СТАБИЛЬНЫЕ ПРИ ХРАНЕНИИ БЕЗ ОХЛАЖДЕНИЯ КОНЦЕНТРИРОВАННЫЕ ЖИДКИЕ МОЛОЧНЫЕ ПРОДУКТЫ И СПОСОБЫ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ
CONCENTRATED LIQUID MILK PRODUCTS STABLE IN PROCESS OF STORAGE WITHOUT COOLING AND THEIR PRODUCTION METHODS

Настоящее изобретение относится к концентрированным жидким молочным продуктам и способу их получения. А именно, настоящее изобретение относится к не образовавшим гель, не потемневшим, органолептически привлекательным концентрированным жидким молочным продуктам, таким как концентрированное молоко с пониженным содержанием сывороточных белков и лактозы.
Жидкие молочные продукты, такие как молоко, могут быть подвергнуты термической обработке с целью повышения их стабильности. К сожалению, часто в результате термической обработки молоко изменяет цвет и/или образует гель в процессе получения или при длительном хранении. Например, лактоза в молоке, нагретом до высокой температуры, взаимодействует с белками, что в результате ведет к появлению неприемлемого коричневого цвета. Это неприятное обстоятельство часто связано с потемнением или с реакцией потемнения Майара. С другой стороны, механизм образования геля до конца не ясен, но в литературе высказываются предположения, что гели могут образовываться при определенных условиях за счет образования сывороточными белками и казеином пространственной матричной белковой структуры. См., например, Datta et al., «Age Gelation of UHT Milk-A Rewiev», Trans. IChemE, Vol. 79, Part C, 197-210 (2001). И образование геля, и потемнение являются не желательными для молока, так как они придают неприемлемые органолептические свойства.
Часто концентрированное молоко является предпочтительной формой, так как позволяет хранить и транспортировать меньшие количества, тем самым уменьшая денежные расходы на хранение и транспортировку, и может позволить более эффективным образом расфасовывать и использовать молоко. Однако получение органолептически привлекательного, высококонцентрированного молока может быть затруднено, потому что процесс концентрирования молока вызывает даже большее количество проблем, чем те, которые были указаны выше, - образование геля и потемнение. Например, молоко, подвергшееся, по меньшей мере, трехкратному концентрированию (3Х), даже более подвержено образованию геля белками и потемнению в процессе термической обработки. Кроме того, такое концентрированное молоко более подвержено расслаиванию и образованию гелей с течением времени, таким образом ограничивая срок хранения. В результате концентрированное молоко, как правило, ограничено концентрацией ниже, чем около 25% общих сухих веществ, причем содержание белков составляет менее около 7%, а срок хранения составляет менее 6 месяцев.
Типичный способ получения концентрированного молока включает несколько стадий нагревания в комбинации с концентрированием молока. Например, один из обычных способов получения концентрированного молока включает сначала стандартизацию молока до требуемого соотношения содержания сухих веществ к жиру и затем предварительное нагревание молока для снижения риска коагуляции казеина молока в процессе последующей стерилизации. Также предварительное нагревание снижает риск коагуляции при хранении перед стерилизацией и может, кроме того, снизить исходное бактериальное загрязнение молока. Предварительно нагретое молоко затем подвергают концентрированию посредством выпаривания, ультрафильтрации или другими подходящими способами до требуемой концентрации. Молоко может быть подвергнуто гомогенизации, охлаждению, повторной стандартизации и расфасовано. Кроме того, может быть введена соль-стабилизатор для снижения риска коагуляции молока, которая может произойти при высоких значениях температур во время хранения. Перед или после расфасовки продукт подвергают стерилизации. Как правило, процесс стерилизации включает как относительно низкие значения температур при относительно длительном времени воздействия (например, от около 90°С до около 120°С в течение от около 5 до около 30 минут), так и относительно высокие значения температур при относительно коротком времени воздействия (например, около 135°С или выше в течение нескольких секунд).
Были документально описаны различные методы получения концентрированного молока с различной стабильностью. Например, в патенте США 2860057, Wilcox описывает способ получения концентрированного молока с использованием предварительного нагревания, пастеризации и высокотемпературной кратковременной стерилизации после концентрирования. Wilcox сообщает, что концентрирует молоко до содержания сухих веществ около 26 процентов с использованием предварительного нагревания при температуре около 115°C (240°F) в течение около 2 минут перед концентрированием, предварительного нагревания до температуры 93°C (200°F) в течение около 5 минут после концентрирования и стерилизации при температуре от около 127 до 132°C (от 261 до 270°F) в течение от 1 до 3 минут.
В патентной публикации США 2003/0054079 A1 (20 марта 2003 года) Reaves описывает способ получения концентрированного молока, подвергнутого обработке ультравысокой температурой, с содержанием сухих обезжиренных веществ молока, равным от 30 до 45 процентов. Reaves описывает предварительное нагревание молока в течение 10 минут при температуре 65°C (150°F) с получением прошедшей предварительное нагревание исходной молочной жидкости, которую затем пастеризуют при температуре 82°C (180°F) в течение от 16 до 22 секунд и сгущают при повышенной температуре пастеризации (то есть 10 минут при температуре 62°C (145°F) под вакуумом) с получением промежуточного концентрированного жидкого молока. В промежуточное молоко вводят сливки и стабилизатор, такой как гексаметафосфат натрия или каррагенан, затем молоко подвергают двухступенчатой ультрапастеризации, на первой стадии при температуре около 82°С (180°F) в течение от 30 до 36 секунд и на второй стадии при температуре 143°С (290°F) в течение 4 секунд. Срок хранения полученного в результате концентрированного молока составляет от 30 дней до 6 месяцев.
В патентной публикации США 2007/0172548 A1 (26 июля, 2007) Cale описывает способ получения термостабильного концентрированного молочного продукта, сначала предварительно нагревая жидкий молочный продукт при температуре, по меньшей мере, около 60°C в течение периода времени, достаточного для снижения содержания растворимого белка при pH 4,6. По Cale время предварительного нагревания при низкой температуре предварительного нагревания около 60°C составляет несколько часов. Согласно Cale, при использовании более высокой температуры время сокращают. Например, при использовании температуры предварительного нагревания от около 70°C до около 100°C время составляет от около 0,5 до около 20 минут. Дополнительно концентрирование далее проводят с использованием ультрафильтрации с или без диафильтрации с получением промежуточного жидкого молочного продукта с общим содержанием молочного белка, по меньшей мере, около 8,5 процентов. Затем перед стерилизацией в промежуточный жидкий молочный продукт добавляют усилители ощущения во рту при потреблении. Эта композиция устойчива к образованию геля и потемнению в процессе стерилизации и устойчива к образованию геля и потемнению, по меньшей мере, в течение около шести месяцев во время хранения при комнатной температуре.
В описываемом способе Cale вообще считается, что предварительное нагревание - необходимая стадия обработки для достижения длительного срока хранения концентрированных молочных продуктов. Cale описывает, что когда не прошедший обработку молочный продукт (содержащий как казеин, так и сывороточные белки) подвергают тепловой обработке, такой как предварительное нагревание, считается, что происходит перекрестное сшивание сывороточных белков с казеином (то есть с κ-казеином), присутствующим на внешней поверхности казеиновых мицелл молока. Cale объясняет, что такое перекрестное сшивание сопровождается, по меньшей мере, двумя эффектами. Во-первых, в результате взаимодействия происходит удаление большей части сывороточных белков из раствора, что важно, поскольку сывороточный белок может быть очень реакционно-способным при высокой температуре, такой как температура при стерилизации. Во-вторых, поскольку казеиновые мицеллы покрыты сывороткой или сывороточным белком, взаимодействие казеин-казеин может быть снижено или минимизировано, что описано, как снижение термически индуцированного гелеобразования в молоке.
Также известны другие технологии концентрирования молока, но каждая из них, как правило, имеет ограничения для получения стабильного при хранении или органолептически привлекательного концентрата. Например, Tziboula и другие, «Microfiltration of milk with ceramic membranes: Influence on casein composition and heat stability», Milchwissenschaft, 53(1):8-11, 1998, описывает материалы и способы, направленные на микрофильтрацию обезжиренного молока. Tziboula описывает, что микрофильтрация молока приводит к получению ретентата, содержащего как казеин, так и сывороточный белок, но также указывает, что содержание сывороточных белков в ретентате и пермеате остается тем же. Tziboula заключает, что, однако, полученные ретентаты, как правило, менее устойчивы к тепловой обработке по сравнению с пермеатом или исходным молоком. Согласно Tziboula лактозу не удаляют из ретентата.
