Способ (варианты) и модульная система для производства молочного продукта
METHOD (VERSIONS) AND A MODULAR SYSTEM FOR PRODUCTION OF A DAIRY PRODUCT

Область техники
Настоящее изобретение относится к усовершенствованному способу производства молочных продуктов, предпочтительно для производства сухих молочных смесей, таких как детские молочные смеси и другие пищевые продукты для детей, а также к промежуточным продуктам, получаемым указанным способом, использованию указанных промежуточных продуктов и системы для осуществления указанного способа.
Уровень техники
Женское молоко считается «золотым стандартом» для детского питания. Обработка молока животных, например, коровьего молока, более похожего по составу на женское молоко, известна в данной области. Такая обработка известна в данной области как «гуманизация» молока животных. Способ гуманизации молока животных включает изменение соотношения казеина и сывороточных белков, которое составляет в молоке животных (например, приблизительно 80:20 для коровьего молока) до требуемого соотношения для детского питания, которое составляет в женском молоке (предпочтительно от 75:25 до 30:70). Кроме того, содержание минеральных веществ в молоке животных обычно выше, чем содержание, обнаруженное в женском молоке. Таким образом, гуманизация молока животных требует снижения содержания минеральных веществ.
Получение продуктов, подходящих для использования в детском питании, как правило, включает смешивание различных индивидуально очищенных компонентов в соответствующих соотношениях, или влажных или сухих. Современные способы производства требуют множество молочных компонентов от промежуточных поставщиков, включающих обезжиренное молоко или его концентрат (включая сухое обезжиренное молоко), деминерализованную сыворотку или ее концентрат (включая сухую деминерализованную сыворотку), концентраты сывороточного белка или изоляты (обычно в виде порошков) и чистую лактозу (обычно в виде порошка) для получения питательно сбалансированной детской смеси.
В патенте WO 96/08155 описывается способ обработки обезжиренного молока для производства порошкообразного сыра и сухого молока, в которых сывороточные белки удалены из обезжиренного молока микрофильтрацией, и дополнительная обработка включает ультрафильтрацию.
В патенте США 5503865 раскрывается способ обработки обезжиренного молока, включающий микрофильтрацию или ультрафильтрацию. Пермеат от этого можно деминерализовывать, например ионным обменом и/или электродиализом для того, чтобы сделать его пригодным для использования в продуктах для детей.
В патенте США 4497836 раскрывается способ, в котором сыворотку подвергают ультрафильтрации, а пермеат от этого подвергают электродиализу или ионному обмену.
В патенте WO 2001/93689 раскрывается способ, в котором молочную сыворотку подвергают ультрафильтрации, а пермеат от этого подвергают диафильтрации. Ретентат ультрафильтрации объединяют с ретентатом диафильтрации при производстве детских молочных смесей, смешиванием объединенного продукта с сухим молоком.
В патенте ЕР 1133238 описывается способ, в котором молоко животных подвергают микрофильтрации через мембрану, имеющую пористость 0,1-0,2 мкм, после чего пермеат микрофильтрации, содержащий сывороточные белки, деминерализовывают электродиализом. Содержание минеральных веществ в электродиализированном пермеате микрофильтрации является очень низким, и требуется последующее обогащение минеральными веществами и микроэлементами для получения детской смеси.
Сущность изобретения
Авторы изобретения разработали усовершенствованный способ производства молочных продуктов, в частности, производства сухих (молочных) порошков, предпочтительно сухих (молочных) порошков для применения в пищевых композициях для детей, в котором осуществляется способ более оптимального использования методов фильтрации и разделения. В данном процессе первую жидкую композицию, содержащую 70-90 вес.% казеина и 10-30 вес.% сывороточных белков в пересчете на общий белок, предпочтительно обезжиренное молоко животных, и вторую жидкую композицию, содержащую сладкую сыворотку и/или кислую сыворотку, сначала подвергают разделению ультрафильтрацией, тем самым снижая потребность в (значительном) удалении поливалентных и/или одновалентных ионов из жидких композиций, содержащих казеин и/или сывороточный белок. Настоящее изобретение, таким образом, предпочтительно относится к способу обработки обезжиренного молока животных и сыворотки, включающему стадии ультрафильтрации обезжиренного молока животных и ультрафильтрации сыворотки, предпочтительно в комбинации со смягчением и удалением одновалентных ионов из потоков обогащенного лактозой пермеата ультрафильтрации и объединением полученного пермеата и потоков ретентата.
