1/15,5.
UF
Поток MFP2 (250 кг) подвергали ультрафильтрации (UF) с использованием опытной фильтровальной установки Model F (GEA), оборудованной спирально-витыми полимерыми мембранами (Synder, type 3838), которые имеют отсечение по молекулярной массе (MWCO) 5 кДа. Процесс UF осуществляли при 10°C, используя коэффициент объемной концентрации 5 (VCF=5) и поток ретентата 1600 л/ч, что вело к ретентату (50 кг), где сывороточные белки были концентрированы, и пермеату (200 кг), содержащему высокие уровни лактозы и золы. Анализ композиции потоков MF пермеата и ретентата изложен в таблице 3.
Поток UFR имел содержание белка ~26 вес.%, от общего сухого веса, и имел содержание общих твердых веществ 7,0 вес.% от общего веса потока UFR. Уровни одновалентных ионов (Na, K, Cl) снижали по сравнению со входящим потоком MFP2, а также содержанием лактозы. Поток UFR содержал белок и фосфор в весовом соотношении фосфора/белка 1/56,4.
Поток UFP вовсе не содержал белок, и был обогащен одновалентными ионами и лактозой.
Таблица 3Анализ композиции потоков UF ретентата (UFR) и UF пермеата (UFP) после стадии UF
Поток
UFR
UFP
TS (г/100 г)
7,00
5,00
Белок (г/100 г DM)
25,82
0,00
Казеин (г/100 г DM)
0,00
0,00
NCN (г/100 г DM)
0,00
0,00
PN (г/100 г DM)
0,45
0,57
Лактоза (г/100 г DM)
67,59
92,47
Жир (г/100 г DM)
0,49
0,00
Зола (г/100 г DM)
6,1
6,96
Na (мг/г DM)
5,06
6,99
K (мг/г DM)
22,41
31,68
Cl (мг/г DM)
10,29
17,20
Ca (мг/г DM)
3,52
3,21
Mg (мг/г DM)
1,00
1,14
P (мг/г DM)
4,58
5,48
TS=Общее твердое вещество
DM=Сухое вещество
Смешивание
После конечной стадии фильтрования, поток UFR испаряли при 65°C в одноступенчатом испарителе с падающей пленкой до содержания твердого вещества 60 вес.% от общего веса, что делало возможной кристаллизацию в течение ночи и затем распылительную сушку в одноступенчатой сушилке (Anhydro Lab F1), оборудованной поворотным атомизатором, при температуре впуска/выпуска 182/83°C, соответственно. Поток MFR2, содержащий казеин, подвергали распылительной сушке с использованием схожих условий при содержании твердого вещества ~22 вес.% от общего веса. Предварительное испарение не требовалось, из-за высокого содержания белка в потоке.
Порошки потоков UFR и MFR2 рекомбинировали в продукт основы детской смеси (порция 10 кг), имеющий весовое соотношение казеина/сывороточного белка 40/60. Чтобы получить макропищевую композицию целевого продукта основы детской смеси, осуществляли вспомогательное добавление смеси лактозы и жира. Регидратацию ингредиентов при содержании твердого вещества ~30 вес.% осуществляли при 20°C, после чего проводили измерения, чтобы pH составлял 6,85. Состав термически обрабатывали при 90°C в течение 1 минуты с использованием непрямого трубчатого теплообменника Microthermics (NC, USA), гомогенизацию осуществляли ниже по потоку от нагревательной секции при 65°C с использованием давления на первом и втором этапах 138 и 34 бар, соответственно (GEA Niro-Soavi). Составы охлаждали до 35°C и незамедлительно подвергали распылительной сушке при температурах впуска/выпуска 175/90°C, соответственно. Анализ композиции полученного продукта основы детской смеси представлен в таблице 4 (IMF полученный), вместе с целевыми диапазонами макропитательных веществ и минералов для порошков основы детской смеси (IMF целевой).
Таблица 4Анализ композиции продукта основы детской смеси, полученной из UFR и MFR2
IMF (целевой)
IMF (полученный)
Белок (г/100 г DM)
11,2-12,5
12,37
Лактоза (г/100 г DM)
48,8-59,6
54,85
Жир (г/100 г DM)
27,9-30,8
30,22
Зола (г/100 г DM)
2,00-2,5
2,05
Na (мг/100 г)
120-180
171,92
K (мг/100 г)
470-700
639,59
Cl (мг/100 г)
300-450
334,88
Ca (мг/100 г)
340-510
289,10
Mg (мг/100 г)
37-55
39,82
P (мг/100 г)
185-280
250,28
TS=Общее твердое вещество
DM=Сухое вещество
Заключение
Ясно, что получаемый продукт основы детской смеси близко соответствует целевому составу в отношении содержания как макропищевых веществ, так и минералов, и находится в пределах допустимого диапазона для всех составляющих, за исключением кальция, который легко добавить и/или повышать.