Настоящее изобретение относится к способам получения концентрированных жидких молочных продуктов, таких как концентрированное молоко с казеином и пониженным содержанием сывороточного белка, лактозы и минеральных веществ. В одном аспекте настоящее изобретение относится к способам, в которых предварительное нагревание или другая тепловая обработка исходной молочной жидкости исключена, и/или температуру воздействия на исходные жидкие молочные продукты до и во время концентрирования, как правило, поддерживают ниже уровней, при которых происходит снижение степени перекрестного сшивания, и предпочтительно отсутствует перекрестное сшивание между казеином и сывороточным белком. В другом аспекте настоящее изобретение относится к технологиям концентрирования, при которых из концентрата удаляют как сывороточный белок, так и лактозу. В результате, удаляют достаточное количество сывороточного белка из концентрата перед конечной стадией стерилизации, что минимизирует и предпочтительно позволяет избежать перекрестного сшивания между любым оставшимся сывороточным белком и казеином в готовом напитке ввиду такого низкого содержания сывороточных белков, подвергаемых воздействию повышенной температуры стерилизации. Считается, что такое удаление сывороточных белков и лактозы и регулирование температуры перед концентрированием приводит к улучшению стабильности при хранении готового концентрированного напитка по сравнению с концентратами молочных продуктов из предшествующего уровня техники, по меньшей мере, до около 9 месяцев и предпочтительно, по меньшей мере, до около 12 месяцев или более.
Способы регулирования температуры перед концентрированием, скомбинированные с удалением сывороточных белков и лактозы по настоящему изобретению, обеспечивают преимущества по сравнению со способами концентрирования из предшествующего уровня техники, поскольку считается, что в то время, как при использовании способов из предшествующего уровня техники происходит перекрестное сшивание сывороточного белка и казеина, что обеспечивает начальную стабильность концентрату, это перекрестное сшивание со временем при определенных условиях ведет к деградации и со временем в результате приводит к тому, что концентраты становятся нестабильными после нескольких месяцев хранения. В настоящее время считается, например, что после длительного хранения перекрестное сшивание между сывороточным белком и κ-казеином в концентратах из предшествующего уровня техники, прошедших предварительное нагревание, может слабеть, и при определенных условиях структура сывороточный белок-казеиновая мицелла может ухудшаться. Не желая быть ограниченными какой-либо теорией, авторы настоящего изобретения считают, что перекрестно сшитый сывороточный белок может отделяться от казеиновых мицелл и в то же самое время захватывать с собой молекулы κ-казеина из казеиновой мицеллы. Когда происходит такое разделение, то дополнительно считается, что κ-казеин более не присутствует или присутствует в уменьшенном количестве на внешней поверхности казеиновых мицелл, тогда повышается вероятность взаимодействия казеиновых мицелл с другими казеиновыми мицеллами, что в результате может привести к разделу фаз и/или образованию геля после длительного хранения.
В новых способах по настоящему изобретению стабильные концентрированные жидкие молочные продукты получают, обеспечивая сначала жидкую молочную основу, содержащую лактозу, казеиновые белки и сывороточные белки. Далее жидкую молочную основу концентрируют с использование таких способов, как микрофильтрация, которую проводят таким образом, что концентрируют казеиновый белок и удаляют сывороточные белки, лактозу и минеральные вещества из жидкой молочной основы с получением, как правило, ретентата концентрированного жидкого молочного продукта с удаленными сывороточными белками и лактозой. Предпочтительно ретентат после стадии микрофильтрации имеет общее содержание белка в пределах, по меньшей мере, от около 13 до около 17 процентов и пониженное содержание лактозы и сывороточного белка относительно исходной молочной жидкости. Как правило, отсутствует предварительное нагревание или стадия другой тепловой обработки жидкой молочной основы перед концентрированием, и температуры и время воздействия во время и перед микрофильтрацией поддерживают ниже тех значений, при которых происходит перекрестное сшивание сывороточного белка и казеина. В одном варианте воплощения настоящего изобретения, например, температуру жидкой молочной основы до и во время микрофильтрации поддерживают ниже температуры около 90°C, предпочтительно ниже около 70°C и в некоторых случаях ниже около 55°C.
o
После микрофильтрации в ретентат концентрированного жидкого молочного продукта с удаленными сывороточными белками и лактозой может быть добавлен стабилизатор и усилитель ощущения во рту при потреблении с получением промежуточного концентрированного жидкого молочного продукта. Затем промежуточный жидкий молочный продукт может быть подвергнут стерилизации в течение периода времени и при температуре, достаточных для получения стабильного концентрированного жидкого молочного продукта с показателем F, по меньшей мере, около 5. Поскольку регулируют температуру воздействия на промежуточный жидкий концентрированный молочный продукт перед удалением сывороточного белка и подвергают воздействию повышенной температуры только после удаления сывороточного белка, промежуточный жидкий концентрированный молочный продукт, как правило, устойчив к образованию геля во время стерилизации, и полученный в результате стабильный концентрированный жидкий молочный продукт устойчив к образованию геля, по меньшей мере, в течение около 9 месяцев (предпочтительно, по меньшей мере, около 12 месяцев) хранения при комнатной температуре.
Как правило, полученный в результате стабильный концентрированный жидкий молочный продукт имеет общее содержание сухих веществ от около 25 до около 30 процентов (предпочтительно от около 28 до около 30 процентов) и общее содержание белка от около 9 до около 13 процентов (предпочтительно концентрат имеет содержание от около 8 до около 12 процентов казеинового белка и около 1 процента или менее сывороточных белков) и, как правило, менее чем около 1 процента лактозы. Композиция общего белка в полученном в результате стабильном концентрированном жидком молочном продукте включает, по меньшей мере, около 90 процентов казеинового белка и менее чем около 10 процентов сывороточных белков (предпочтительно, по меньшей мере, около 95 процентов казеинового белка и менее чем около 5 процентов сывороточных белков). Другими словами, полученное в результате соотношение казеиновых белков к сывороточным белкам в готовых концентратах в некоторых случаях составляет, по меньшей мере, около 90:10 и в других случаях, по меньшей мере, около 95:5. Это соотношение контрастирует с соотношением казеина к сывороточным белкам около 80:20 в исходной молочной жидкости и концентратах из предшествующего уровня техники, из которых не удаляли сывороточные белки.
Стабильные концентрированные жидкие молочные продукты, полученные способами по настоящему изобретению, также могут включать другие компоненты, включая стабилизаторы и/или усилители ощущения во рту при потреблении. Например, стабильный концентрированный жидкий молочный продукт может включать от около 0,2 до около 0,4 процента стабилизатора (предпочтительно от около 0,25 до около 0,33 процента). Стабильный концентрированный жидкий молочный продукт также может содержать от около 0,4 до около 0,6 процента усилителя ощущения во рту при потреблении. Наконец, стабильный концентрированный жидкий молочный продукт также может содержать от около 4,5 до около 6 процентов подсластителя, такого как сахар.
В другом варианте воплощения настоящего изобретения способы по настоящему изобретению также позволяют получить стабильные концентрированные жидкие молочные продукты, которые могут включать смесь ультрафильтрованного и прошедшего предварительное нагревание жидкого молочного продукта, скомбинированную с жидкими молочными продуктами, концентрированными с использованием указанных выше способов, при которых удаляют сывороточные белки и лактозу. Например, второй исходный молочный продукт может содержать казеиновый белок и сывороточные белки, пройти предварительное нагревание в течение периода времени и при температуре, достаточных для перекрестного сшивания сывороточных белков и казеина, и затем быть подвергнут концентрированию с использованием ультрафильтрации с получением ретентата второго концентрированного жидкого молочного продукта. Ретентат второго концентрированного жидкого молочного продукта может иметь повышенное содержание как казеинового белка, так и сывороточных белков относительно второй исходной молочной жидкости. В одном варианте воплощения настоящего изобретения белковая композиция второго концентрированного жидкого молочного продукта может иметь содержание казеинового белка от около 80 до около 83 процентов и от около 17 до около 20 процентов сывороточных белков и, по меньшей мере, 70 процентов сывороточных белков перекрестно сшиты с казеиновым белком. Затем ретентат второго концентрированного жидкого молочного продукта может быть смешан с указанным выше ретентатом концентрированного жидкого молочного продукта с удаленными сывороточными белками и лактозой с получением концентратов с варьирующим содержанием сывороточных белков и казеинового белка и варьирующим содержанием перекрестно сшитых сывороточных белков и казеинового белка.