Современные производители сухих порошкообразных (детских) пищевых композиций в основном зависят от поставок и использования высокоочищенных компонентов, таких как очищенная лактоза, деминерализованные сывороточные белки и казеиновые белки, для получения указанных композиций смешиванием указанных компонентов. Авторы настоящего изобретения разработали способ обработки обезжиренного молока животных и сыворотки для производства сухих (молочных) порошков, которые в значительной степени устраняет необходимость приобретения такого высокого класса чистых компонентов от третьих лиц. Преимущества настоящего способа по изобретению над подобными существующими способами получения сухих (молочных) порошков многочисленны; например, потери лактозы во время обработки обезжиренного молока и сыворотки снижаются, сложности, связанные с загрязнением мембран, уменьшаются, использование (добавленных извне) химических веществ снижается, и сточные воды в значительной степени рециркулируются в способе, таким образом, в целом способ оказывает более низкое влияние на окружающую среду. Более конкретно, в то время как выход лактозы в обычных способах очистки для производства пищевых порошков находится в диапазоне приблизительно 83-85%, в способе по настоящему изобретению выход может быть повышен до более, чем 90%.
Более конкретно, настоящее изобретение относится к способу обработки обезжиренного молока животных и сыворотки, предпочтительно для производства сухого порошка, такого как сухой порошок, который может быть дополнительно переработан в детскую молочную смесь и другие пищевые продукты для детей. Настоящий способ включает ультрафильтрацию обезжиренного молока животных и ультрафильтрацию сыворотки с последующим смешиванием ретентатов ультрафильтрации, которые обогащают молочными белками и сывороточными белками соответственно. Добавление сыворотки в обезжиренное молоко животных изменяет белковый состав обезжиренного молока, обеспечивая гуманизациию обезжиренного молока более похожего по белковому составу на женское молоко. И обезжиренное молоко животных и сыворотка обычно содержат слишком высокие уровни поливалентных ионов, содержание которых необходимо снизить для получения обезжиренного молока животных, подходящего источника питательных веществ, который можно использовать для вскармливания человеческих младенцев.
Способ по настоящему изобретению использует ультрафильтрации для удаления указанных поливалентных ионов из обезжиренного молока животных и сыворотки. Таким образом, ни обезжиренное молоко животных, ни сыворотка не требуют смягчения в той степени, в которой это обычно делается в данной области. Способ по изобретению устраняет необходимость использования (значительно) смягченных и/или деминерализованных сывороточных белков для производства сухих порошкообразных композиций, которые подходят для получения детского питания ультрафильтрацией обезжиренного молока животных и сыворотки. В особенно предпочтительном варианте выполнения лактозу, которую удаляют и из обезжиренного молока и из сыворотки, как пермеат ультрафильтрация смягчают или даже деминерализовывают, а значит количества поливалентных ионов и одновалентных ионов снижаются по сравнению с поступающим материалом, после чего пермеат используют для обогащения полученных сухих порошкообразных композиций добавлением деминерализованной лактозы или до, или во время, или после смешивания ретентатов ультрафильтрации. Таким образом, содержание минеральных веществ в полученных смесях является достаточно низким, чтобы позволить получение детского питания в соответствии с требованиями контролирующих органов (например, директивой ЕС 91/321/ЕЕС или директивой ЕС 2006/141/EC, Сводом федеральных требований, издание 21, глава 1, часть 107 Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США).