На чертежах:
фиг.1 - блок-схема способа концентрирования жидкого молочного продукта;
фиг.2 - блок-схема предпочтительного способа концентрирования жидкого молочного продукта; и
фиг.3 - блок-схема варианта выполнения способа получения концентрированных жидких молочных продуктов, которые представляют собой смеси микрофильтрованных и ультрафильтрованных жидких молочных продуктов.
Настоящее изобретение в целом относится к способам получения стабильных при хранении концентрированных жидких молочных продуктов с пониженным содержанием сывороточных белков и лактозы, полученных без использования предварительного нагревания или других видов тепловой обработки перед концентрированием. В одном аспекте способы сначала ограничивают температурное воздействие на исходную молочную жидкость до и во время концентрирования до температуры и времени воздействия ниже тех, при которых происходит перекрестное сшивание сывороточных белков с казеином. В другом аспекте в способах затем используют концентрирование, при котором удаляют сывороточные белки, лактозу и минеральные вещества перед воздействием повышенных температур на концентрированные жидкие молочные продукты. В результате первого регулирования температуры и/или времени воздействия, которому подвергается содержащий сывороточные белки жидкий молочный продукт до и во время концентрирования, считается, что перекрестное сшивание между сывороточными белками и казеином может быть снижено или в некоторых случаях отсутствует. Затем проводят концентрирование жидкостей, при котором удаляют сывороточные белки и лактозу перед воздействием на жидкости повышенной температуры и/или температуры стерилизации, что сильно снижает (если вообще позволяет) перекрестное сшивание сывороточных белков с казеином в готовом продукте при воздействии высокой температуры. Считается, что в результате комбинирования такого жидкого молочного продукта с удаленными сывороточными белками и лактозой с процедурами регулирования температуры перед концентрированием улучшается стабильность при хранении готового концентрированного напитка, по меньшей мере, до около 9 месяцев и наиболее предпочтительно до более чем 12 месяцев.
В одном варианте воплощения настоящего изобретения в способе сначала ограничивают термическое воздействие на исходное жидкое молочное сырье до и во время концентрирования до температуры, ниже той, при которой происходит перекрестное сшивание сывороточных белков с белками κ-казеина в казеиновых мицеллах перед концентрированием. Как указано в предшествующем уровне техники, раньше считалось, что перекрестное сшивание необходимо для увеличения срока хранения концентрированных молочных напитков. Способы по настоящему изобретению позволяют избежать такого перекрестного сшивания и стадий нагревания. Например, в способах по настоящему изобретению, как правило, поддерживают температуру и время воздействия на исходную молочную жидкость до и во время концентрирования около 90°C или менее, в некоторых случаях ниже около 70°C или менее и в других случаях ниже около 55°C таким образом, что в жидком молочном продукте по существу не происходит перекрестного сшивания или происходит минимальное перекрестное сшивание между казеином и сывороточными белками перед удалением сывороточных белков во время концентрирования. Как описано более детально ниже, перекрестное сшивание между казеином и сывороточными белками может быть измерено содержанием в жидкости растворимого белка при pH 4,6. Для целей настоящего изобретения по существу отсутствие или минимальное перекрестное сшивание между казеином и сывороточными белками означает содержание, по меньшей мере, около 90 процентов или более растворимого белка при pH 4,6 в жидком молочном продукте перед концентрированием.
o
В другом варианте воплощения настоящего изобретения жидкий молочный продукт затем концентрируют с использованием таких технологий, как микрофильтрация, для концентрирования казеинового белка и удаления сывороточных белков, лактозы и других минеральных веществ с использованием или без использования диафильтрации с получением ретентата концентрированного жидкого молочного продукта с удаленными сывороточными белками и лактозой с соотношением казеина к сывороточным белкам, по меньшей мере, около 90:10 и предпочтительно, по меньшей мере, около 95:5. Далее, перед стерилизацией в ретентат концентрированного жидкого молочного продукта с удаленными сывороточными белками и лактозой могут быть добавлены эффективные количества стабилизаторов и усилителей ощущения во рту при потреблении для получения промежуточного концентрированного жидкого молочного продукта с композицией, устойчивой к образованию геля и потемнению во время стерилизации. Затем промежуточный концентрированный жидкий молочный продукт стерилизуют с получением стабильного концентрированного жидкого молочного продукта с показателем F, по меньшей мере, около 5 (предпочтительно, по меньшей мере, около 6,5 и более предпочтительно, по меньшей мере, около 7,5). Полученный в результате стабильный концентрированный жидкий молочный продукт устойчив к образованию геля, по меньшей мере, в течение около 9 месяцев, предпочтительно, по меньшей мере, около 12 месяцев хранения при комнатной температуре.
o
В частности, стабильный и органолептически привлекательный жидкий молочный продукт получают при использовании многостадийного процесса для достижения заданного показателя стерилизации и продукта со стабильными характеристиками. Фиг.1 иллюстрирует приведенный в качестве примера основной способ получения стабильного концентрированного жидкого молочного продукта. Сначала исходную молочную жидкость или основу жидкого молочного продукта необязательно гомогенизируют. Затем исходную молочную жидкость концентрируют до требуемого уровня с получением ретентата концентрированного жидкого молочного продукта с удаленными сывороточными белками и лактозой. Предпочтительно до и во время концентрирования не проводят предварительного нагревания или других видов термической обработки, которая по существу может привести к перекрестному сшиванию между казеином и сывороточными белками в исходном жидком молочном продукте. Как правило, концентрат (перед внесением добавок) имеет общее содержание сухих веществ от около 24 до около 25 процентов при использовании таких технологий, как только микрофильтрация, так и микрофильтрация в комбинации с диафильтрацией для удаления сывороточных белков, лактозы и минеральных веществ. В случае, когда микрофильтрацию комбинируют с диафильтраций, диафильтрацию следует проводить во время или после микрофильтрации. Затем после стадии концентрирования ретентат концентрированного жидкого молочного продукта с удаленными сывороточными белками и лактозой гомогенизируют. Затем в гомогенизированный концентрированный жидкий молочный продукт могут быть добавлены эффективные количества добавок, таких как стабилизатор или усилитель ощущения во рту при потреблении. Готовый стабильный концентрированный жидкий молочный продукт, который предпочтительно имеет общее содержание белка более чем около 9 процентов (наиболее предпочтительно от около 12 до около 13 процентов белка), расфасовывают и стерилизуют до достижения показателя стерилизации F более чем 5 с получением стабильного концентрированного жидкого молочного продукта.
Фиг.2 иллюстрирует приведенный в качестве примера один из предпочтительных вариантов воплощения настоящего изобретения с получением стабильного концентрированного жидкого молочного продукта. Сначала двухпроцентное молоко гомогенизируют и затем концентрируют с использованием микрофильтрации с диафильтрацией с получением ретентата концентрированного жидкого молочного продукта с удаленными сывороточными белками и лактозой, имеющего целевую композицию (перед внесением добавок) с общим содержанием белка от около 16 до около 17 процентов, жира от около 13 до около 14 процентов, менее чем около 1 процента лактозы и с общим содержанием сухих веществ от около 24 до около 25 процентов. Ретентат концентрированного жидкого молочного продукта с удаленными сывороточными белками и лактозой также, как правило, содержит, по меньшей мере, около 90 процентов казеина (от около 93 до около 95 процентов казеина) от общего содержание белка и менее чем около 10 процентов сывороточных белков (менее чем от около 5 до около 7 процентов сывороточных белков) от общего содержание белка.