Более конкретно, настоящее изобретение относится к способу обработки обезжиренного молока животных и сладкой сыворотки и/или кислой сыворотки, включающему:
(a) ультрафильтрацию (UF1) первой жидкой композиции, содержащей обезжиренное молоко животных с 70-90 вес.% казеина и 10-30 вес.% сывороточных белков, в пересчете на общий белок, через первую ультрафильтрационную мембрану, имеющую отсечение по молекулярной массе 2,5-25 кДа с использованием фактора объемного концентрирования 1,5-6 с получением ретентата (UFR1) и пермеата (UFP1);
(b) ультрафильтрацию (UF2) второй жидкой композиции, содержащей сладкую сыворотку и/или кислую сыворотку, через вторую ультрафильтрационную мембрану, имеющую отсечение по молекулярной массе 2,5-25 кДа с использованием фактора объемного концентрирования 2-15 с получением ретентата (UFR2) и пермеата (UFP2); и
(c) смешивание UF-ретентата, происходящего со стадии (а), с UF-ретентатом, происходящим со стадии (b), с получением смеси UF-ретентатов.
В альтернативной формулировке настоящее изобретение относится к способу обработки обезжиренного молока животных и сладкой сыворотки и/или кислой сыворотки, включающему:
(a) ультрафильтрацию (UF1) первой жидкой композиции, содержащей обезжиренное молоко животных с 70-90 вес.% казеина и 10-30 вес.% сывороточных белков, в пересчете на общий белок, через первую ультрафильтрационную мембрану, имеющую отсечение по молекулярной массе 2,5-25 кДа, с получением ретентата (UFR1), содержащего 35-65 вес.% белков и 20-50 вес.% лактозы, в пересчете на сухой вес, и пермеата (UFP1), содержащего 0-5 вес.% белков и 70-98 вес.% лактозы, в пересчете на сухой вес;
(b) ультрафильтрацию (UF2) второй жидкой композиции, содержащей сладкую сыворотку и/или кислую сыворотку, через вторую ультрафильтрационную мембрану, имеющую отсечение по молекулярной массе 2,5-25 кДа, с получением ретентата (UFR2), содержащего 15-55 вес.% белков и 35-65 вес.% лактозы, в пересчете на сухой вес, и пермеата (UFP2), содержащего 0-5 вес.% белков и 70-98 вес.% лактозы, в пересчете на сухой вес; и
(c) смешивание UF-ретентата, происходящего со стадии (а), с UF-ретентатом, происходящим со стадии (b), с получением смеси UF-ретентатов.
В предпочтительном варианте выполнения способ по изобретению дополнительно включает:
(d) удаление поливалентных ионов из UF-пермеата, происходящего со стадии (а), и/или из UF-пермеата, происходящего со стадии (b), или из смеси UF-пермеатов, происходящих со стадии (а) и (b), с получением смягченного UF-пермеата, и
(e) смешивание смягченного UF-пермеата со стадии (d) с UF-ретентатом, происходящим со стадии (а), и/или UF-ретентатом, происходящим со стадии (b), или смесью UF-ретентатов, происходящей со стадии (с), предпочтительно смесью UF-ретентатов происходящей со стадии (с). Предпочтительно, UF-пермеат получают одной стадией удаления поливалентных ионов, на которой удаляют кальций, магний и фосфат, предпочтительно в значительной степени. Удаление поливалентных ионов предпочтительно осуществляют комбинацией нанофильтрации, осаждения солей, ультрафильтрации и электродиализа, наиболее предпочтительно следующая последовательность нанофильтрация, осаждение солей, ультрафильтрация и электродиализ.
В предпочтительном варианте выполнения UF-пермеат, происходящий со стадии (а), и UF-пермеат, происходящий со стадии (b), объединяют или смешивают в объемном соотношении от 10:1 до 1:20, предпочтительно от 5:1 до 1:15, более предпочтительно от 1:1 до 1:10, наиболее предпочтительно от 1:2 до 1:6. Указанное объединение или смешивание можно осуществить до или после смягчения, но предпочтительно до смягчения.
В предпочтительном варианте выполнения смешивание на стадии (с) включает смешивание UFR1 и UFR2 в объемном соотношении от 20:1 до 1:20, предпочтительно от 10:1 до 1:10, более предпочтительно от 6:1 до 1:6, наиболее предпочтительно от 3:1 до 1:3, или в котором концентрированный UFR1 (со стадии (j1)) объединяют или смешивают с концентрированным UFR2 (со стадии (j1)) в объемном соотношении от 20:1 до 1:20, предпочтительно от 10:1 и 1:10, более предпочтительно от 6:1 до 1:6 и наиболее предпочтительно 3:1 и 1:3.
В предпочтительном варианте выполнения способ по изобретению дополнительно включает:
(f) удаление одновалентных ионов из, по меньшей мере, одного из смягченных UF-пермеатов со стадии (d), предпочтительно до смешивания на стадии (е). Предпочтительно, смягченный UF-пермеат подвергают не более одной или не более двум стадиям удаления одновалентных ионов, в которых удаляют натрий, хлорид калия, предпочтительно в значительной степени. Предпочтительно, все смягченные UF-пермеаты со стадии (d) подвергают удалению одновалентных ионов. Наиболее предпочтительно, UF-пермеаты со стадии (а) и (b) сначала смешивают в одну композицию UF-пермеата, которую затем смягчают и подвергают удалению одновалентных ионов.
В предпочтительном варианте выполнения способ по настоящему изобретению дополнительно включает:
(g) проведение стадии концентрирования, по меньшей мере, одного из смягченных UF-пермеатов со стадии (d), предпочтительно обратным осмосом и/или нанофильтрацией, предпочтительно до смешивания на стадии (е). Предпочтительно, UF-пермеат подвергают не более одной или не более двум стадиям концентрирования.
В предпочтительном варианте выполнения удаление поливалентных ионов осуществляют электродиализом, ионным обменом и/или осаждением солей, а удаление одновалентных ионов осуществляют нанофильтрацией или диафильтрацией. Более предпочтительно, удаление поливалентных ионов предпочтительно осуществляют комбинацией нанофильтрации, осаждения солей, ультрафильтрации и электродиализа, наиболее предпочтительно следующая последовательность нанофильтрация, осаждение солей, ультрафильтрация и электродиализ.
В предпочтительном варианте выполнения способ по настоящему изобретению дополнительно включает:
(h) сушку UF-ретентата, происходящего со стадии (а), UF-ретентата, происходящего со стадии (b), или смеси UF-ретентатов, происходящей со стадии (с), предпочтительно после смешивания со смягченным UF-пермеатом на стадии (e), с получением сухого порошка. Предпочтительно, UF-ретентат, происходящий со стадии (а) и/или (b), или (с), подвергают стадии концентрирования и/или стадии удаления одновалентных ионов до сушки. Данная сушка является стадией, которую предпочтительно проводят после смешивания со смягченным пермеатом UFP1, который можно подвергнуть стадии удаления одновалентных ионов, смягченным пермеатом UFP2, который можно подвергнуть стадии удаления одновалентных ионов, или смягченным объединенным пермеатом UFP1/UFP2, который можно подвергнуть стадии удаления одновалентных ионов, с получением сухого порошка. В предпочтительном варианте выполнения сушку на стадии (h) осуществляют после стадии смешивания (е).
В предпочтительном варианте выполнения сушку осуществляют после стадии смешивания (с). Более предпочтительно, сушка включает сушку смягченной композиции UF-пермеата, происходящей со стадии (а) и (b), которую смешивают с UF-ретентатом, происходящим со стадии (с), причем UF-ретентат подвергают стадии удаления одновалентных ионов и/или концентрирования. Наиболее предпочтительно, UF-ретентат подвергают стадии удаления одновалентных ионов и/или концентрирования до смешивания их вместе, с последующим смешиванием со смягченной композицией UF-пермеата, происходящей со стадии (а) и (b).