Перед концентрированием не проводят стадию предварительного нагревания или какой-либо тепловой обработки двухпроцентного молока, которая может привести к перекрестному сшиванию сывороточных белков и казеина. Как правило, поддерживают температуру 2% молока до и во время концентрирования около 90°C или ниже, предпочтительно около 70°C или ниже и наиболее предпочтительно около 55°C или ниже при времени воздействия, позволяющем минимизировать и предпочтительно предотвращать перекрестное сшивание.
Затем с ретентатом могут быть смешены добавки. В одном варианте воплощения настоящего изобретения добавки могут включать, по меньшей мере, один стабилизатор (например, от около 0,2 до около 0,4 процентов тринатрий цитрата или двунатрий фосфата), по меньшей мере, один усилитель ощущения во рту при потреблении (например, от около 0,2 до около 0,6 процента хлорида натрия) и необязательные добавки (например, от около 0,01 до около 0,02 процента ароматизатора и от около 4 до около 6 процентов подсластителя).
o
Затем полученный в результате продукт расфасовывают и стерилизуют (например, автоклавируют) до достижения показателя стерилизации F, по меньшей мере, 5 с получением в результате стабильного концентрированного жидкого молочного продукта. В одном варианте воплощения настоящего изобретения готовый или полученный в результате стабильный концентрированный жидкий молочный продукт имеет целевую композицию с общим содержанием белка от около 9 до около 13 процентов, из которых, по меньшей мере, около 90 процентов казеина (предпочтительно, от около 93 до около 95 процентов казеина) и менее чем около 10 процентов сывороточных белков (предпочтительно в пределах менее чем от около 5 до около 7 процентов сывороточных белков), от около 6 до около 8 процентов жира, менее чем около 1 процента лактозы и с общим содержанием сухих веществ от около 25 до около 30 процентов.
o
o
Степень стерилизации или показатель стерилизации (F) основывается на времени, в течение которого молочный продукт подвергался воздействию определенных температур и является высшей точкой всех термических обработок, которым подвергается продукт в процессе получения. Таким образом, требуемый показатель стерилизации может быть достигнут посредством различных условий обработки. Как правило, концентрированное молоко стерилизуют до F, равного, по меньшей мере, 5 и предпочтительно значительно более высокого (например, 15 или выше). К сожалению, как было описано выше, высокие значения температур или длительная выдержка при температурах, которые являются обычно необходимыми при традиционных способах стерилизации для достижения требуемых показателей стерилизации, также отрицательно сказываются на стабильности концентрированного молока, особенно концентрированного молока с уровнем содержания белков, приблизительно равным более 7%, вызывая образование геля или потемнение.
o
Показатель стерилизации для процесса стерилизации может быть измерен с использованием графического интегрирования параметров времени-температуры во время медленного нагревания пищевого продукта до точки кипения на графике процесса термической обработки. Это графическое интегрирование демонстрирует уровень общей летальности в продукте, подвергшемся обработке. Для определения времени обработки, требуемого для достижения заданного показателя стерилизации F, используется графический метод, для этого требуется график глубины прогревания (например, графическая диаграмма температуры в зависимости от времени) при медленном локальном нагревании пищевого продукта. Затем на диаграммы нагревания последовательно наносят деления в малых шагах приращения времени, высчитывают среднюю арифметическую величину значения температуры для каждого шага приращения времени, используя для определения показателя летальности (L) для каждой средней температуры формулу:
(Т-121)/z
L=10,
где
Т = среднеарифметическая температура для малого шага приращения времени в °С;
Z = нормированная величина для конкретных микроорганизмов; и
L = летальность конкретных микроорганизмов при температуре Т.
o
Далее показатель летальности высчитывают, как приведено выше, для каждого малого шага приращения времени и умножают на шаг приращения времени, и затем суммируют для получения показателя стерилизации (F), используя формулу:
o
T1
1
T2
2
T3
3
F=(t)(L)+(t)(L)+(t)(L)+…,
где
T1
T2
t, t, … = шаг приращения времени при температуре Т1, Т2,…;
1
2
L, L, … = показатель летальности для шага приращения времени 1, шага приращения времени 2, …; и
o
F = показатель стерилизации микроорганизмов при температуре 121°С.
o
Таким образом, как только кривая проникновения получена, показатель стерилизации F для процесса может быть высчитан конвертированием длительности времени обработки при любой температуре до эквивалентного времени обработки при оговоренной температуре, равной 121°С (250°F). Расчет показателя стерилизации в общем описан в Jay, «High Temperature Food Preservation and Characteristics of Thermophilic Microorganisms», in Modern Food Microbiology (D.R. Heldman, ed.), 1998, ch. 16, New York, Aspen Publishers, который введен здесь ссылкой в полном объеме.
s1
s2
Для цели настоящего изобретения следующие термины обозначают: «сывороточный белок» относится к белку, содержащемуся в плазме молока, иному, чем казеин (то есть сывороточный белок относится к белкам, содержащимся в сыворотке). Термин «плазма молока» обозначает часть сырого молока, остающуюся после удаления жира. Термин «казеин», как правило, обозначает казеин как таковой (например, кислотный казеин) или его водорастворимые соли, такие как казеинаты (например, казеинат кальция, натрия или калия и их смеси). Количество казеина и процентное содержание, описанные здесь, заявлены от общего количества казеина и казеината (за исключением его катионов металлов). Как правило, казеин относится к любому или всем фосфопротеинам молока и любым их смесям. Одной из важных характеристик казеина является то, что он образует мицеллы, встречающиеся в натуральном молоке. Были определены многие компоненты казеина, включая, но не ограничиваясь: α-казеин (включая α-казеин и α-казеин), β- казеин, γ-казеин, κ-казеин и их генетические модификации.
Термин «молоко с пониженным содержанием жира» означает, что содержание жира в молоке составляет около 2 процентов. Термин «молоко с низким содержанием жира» означает, что содержание жира в молоке составляет около 1 процента. Термин «обезжиренное молоко» или «снятое молоко» означает, что содержание жира в молоке составляет менее 0,2 процента. Термин «цельное молоко» означает, что содержание жира в молоке составляет около не менее 3,25 процента, оно может быть стандартизовано или не стандартизовано. Термин «пахта» обозначает остаточный продукт после того, как молоко или сливки были подвергнуты обработке в процессе получения масла, и содержание жира составляет не менее 3,25 процента. Термин «сырое молоко» означает, что молоко еще не подверглось термической обработке. Молоко или молочные продукты, использованные в способах по настоящему изобретению, могут быть стандартизованы или не стандартизованы. Предпочтительным является молоко, полученное от коров; однако если требуется, может быть использовано молоко других млекопитающих, употребляемое в пищу людьми.
Термин «срок хранения» или «длительно хранящийся» обозначает период времени, в течение которого молочный продукт может храниться при температуре от около 70°F до около 75°F без развития нежелательных органолептических показателей, таких как нежелательный аромат, внешний вид, вкус, консистенция или ощущение во рту при потреблении. Кроме того, органолептически приемлемый молочный продукт в течение данного срока хранения не приобретает посторонний аромат, привкус или не темнеет, не будет иметь агрегированной, вязкой или скользкой текстуры и без образования геля. Термин «стабильный» или «длительно хранящийся» означает, что молочный продукт в течение данного периода времени не будет иметь нежелательных органолептических показателей, таких как описано выше, и будет органолептически приемлем и не разделяется на множество фаз (то есть жир, сливки, сыворотку и/или осадок) и сохраняет внешний вид, аналогичный гомогенному молокоподобному жидкому продукта.
Термин «общее содержание сухих веществ молока» или «общее содержание сухих веществ» относится к общему содержанию жира и сухого обезжиренного молочного остатка (СОМО). Термин «СОМО» обозначает общую массу белков, лактозы, минеральных веществ, кислот, ферментов и витаминов.
По существу при осуществлении способа по настоящему изобретению может быть использован любой жидкий молочный продукт. Предпочтительно жидкий молочный продукт получают от любого животного, дающего молоко, употребляемое в пищу человеком. В число таких животных в качестве примера включаются без ограничения: коровы, буйволы, другие жвачные, козы, овцы и им подобные. Как правило, однако, в качестве исходного сырья предпочтительным является коровье молоко. Используемое молоко может быть: цельным молоком, молоком с пониженным содержанием жира, молоком с низким содержанием жира или обезжиренным молоком.