В предпочтительном варианте выполнения способ по настоящему изобретению дополнительно включает:
(i) стадию тепловой стерилизации или пастеризации смеси UF-ретентатов, происходящей со стадии (с), предпочтительно после стадии (е) и до стадии (h). Предпочтительно, указанная тепловая стерилизация включает стадию инжекции острого пара (DSI).
В предпочтительном варианте выполнения способ по настоящему изобретению дополнительно включает:
(j1) удаление одновалентных ионов и/или концентрирование UF-ретентата, происходящего со стадии (а), и/или UF-ретентата, происходящего со стадии (b), до стадии (с), (е) или (h), предпочтительно обратным осмосом и/или нанофильтрацией; или
(j2) удаление одновалентных ионов и/или концентрирование смеси UF-ретентатов, происходящей со стадии (с), до стадии (h), предпочтительно обратным осмосом и/или нанофильтрацией. Предпочтительно, по меньшей мере, один или, предпочтительно, все UF-ретентаты со стадии (j1) или (j2) подвергают не более одной или не более двум стадиям удаления одновалентных ионов и/или концентрирования.
В предпочтительном варианте выполнения смесь UF-ретентатов, происходящую со стадии (с), подвергают дальнейшей переработке в пищевой продукт для обеспечения детского питания. В другом предпочтительном варианте выполнения другие компоненты добавляют до, после или во время стадии (с), или добавляют до, после или во время стадии (е), добавляют до, после или во время стадии сушки (h). Такие дополнительные компоненты предпочтительно включают (соответствующие количества) масла, витамины, минеральные вещества, углеводы (такие как лактоза или мальтодекстрин, при необходимости), пищевые волокна (например, галакто-олигосахариды и/или фрукто-олигосахариды).
В предпочтительном варианте выполнения такое количество UF-ретентата, происходящего со стадии (a), смешивают на стадии (с) с UF-ретентатом, происходящим со стадии (b), причем смесь UF-ретентатов, происходящая со стадии (с), характеризуется весовым соотношением казеина и сывороточного белка от 75:25 до 30:70. Предпочтительно такое соотношение находится в диапазоне от 70 до 30 и от 36 до 64, более предпочтительно от 65 до 35 и от 45 до 55.
В предпочтительном варианте выполнения воду, которая происходит со стадии концентрирования, предпочтительно обратного осмоса и/или нанофильтрации, проводимой на UF-ретентате, происходящем со стадии (а), UF-ретентате, происходящем со стадии (b), смеси UF-ретентатов, происходящей со стадия (с), или из UF-пермеата, происходящего со стадии (а), и/или из UF-пермеата, происходящего со стадии (b), или смягченного UF-пермеата добавляют в первую жидкую композицию и/или вторую жидкую композицию. Такое оборотное использование воды, возникающей со стадии концентрирования, снижает потребность в дополнительных внешних источниках воды. Такую воду, полученную со стадии концентрирования, можно использовать, например, для восстановления порошка обезжиренного молока животных и/или сыворотки в жидкие композиции, которые можно затем подвергать ультрафильтрации по изобретению.
В предпочтительном варианте выполнения вторая жидкая композиция на стадии (b) содержит, по меньшей мере, 50 вес.% сладкой сыворотки от общей сыворотки, в пересчете на общий вес, предпочтительно, по меньшей мере, 60 вес.%, более предпочтительно, по меньшей мере, 70 вес.% или 80 вес.%, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 90 вес.%.
В предпочтительном варианте выполнения настоящее изобретение относится к способу обработки обезжиренного молока животных и сыворотки животных для производства молочных продуктов, предпочтительно сухих смесей, более предпочтительно сухих детских молочных порошков и других пищевых продуктов для детей.