Коровье молоко содержит лактозу, жир, белок, минеральные вещества и воду, а также небольшое количество кислот, ферментов, газов и витаминов. Несмотря на то что на состав сырого коровьего молока могут оказывать воздействие многие факторы, как правило, в его состав входят: от около 11 до около 15 процентов общих сухих веществ, от около 2 до около 6 процентов молочного жира, от около 3 до около 4 процентов белка, от около 4 до около 5 процентов лактозы, от около 0,5 до около 1 процента минеральных веществ и от около 85 до около 89 процентов воды. Хотя в состав молока входят многие типы белков, как правило, они могут быть сгруппированы в две главных категории: белки казеина и сывороточные белки. Минеральные вещества, известные также, как соли молока, или зола, как правило, включают в свой состав в качестве основных компонентов: кальций, натрий, калий и магний; эти катионы могут быть скомбинированы в молоке с фосфатами, хлоридами и цитратами. Молочный жир главным образом состоит из триглицеридов и небольшого количества других различных липидов. Лактоза или молочный сахар (4-О-β-D-галактопиранозил-D-глюкоза) является редуцируемым дисахаридом, присутствующим в сыром молоке.
Что касается деталей способа по изобретению, то в нем не проводят предварительное нагревание или другую тепловую обработку исходной молочной жидкости перед или во время концентрирования при температуре и в течение периода времени, которые могут привести к значительному перекрестному сшиванию между казеином и сывороточными белками. В частности, при осуществлении способов по настоящему изобретению предпочтительно не подвергают исходный молочный продукт воздействию температуры выше около 90°C перед или во время концентрирования и в некоторых случаях ограничивают воздействие температурой около 70°C или ниже, и в других случаях до около 55°C или ниже перед или во время концентрирования. Не желая быть ограниченными какой-либо теорией, авторы считают, что при отсутствии воздействия на исходный молочный продукт таких температур (или воздействие таких температур в течение только короткого периода времени, что не вызывает перекрестного сшивания) происходит снижение степени перекрестного сшивания между сывороточными белками и κ-казеином или в некоторых случаях отсутствует. Следует отметить, что исходная молочная жидкость может быть пастеризована или нагрета при температуре выше 90°C в течение только нескольких секунд или минут (то есть, как правило, менее чем от около 1 до около 2 минут), но такая температура и время воздействия, как правило, недостаточны для перекрестного сшивания казеина с сывороточными белками в значительной степени.
Перекрестное сшивание между казеином и сывороточными белками может быть определено измерением содержания растворимого белка при pH 4,6 в жидкости. Содержание растворимого белка измеряют, как содержание растворимого белка при pH 4,6, конкретно как содержание α-лактальбумина и β-лактоглобулина сывороточного белка. Пример подходящего способа измерения содержания растворимого белка при pH 4,6 описан в патентной заявке №11/186543, основываясь на методах, описанных в J. Agric. Food Chem. 1996, 44, 3955-3959 и Int. J. Food Sci. Tech. 2000, 35, 193-200 с модификациями, позволяющими использовать ВЭЖХ-масс-спектрометрию. Все три ссылки, относящиеся к содержанию растворимого белка при pH 4,6, введены здесь ссылкой. В этом случае считается, что жидкость до и во время концентрирования имеет содержание растворимых сывороточных белков, по меньшей мере, около 90 процентов или более при pH 4,6, что указывает, что происходит только минимальное или по существу не происходит перекрестное сшивание казеина и сывороточного белка перед стадиями удаления сывороточных белков.
Затем регулируют температуру концентрирования исходной молочной жидкости с использованием предпочтительно технологии микрофильтрации с или без диафильтрации для удаления сывороточных белков, лактозы и минеральных веществ. В предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения концентрирование жидкого молочного продукта проводят до степени концентрирования, по меньшей мере, около 2,7 (и предпочтительно, по меньшей мере, около 3 и более предпочтительно, по меньшей мере, около 4) с получением концентрированного жидкого молочного продукта (перед внесением добавок) с общим содержанием белка более чем около 9 процентов (и предпочтительно от около 13 до около 17 процентов) и менее чем около 1 процентом лактозы с получением ретентата жидкого молочного продукта с удаленными сывороточными белками и лактозой. Содержание сухих веществ в ретентате концентрированного жидкого молочного продукта зависит, по меньшей мере, частично от степени концентрирования.
При использовании микрофильтрации на стадии концентрирования может быть удалено значительное количество (как правило, по меньшей мере, около 40 процентов и более, предпочтительно, по меньшей мере, около 95 процентов) лактозы и минеральных веществ. Дополнительно при использовании микрофильтрации из исходной молочной жидкости удаляют сывороточные белки. Как правило, при использовании микрофильтрации удаляют, по меньшей мере, около 80 процентов и более предпочтительно, по меньшей мере, около 90 процентов сывороточных белков, или белков молочной сыворотки, из исходной молочной жидкости. Ретентат концентрированного жидкого молочного продукта с удаленными сывороточными белками и лактозой (перед внесением добавок), таким образом, предпочтительно имеет общее содержание белка в пределах, по меньшей мере, от около 13 до около 17 процентов, в котором содержится от около 93 до около 95 процентов казеина и от около 5 до около 7 процентов сывороточных белков, и менее чем около 1 процента лактозы. После концентрирования жидкий молочный продукт необязательно может быть охлажден до около комнатной температуры (например, такой как от около 20 до около 25°С.)
Как указано выше, стадию концентрирования проводят с использованием микрофильтрации, предпочтительно с диафильтрацией, используя мембраны с размером пор, достаточно большим для того, чтобы пропустить часть сывороточных белков, лактозы и минеральных веществ через поры с водой в качестве пермеата, в то время как ретентат включает основную часть белков и жир. Например, молоко может быть подвергнуто обработке мембранным разделением для отделения обогащенного казеиновым белком ретентата от обогащенного лактозой и сывороточными белками пермеата. Однако вид молока, обрабатываемого по настоящему изобретению, практически не ограничен и включает, например, цельное молоко, обезжиренное молоко, молоко с пониженным содержанием жира, молоко с низким содержанием жира, пахту и их комбинации.
В одном варианте воплощения настоящего изобретения использованная технология мембранной фильтрации включает использование традиционного устройства для микрофильтрации с керамическими мембранными фильтрами со средним размером пор около 0,2 микрометра или менее (предпочтительно около 0,1 микрометра) и при однородном трансмембранном давлении от около 0,1 до около 0,5 бар и температуре обработки от около 50 до 55°С. В одном варианте воплощения настоящего изобретения сывороточные белки, лактоза и минеральные вещества проходят через мембрану с показателем разделения около 50 процентов, и ретентат включает около 100 процентов жира и казеинового белка, около 50 процентов лактозы и около 50 процентов свободных минеральных веществ относительно сырьевого потока. В предпочтительных вариантах воплощения настоящего изобретения диафильтрацию также проводят с использованием такого же фильтра и при тех же условиях, что и на стадии микрофильтрации, за исключением того, что в диафильтрационную систему подают дилюент. Предпочтительно стадии диафильтрации и микрофильтрации проводят в той же системе без остановки. Проведение диафильтрации позволяет поддержать уровень концентрации лактозы в ретентате менее 4 процентов и сывороточных белков в пределах менее от около 5 до около 7 процентов от общего содержания белка.
После концентрирования и необязательного охлаждения в ретентат концентрированного жидкого молочного продукта с удаленными сывороточными белками и лактозой могут быть добавлены эффективные количества стабилизатора, усилителя ощущения во рту при потреблении и/или ароматизатора таким образом, что полученный в результате концентрат остается жидким во время стерилизации и в течение всего срока хранения. Стабилизатором может быть хаотропный агент, буфер, связывающий кальций, или другой стабилизатор, который эффективно связывает кальций, для предотвращения образования геля или разделения фаз концентрированного жидкого молочного продукта во время хранения. В то же время не следует ограничиваться теорией, детально описанной в патенте США 7026004, согласно которому считается, что стабилизатор, связывающий кальций, предотвращает образование геля или разделение фаз жидкого молочного продукта во время любого хранения перед последующей стерилизацией. Может быть использован любой буфер или хаотропный агент, или стабилизатор, который связывает кальций. Например, подходящие буферы, связывающие кальций, стабилизаторы и хаотропные агенты включают цитратные и фосфатные буферы, такие как мононатрий фосфат, двунатрий фосфат, двукалий фосфат, двунатрий цитрат, тринатрий цитрат, ЭДТК и подобные им, а также их смеси. Примеры хаотропных агентов включают натрия додецилсульфат (SDS) и мочевину. Предпочтительным буфером, связывающим кальций, или стабилизатором является двунатрий фосфат.
Подходящие усилители ощущения во рту при потреблении включают хлорид натрия, хлорид калия, сульфат натрия и их смеси. Предпочтительные усилители ощущения во рту при потреблении включают хлорид натрия и хлорид калия, наряду с их смесями; наиболее предпочтительным усилителем ощущения во рту при потреблении является хлорид натрия. Также могут быть добавлены ароматизаторы и другие добавки, такие как сахара, подсластители (натуральные и/или искусственные), эмульгаторы, заменители жира, мальтодекстрин, пищевые волокна, крахмалы, камеди и обработанные ферментами, культивированные, натуральные и искусственные ароматизаторы или ароматизирующие экстракты, при условии, что они не будут оказывать значительного и негативного воздействия на стабильность или характеристики во рту при потреблении.
Эффективные количества стабилизатора и усилителя ощущения во рту при потреблении, как правило, зависят от конкретной исходной молочной жидкости, требуемой концентрации и способности конкретного используемого стабилизатора связывать кальций. Однако, как правило, при использовании в качестве исходной молочной жидкости 2%-ного молока и при использовании микрофильтрации в способах по настоящему изобретению может быть эффективно использование от около 0,1 до около 1 процента двунатрий фосфата, от около 0,1 до около 1 процента хлорида натрия, от около 1 до около 10 процентов сахара и от около 0,01 до около 0,3 процента других ароматизаторов в случаях, когда коровье молоко используют в качестве исходной молочной жидкости с получением стабильного жидкого концентрата.
o
Затем ретентат концентрированного жидкого молочного продукта с удаленными сывороточными белками и лактозой с добавками подвергают стерилизации с получением в результате стабильного концентрированного жидкого молочного продукта. Предпочтительно стерилизацию проводят с использованием автоклава. Необязательно, если есть необходимость, концентрированный жидкий молочный продукт разводят до достижения конечной концентрации, разведение следует выполнять перед стерилизацией. Предпочтительно жидкий молочный продукт расфасовывают, герметично закупоривают и затем подвергают стерилизации в любом подходящем устройстве. Стерилизацию проводят в течение периода времени и при температуре, достаточных для достижения показателя стерилизации F, по меньшей мере, около 5. Как правило, процесс стерилизации включает период времени, в течение которого температура растет, или время нагревания, период выдержки и период времени, в течение которого происходит охлаждение. В течение периода времени, когда температура растет, она составляет от около 118°С до около 145°С, и время достижения этого значения составляет от около 1 секунды до около 30 минут. Затем температурные значения, равные от около 118°С до около 145°С, сохраняются в течение периода времени, равного от около 1,5 секунд до около 15 минут. Затем температурные значения понижаются ниже около 25°С в течение около 10 минут или меньше. Предпочтительно образцы осторожно перемешивают (например, поворачивая контейнер) во время стерилизации для минимизации образования «пенки».
o
Процесс обработки (то есть микрофильтрацию, внесение стабилизаторов и усилителей ощущения во рту при потреблении и стерилизацию) контролируют для получения готового стабильного концентрированного жидкого молочного продукта с общим содержанием белка более чем около 9 процентов и предпочтительно от около 12 до около 13 процентов, с достижением при этом показателя стерилизации F, по меньшей мере, около 5 и сроком хранения, равным, по меньшей мере, около 9 месяцев и предпочтительно, по меньшей мере, около 12 месяцев при комнатной температуре. Предпочтительно отсутствует необходимость в добавлении буферов (таких как цитратные буферы и тому подобное), веществ, связывающих минеральные вещества (таких как вещества, связывающие кальций и тому подобное), или других стабилизаторов перед концентрированием ввиду регулирования температуры и удаления сывороточных белков/лактозы, что позволяет достичь значительной степени стабильности полученного в результате концентрата без необходимости в таких дополнительных усилителях стабильности. Дополнительно, также предпочтительно отсутствует необходимость во втором концентрировании (с использованием ультрафильтрации, сгущения, микрофильтрации или иных способов) ретентата с удаленными сывороточными белками и лактозой, поскольку достаточная степень концентрирования может быть достигнута с использованием микрофильтрации с получением стабильного концентрата, в частности, при комбинировании с регулированием температуры перед концентрированием.
Как указано выше, композиция белка готового стабильного концентрированного жидкого молочного продукта содержит, по меньшей мере, от около 93 до около 95 процентов казеинового белка и, как правило, в пределах менее чем от около 5 до около 7 процентов сывороточных белков. В результате эти концентраты, как правило, имеют соотношение казеинового белка к сывороточным белкам от около 93:7 до около 95:5. Это соотношение контрастирует с исходной молочной жидкостью и концентратами из предшествующего уровня техники, из которых не удаляют сывороточные белки и которые имеют соотношение казеина к сывороточным белкам около 80:20. Как правило, полученные в результате стабильные концентрированные жидкие молочные продукты по настоящему изобретению имеют вязкость от около 70 мПа*с до около 1300 мПа*с и предпочтительно от около 100 мПа*с до около 1500 мПа*с при комнатной температуре. (Как было измерено с использованием вискозиметра Brookfield RV с использованием шпинделя №27 при 100 оборотах в минуту при комнатной температуре после около 2 минут сдвига.)
Не желая быть ограниченными какой-либо теорией, авторы настоящего изобретения считают, что изначальное ограничение термической обработки перед снижением содержания или удалением сывороточного белка из жидкого молочного продукта с использованием микрофильтрации снижает перекрестное сшивание между сывороточными белками и казеиновыми мицеллами (и в некоторых случаях предотвращает его полностью). Опять же, не желая быть ограниченными какой-либо теорией, авторы настоящего изобретения считают, что поскольку концентрированные ретентаты включают пониженное содержание сывороточных белков, такое перекрестное сшивание также снижено (и предпочтительно предотвращено полностью) на последующей стадии стерилизации. Следовательно, считается, что поскольку снижено или по существу предотвращено образование перекрестно сшитых связей между сывороточными белками и κ-казеином на поверхности казеиновых мицелл, стабильность концентрированного продукта может быть повышена, поскольку отсутствует перекрестное сшивание сывороточных белков, позволяющее отделение κ-казеина от казеиновых мицелл, что по существу объяснено в предшествующем уровне техники. Считается, что способы по настоящему изобретению позволяют получить концентраты с цельными казеиновыми мицеллами, окруженными белками κ-казеина (при отсутствии или с минимальным перекрестным сшиванием сывороточных белков с κ-казеином). Считается, что такие структуры способны минимизировать взаимодействие казеин-мицелла с казеин-мицелла с получением в результате концентратов с повышенным сроком хранения по сравнению с концентратами из предшествующего уровня техники, поскольку κ-казеин остается цельным с казеиновыми мицеллами.
Как указано выше, концентрированный жидкий молочный продукт может быть гомогенизирован перед расфасовкой (перед или после внесения добавок). Как правило, гомогенизация может быть проведена в любое время после того, как будет получен требуемый состав композиции молочного продукта и перед расфасовкой для облегчения разбивания и диспергирования жира, содержащегося в молоке, что делает всю структуру молочного продукта более гладкой, однородной. Гомогенизация, если она проводится, может быть осуществлена в один или несколько этапов. Например, в одном не ограничивающем варианте воплощения настоящего изобретения первый этап гомогенизации может быть проведен при приблизительно 1500 фунтов на кв. дюйм, и второй этап гомогенизации может быть осуществлен при около 500 фунтов на кв. дюйм в стандартном промышленном гомогенизаторе. Если гомогенат не расфасовывают сразу же, то он может быть охлажден. Например, гомогенат может быть охлажден при прохождении через регенерационную и охлаждающую секцию пластинчатого теплообменника стандартного гомогенизатора. Также могут быть использованы другие схемы, применяемые для гомогенизации молочных продуктов.