В предпочтительном варианте выполнения способ по изобретению предпочтительно осуществляется с 500-2500 кг, более предпочтительно 800-1800 кг, наиболее предпочтительно 1000-1400 кг сухого вещества первой жидкой композиции, предпочтительно обезжиренного молока животных, поступающей в час. Способ по изобретению предпочтительно осуществляется с 1500-5000 кг, более предпочтительно 2200-4000 кг, наиболее предпочтительно 2600-3000 кг сухого вещества второй жидкой композиции, предпочтительно сыворотки животных, поступающей в час. Способ по изобретению предпочтительно осуществляется с 750-4000 кг, более предпочтительно 1000-3000 кг, наиболее предпочтительно 1500-2000 кг UF-ретентата, полученного за час от ультрафильтрации обоих поступающих потоков в совокупности. Способ по изобретению предпочтительно осуществляется с 1000-5000 кг, более предпочтительно 1500-4000 кг, наиболее предпочтительно 2000-2500 кг UF-пермеата, полученного за час от ультрафильтрации обоих поступающих потоков в совокупности.
Подробное описание изобретения
Способ по настоящему изобретению
Настоящее изобретение относится к способу обработки обезжиренного молока животных и сладкой сыворотки и/или кислой сыворотки, включающему:
(a) ультрафильтрацию (UF1) первой жидкой композиции, содержащей обезжиренное молоко животных с 70-90 вес.% казеина и 10-30 вес.% сывороточных белков, в пересчете на общий белок, через первую ультрафильтрационную мембрану, имеющую отсечение по молекулярной массе 2,5-25 кДа, с использованием фактора объемного концентрирования 1,5-6 с получением ретентата (UFR1) и пермеата (UFP1);
(b) ультрафильтрацию (UF2) второй жидкой композиции, содержащей сладкую сыворотку и/или кислую сыворотку, через вторую ультрафильтрационную мембрану, имеющую отсечение по молекулярной массе 2,5-25 кДа, с использованием фактора объемного концентрирования 2-15 с получением ретентата (UFR2) и пермеата (UFP2); и
(c) смешивание UF-ретентата, происходящего со стадии (а), с UF-ретентатом, происходящим со стадии (b), с получением смеси UF-ретентатов.
В альтернативной формулировке настоящее изобретение относится к способу обработки обезжиренного молока животных и сладкой сыворотки и/или кислой сыворотки, включающему:
(a) ультрафильтрацию (UF1) первой жидкой композиции, содержащей обезжиренное молоко животных с 70-90 вес.% казеина и 10-30 вес.% сывороточных белков, в пересчете на общий белок, через первую ультрафильтрационную мембрану, имеющую отсечение по молекулярной массе 2,5-25 кДа, с получением ретентата (UFR1), содержащего 35-65 вес.% белков и 20-50 вес.% лактозы, в пересчете на сухой вес, и пермеата (UFP1), содержащего 0-5 вес.% белков и 70-98 вес.% лактозы, в пересчете на сухой вес;
(b) ультрафильтрацию (UF2) второй жидкой композиции, содержащей сладкую сыворотку и/или кислую сыворотку, через вторую ультрафильтрационную мембрану, имеющую отсечение по молекулярной массе 2,5-25 кДа, с получением ретентата (UFR2), содержащего 15-55 вес.% белков и 35-65 вес.% лактозы, в пересчете на сухой вес, и пермеата (UFP2), содержащего 0-5 вес.% белков и 70-98 вес.% лактозы, в пересчете на сухой вес; и
(c) смешивание UF-ретентата, происходящего со стадии (а), с UF-ретентатом, происходящим со стадии (b), с получением смеси UF-ретентатов.
В способе по изобретению используют, по меньшей мере, два источника белка; первый представляет собой жидкую композицию, содержащую обезжиренное молоко животных с 70-90 вес.% казеина и 10-30 вес.% сывороточных белков, в пересчете на общий белок. Предпочтительно, первая жидкая композиция содержит или представляет собой обезжиренное молоко животных с соотношением содержания казеина и сывороточного белка 80:20. Предпочтительно, вторая жидкая композиция содержит или представляет собой сладкую сыворотку и/или кислую сыворотку. Более предпочтительно вторая жидкая композиция содержит или представляет собой сладкую сыворотку.
В способе по изобретению первую жидкую композицию и вторую жидкую композицию подвергают каждую ультрафильтрации (UF, стадии (а) и (b)) с получением двух UF-ретентатов (UFR1 и UFR2) и двух UF-пермеатов (UFP1 и UFP2). В предпочтительном варианте выполнения любую из первой жидкой композиции, второй жидкой композиции и смеси UF-ретентатов, происходящих со стадии UF первой и второй жидких композиций, можно подвергать различным стадиям обработки до получения конечного молочного продукта.
В предпочтительном варианте выполнения пермеат UFP1, происходящий со стадии (а), сначала смешивают с пермеатом UFP2, происходящим со стадии (b) (например, сбором в один сборный резервуар/резервуар для хранения) до осуществления удаления поливалентных ионов на стадии (d). Смягченный объединенный пермеат UFP1/UFP2 (то есть смешанный пермеат UFP1/ UFP2, который происходит со стадии UF1/UF2, которая включает снижение уровней поливалентных ионов) затем смешивают с ретентатом UFR1, который происходит со стадии UF1, ретентатом UFR2, который происходит со стадии UF2, или, предпочтительно, смесью UF-ретентатов со стадии (с). В более предпочтительном альтернативном варианте ретентат UFR1, который происходит со стадии (а), ретентат UFR2, который происходит со стадии (b), или, предпочтительно, смесь UF-ретентатов со стадии (с) сначала подвергают стадии концентрирования, предпочтительно обратным осмосом или нанофильтрацией, после чего эти более концентрированные жидкие композиции объединяют со смягченным объединенным пермеатом UFP1 /UFP2. Преимуществом первого смешивания пермеата UFP1, который происходит со стадии UF1, с пермеатом UFP2, который происходит со стадии UFP2, является удаление поливалентных ионов из одной жидкой композиции (то есть смеси пермеата UFP1/UFP2) вместо удаления поливалентных ионов, включающего удаление из двух отдельных жидких композиций.
В еще одном предпочтительном варианте выполнения способ по изобретению включает стадию (j1) или (j2). Здесь предпочтительно UF-ретентат, происходящий со стадии (а), и/или UF-ретентат, происходящий со стадии (b), подвергают стадии удаления одновалентных ионов и/или концентрированию до стадии (с), (е) или (h), предпочтительно обратным осмосом и/или нанофильтрацией. Предпочтительно, указанные UF-ретентаты подвергают этому в отдельности. Альтернативно, смесь UF-ретентатов, происходящую со стадии (с), подвергают удалению одновалентных ионов и/или их концентрированию до стадии (h), предпочтительно обратным осмосом и/или нанофильтрацией. Предпочтительно, по меньшей мере, один или оба UF-ретентата со стадии (а) и (b), или UF-ретентат со стадии (с) подвергают не более одной или не более двум стадиям удаления одновалентных ионов и/или концентрирования.
В другом предпочтительном варианте выполнения ретентат UFR1, происходящий со стадии UF1, обогащают казеином и сывороточными белками, ретентат UFR2, происходящий со стадии UF2, обогащают сывороточными белками, смесь UF-ретентатов со стадии (с), обогащают казеином и сывороточными белками, пермеаты UFP1 и UFP2, происходящие со стадии UF1 и UF2 соответственно, обогащают лактозой. Кроме того, смесь UF-ретентатов со стадии (с) характеризуется соотношением казеина и сывороточного белка, которое отклоняется от весового соотношения 80:20, установленного в коровьем обезжиренном молоке, к более высоким уровням сывороточного белка. Предпочтительно, ее весовое соотношение казеинового белка и сывороточного белка находится в диапазоне от 75 до 35 и от 30 до 70.