Технология расфасовки не ограничивается только использованной, поскольку подходит любая, сохраняющая целостность молочного продукта, достаточная для стабильности при хранении молочного продукта. Например, молочные концентраты могут быть подвергнуты стерилизации или автоклавированию в стеклянных бутылках или картонной коробке с остроконечным верхом и тому подобном, которые заполнены, герметично закупорены, и затем содержимое подвергают термической обработке. Молочные продукты также могут быть упакованы в большие емкости, такие как традиционные контейнеры в виде картонной коробки с краном или стандартной тары для перевозки. В одном варианте воплощения настоящего изобретения могут быть использованы предварительно стерилизованные бутылки или выстланные фольгой картонные коробки с остроконечным верхом. Также могут быть использованы системы расфасовки пищевых продуктов, предназначенные для продления срока хранения (ESL), или системы асептической упаковки, но они также не ограничивают объем настоящего изобретения. Используемые системы расфасовки пищевых продуктов включают традиционно применяемые системы или приемлемые для жидких пищевых продуктов, в частности, молочных продуктов и фруктовых соков. Предпочтительно образцы осторожно перемешивают (например, поворачивая контейнер) во время стерилизации для минимизации образования «пенки». Также молочный продукт может быть налит и транспортирован в автоцистерне для бестарной перевозки жидких веществ или в железнодорожные цистерны для бестарной перевозки жидких веществ.
Стабильный концентрированный жидкий молочный продукт в предпочтительной форме является органолептически привлекательным молоком, которое может быть герметично закупорено в картриджи или сменные емкости с использованием любой машины для производства напитков. Примеры предпочтительных применений и машин для получения напитков могут быть найдены в патентной заявке США с серийным номером 10/763680, поданной 23 января 2004 года, принадлежащей тем же самым заявителям, что и настоящее изобретение, описанное здесь, которая введена здесь ссылкой в полном объеме. Концентрирование молока является очень выгодным, так как позволяет разливать большие объемы молока машинами для производства напитков, поскольку оно может храниться в меньшей таре с меньшим количеством жидкости.
Например, картридж с концентрированным молоком может быть использован для получения аутентично выглядящей пенки, требуемой потребителями, на пенистых напитках на молочной основе типа «каппучино». Картридж со стабильным концентрированным молоком также подходит для получения пенки при использовании его в машинах с низким давлением, и картридж описан в патентной заявке США серийный номер 10/763680, с использованием давления только ниже около 2 бар.
Также дополнительно при использовании стабильного концентрированного молока может быть получен молочный напиток. Например, напитки, полученные смешиванием стабильного концентрированного молока и водной среды. Также молочный напиток может быть диспергирован при использовании картриджа, содержащего стабильное концентрированное молоко, также описанного в патентной заявке США серийный номер 10/763680, при прохождении водной среды через картридж с получением напитка разведением. В одном таком примере стабильный концентрированный жидкий молочный продукт предпочтительно может быть смешан или разведен водной средой в соотношении от около 1:1 до около 6:1 с получением молочного напитка.
Фиг.3 иллюстрирует альтернативный способ получения стабильного концентрированного жидкого молочного продукта. В этом способе ультрафильтрованное и прошедшее предварительное нагревание молоко (с перекрестным сшиванием сывороточных белков и казеина) смешивают с концентрированным жидким молочным продуктом с проведением регулирования температуры перед концентрированием и удалением сывороточных белков/лактозы, как указано выше. Этот альтернативный способ является преимущественным, поскольку содержание сывороточных белков в концентрате понижено, что необходимо при повышенном содержании сывороточных белков с дополнительными сывороточными белками, перекрестно сшитыми с казеиновыми мицеллами для улучшения стабильности.
В одном варианте воплощения настоящего изобретения вторую исходную молочную жидкость необязательно гомогенизируют и затем подвергают предварительному нагреванию для перекрестного сшивания сывороточных белков и казеина. Например, вторая исходная молочная жидкость может быть подвергнута предварительному нагреванию в течение периода времени и при температуре, эффективных для достижения содержания, по меньшей мере, около 25 процентов сывороточных белков при пониженном pH 4,6 и в некоторых случаях, по меньшей мере, от около 50 до около 90 процентов и в других случаях, по меньшей мере, от около 70 до около 90 процентов. Предварительное нагревание может быть проведено при температуре около 60°C и в некоторых случаях при температуре от около 70°C до около 100°C в течение от около 0,5 до около 20 минут с достижением снижения содержания растворимого белка, что указывает на то, что сывороточные белки и казеин перекрестно сшиты. Затем жидкий молочный продукт концентрируют с использованием ультрафильтрации и диафильтрации с получением концентрата с соотношением казеина к сывороточным белкам от около 80:20 до около 83:17 с менее чем около 1 процентом лактозы. Приведенный в качестве примера способ получения ультрафильтрованного молока описан в публикации США № 2007/0172548 A1, которая введена здесь ссылкой.
Затем концентрат может быть гомогенизирован и затем смешен с концентрированным ретентатом с удаленными сывороточными белками и лактозой, как указано выше. Смеси могут содержать от около 25 до около 75 процентов микрофильтрованного концентрата и от около 25 до около 75 процентов ультрафильтрованного концентрата. Сразу после внесения добавок, как указанно выше, жидкость может быть стерилизована с получением альтернативного стабильного концентрированного жидкого молочного продукта.
Далее при помощи примеров проиллюстрированы преимущества и варианты воплощения концентратов по настоящему изобретению; однако конкретные условия, технологические схемы, материалы и количества, приведенные в этих примерах, наряду с другими условиями и деталями, не ограничивают объем притязаний настоящего изобретения. Если не указано иное, все проценты приведены по массе.
ПРИМЕРЫ
Пример 1
Для сравнения стабильности концентратов во время хранения, полученных способом по публикации США №2007/0172548 A1 («сравнительный образец» и «по публикации '548»), с концентратами, полученными способом по настоящему изобретению («по настоящему изобретению» или «образец с удаленными сывороточными белками»), получают образцы концентрированного молочного продукта.
Сравнительный образец получают с использованием способа по публикации '548 с получением 3,3-кратно концентрированного молока. Сравнительный образец сначала получают гомогенизацией 2-процентного сырого молока при 500 фунтах на квадратный дюйм, проводя предварительное нагревание гомогенизированного молока при температуре около 90°C в течение около 300 секунд, и затем концентрируют прошедшее предварительное нагревание молоко при температуре от около 50 до около 55°C при использовании ультрафильтрации с диафильтрацией с использованием половолоконной мембраны с номинальным отсечением по молекулярной массе 10000 кДа. Концентрирование проводят до общего содержания сухих веществ около 25 процентов. Диафильтрацию водой используют для снижения содержания лактозы менее около 1 процента. После концентрирования проводят вторую стадию гомогенизации при 1500/150 фунтов на квадратный дюйм. После гомогенизации около 4,5 процентов сахарозы, около 0,25 процента тринатрий цитрата и 0,4 процента хлорида натрия комбинируют с около 69,3 процентами концентрата и около 25,5 воды с получением готового сравнительного концентрата, который затем стерилизуют в условиях автоклавирования при температуре от около 118 до 145°C, которая достигается в течение от около 1 секунды до около 30 минут, поддерживая эту температуру в течение от около 1,5 секунд до около 15 минут, и затем охлаждают образец до комнатной температуры в течение около 10 минут или менее.
Образец с удаленными сывороточными белками получают, сначала гомогенизируя 2-процентное пастеризованное молоко при 1500/500 фунтов на квадратный дюйм, концентрируя гомогенизированное молоко при использовании микрофильтрации с диафильтрацией с использованием диафильтрации с керамической мембраной с размером пор 0,1 микрометров. Концентрирование проводят до общего содержания сухих веществ около 31 процента. Диафильтрацию проводят для снижения содержания лактозы в концентрате ниже около 1 процента. После концентрирования проводят вторую стадию гомогенизации при 4000/500 фунтов на квадратный дюйм. После второй гомогенизации около 54,3 процентов концентрата, 40,5 процентов воды, около 4,5 процентов сахарозы, около 0,25 процента тринатрий цитрата и около 0,4 процента хлорида натрия комбинируют с получением готового сравнительного концентрата, который затем стерилизуют в таких же условиях, как указано выше. Небольшое различие в добавляемых количествах концентрата и воды в образец с удаленными сывороточными белками объясняется разницей процентного содержания сухих веществ после концентрирования, при этом готовый концентрат имеет композицию, аналогичную сравнительному образцу.
Оба образца готовых концентратов имеют аналогичную композицию по содержанию жира, общему белку, минеральным веществам и лактозе, как приведено в таблице 1 ниже. В то время как оба образца имеют аналогичное общее содержание белка, образцы, полученные способом по настоящему изобретению (то есть образец с удаленными сывороточными белками), имеют по существу более низкое содержание сывороточных белков (то есть меньше на около 73 процента сывороточных белков по сравнению со сравнительным образцом). Затем образцы хранят в состоянии покоя в течение около 8 месяцев при температуре от около 70 до около 75°F перед проведением визуальной оценки.
Таблица 1Концентрированная композиция
Образец по настоящему изобретению с удаленными сывороточными белками
Сравнительный образец
Общее содержание сухих веществ
22,5%
22,5%
Общее содержание белка
9,5%
9,5%
Жир
6,2%
6,2%
Лактоза
<1%
<1%
Казеин
9%
7,6%
Сывороточный белок
0,5%
1,9%
Визуальная оценка после хранения в течение около 8 месяцев
Жидкий
Три различных фазы
После около 8 месяцев хранения при указанных выше условиях произошло разделение фаз в сравнительном образце. Слой сливок поднялся в верхнюю часть образцов, в то время как на дне образовался гелеобразный слой осадка. Дополнительно, между слоем сливок и осадка виден слой непрозрачной жидкости. В противоположность, образец с удаленными сывороточными белками, полученный способом по настоящему изобретению, выглядит как непрерывная единая фаза без визуального разделения на слой сливок или жидкости. Дополнительно во время проведения визуальной оценки было отмечено, что в образце присутствует осадок в небольшом количестве, но по существу образец остается однородным и жидким.
Для сравнения воздействия высокой степени концентрирования сухих веществ молока и выбора добавки, двунатрий фосфата получают аналогичные образцы. Также при получении этих образцов используют те же способы, которые указанны выше, для получения концентратов, которые приведены в таблице 2 ниже. После около 8 месяцев хранения при температуре от около 70 до около 75°F в сравнительном образце с более высоким содержанием сухих веществ виден осадок и тонкий слой воды (отсутствует видимый слой сливок), при этом образец с удаленными сывороточными белками, полученный способом по настоящему изобретению, очень гомогенный без какого-либо разделения фаз. Сравнительный образец получают комбинированием около 91,8 процента концентрата, около 1,3 процента воды, около 6,0 процентов сахарозы, около 0,33 процента двунатрий фосфата и около 0,55 хлорида натрия. Образец по настоящему изобретению с удаленными сывороточными белками получают комбинированием 72,1 процента концентрата, около 21,1 процента воды, около 6,0 процентов сахарозы, около 0,33 процента двунатрий фосфата и около 0,55 хлорида натрия. Аналогично, имеющиеся различия объясняются различием в общем содержании сухих веществ в концентратах после концентрирования и необходимостью получения концентратов с аналогичными композициями, как показано ниже.
Таблица 2Композиции концентратов с более высоким содержанием сухих веществ
Образец по настоящему изобретению с удаленными сывороточными белками
Сравнительный образец
Общее содержание сухих веществ
30%
30%
Общее содержание белка
12,7%
12,7%
Жир
8,2%
8,2%
Лактоза
<1%
<1%
Казеин
12,1%
10,2%
Сывороточный белок
0,6%
2,5%
Визуальная оценка после хранения в течение около 8 месяцев
Гомогенный и жидкий
Слой осадка и слой воды
Пример 2
Образцы получают, смешивая концентрированное 2-процентное молоко, полученное как способом по публикации '548 (то есть ультрафильтрацией или УФ-образцы), так и способом с удалением сывороточных белков и лактозы по настоящему изобретению (то есть микрофильтрацией или МФ-образец), для определения воздействия на стабильность при стерилизации варьирования содержания сывороточных белков в готовых концентратах, полученных при смешивании УФ- и МФ-образцов. Поскольку УФ-образцы получают с использованием способа по публикации '548, включающего проведение предварительного нагревания, то, по меньшей мере, около 70 процентов сывороточных белков и казеина в них перекрестно сшито.
Готовые образцы, имеющие соотношение из 100% УФ (сравнительный) и 100% МФ-ретентатов, и смеси УФ- и МФ-образцов, включая 75% УФ:25% МФ; 50% УФ:50% МФ; и 25% УФ:75% МФ, приведены на фиг.3. В каждый образец перед стерилизацией (если не указанно иное) добавляют около 6 процентов сахарозы, около 0,55 процента хлорида натрия и около 0,33 процента двунатрий фосфата. После стерилизации все образцы остаются жидкими, но с повышенной вязкостью, что связано с более высоким процентным содержанием микрофильтрованного концентрированного молока (см. таблицу 3). Сравнение нормализованных показателей вязкости (вязкость разделена на общее содержание сухих веществ образца) продемонстрировало более высокие показатели для концентрата, полученного при использовании микрофильтрации по сравнению с ультрафильтрацией, но в других отношениях приемлем.
Таблица 3Анализ после стерилизации
Вязкость (санти-пуазы) после стери-лизации
Общее содержание сухих веществ (%)
Нормали-зованная вязкость (Вязкость/Общие сухие вещества)
Общее со-дер-жание белка (%)
Ка-зеин (%)
Сыво-роточ-ные белки (%)
Саха-роза (%)
NaCl (%)
DSP (%)
100% УФ (контроль)
57,5
29,43
1,95
12
80
20
6
0,55
0,33
75%:25% (УФ:МФ)
77,5
30,67
2,53
13,1
83,8
16,2
6
0,55
0,33
50%:50% (УФ:МФ)
190,5
32,3
5,90
13,7
87,5
12,5
6
0,55
0,33
25%:75%(УФ:МФ)
487,5
33,79
14,43
14,3
91,2
8,8
6
0,55
0,33
100% МФ
1240
35,11
35,32
14,9
95
5
6
0,55
0,33
100% МФ (без добавок)
477,5
30,22
15,80
15,9
95
5
0
0
0
100% УФ(без добавок) (контроль)
32,5
24,22
1,34
13,5
80
20
0
0
0
Результаты после около 7 месяцев хранения при комнатной температуре (от около 70 до около 75°F) приведены в таблице 4 ниже. Поскольку общие сухие вещества тестируемых образцов не нормализованы, некоторые образцы имеют более высокое содержание сухих веществ и, как результат, образуют не жидкие концентраты после длительного хранения.
Таблица 4Оценка после около 7 месяцев хранения
Визуальная оценка
рН
Вязкость (сантипуазы)
Примечания
100% УФ (контроль)
Очень текучий
6,23
130
75%:25% (УФ:МФ)
Очень текучий
6,28
157,5
50%:50% (УФ:МФ)
Очень текучий
6,26
357,5
25%:75%(УФ:МФ)
Густой, но текучий
6,26
975
В образце высокое содержание сухих веществ
100% МФ
Очень низкая текучесть даже после перемешивания
6,27
2200
В образце высокое содержание сухих веществ
100% МФ (без добавок)
Не текучий даже после перемешивания
6,74
2128
100% УФ(без добавок) (контроль)
Очень текучий
6,85
127,5
Следует понимать, что различные изменения в деталях, материалах и устройствах, используемых в процессе, рецептурных составах и их ингредиентах, которые указаны выше, для объяснения и иллюстрации способа и полученного в результате концентрата могут быть сделаны специалистом в области техники, к которой относится настоящее изобретение, и не выходят за рамки настоящего изобретения, как приведено в формуле изобретения.