Способ по изобретению обеспечивает достаточное удаление поливалентных ионов и предпочтительно одновалентных ионов в результате ультрафильтрации на стадии (а) и (b) и необязательно смягчения на стадии (d), таким образом, все минеральные вещества находятся на или ниже их требуемого уровня для детского питания. В случае если содержание определенного минерального вещества находится ниже требуемого уровня, то предпочтительно это минеральное вещество добавляют. Поскольку уровень фосфата и натрия является особенно высоким в обезжиренном молоке животных, способ по изобретению разработан таким образом, чтобы в достаточной степени снизить содержание фосфата и натрия для обеспечения возможности получения детского питания. Другие ионы можно удалить в большей степени, и предпочтительно добавить снова в конечный продукт.
В предпочтительном варианте выполнения настоящее изобретение относится к способу получения детской смеси, в которой независимо от объединения лактозы в смягченном UF-пермеате, происходящем со стадии (d), с любым из UF-ретентатов, происходящих со стадии (а) и (b), дополнительное обогащение лактозой может быть необходимо для выполнения требований к детскому питанию.
Стадии ультрафильтрации (а) и (b)
В способе по изобретению первую и вторую жидкие композиции подвергают стадии ультрафильтрации (а) и (b), на которой жидкость и низкомолекулярные растворенные вещества проникают через мембрану и оказываются в UF-пермеате (UFP1/UFP2), в то время как UF-ретентат (UFR1/UFR2) содержит, по существу, все белки, в уменьшенном объеме по сравнению с поступающей жидкой композицией.
Ультрафильтрацию соответственно осуществляют с использованием любых устройств для ультрафильтрации, известных в данной области, включая керамические мембраны, трубчатые и органические спиралевидные мембраны, предпочтительно ультрафильтрационной мембраной является органическая спиралевидная мембрана. Используемые UF-мембраны имеют отсечение по молекулярной массе (MWCO), которое позволяет белкам (например, сывороточным белкам и казеину) оставаться в ретентате, а низкомолекулярным растворенным веществам (например, растворенным веществам, имеющим молекулярную массу не более 25 кДа, предпочтительно, не более 10 кДа) проникать через мембрану. Предпочтительно, UF осуществляют с UF-мембраной, имеющей MWCO 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. UF на стадии (а) предпочтительно осуществляют с фактором объемного концентрирования (VCF) 1,5-6, более предпочтительно 1,6-3, наиболее предпочтительно 1,7-2,5. UF на стадии (b) предпочтительно осуществляют с VCF 2-15, более предпочтительно 3-10, наиболее предпочтительно 4-7. UF предпочтительно проводят при температуре ниже 40°С, более предпочтительно от 3°С до 30°С, еще более предпочтительно от 5°С до 20°С, наиболее предпочтительно от 8°С до 14°C.
Используя такие параметры обработки, UF-ретентат (UFR1) со стадии (а) обычно содержит 35-65 вес.%, предпочтительно 40-60 вес.%, более предпочтительно 45-55 вес.% белков, в пересчете на общий сухой вес UFR1. Предпочтительно, содержание белка в UFR1 не изменяется по отношению к первой поступающей жидкой композиции. Таким образом, предпочтительно, UFR1 содержит 70-90 вес.% казеина и 10-30 вес.% сывороточных белков, в пересчете на общий белок. UFR1 предпочтительно имеет общее содержание сухих веществ 5-20%, более предпочтительно 8-17%, наиболее предпочтительно 10-15%. UFR1 содержит лактозу, предпочтительно 20-50 вес.% лактозы, более предпочтительно 30-42 вес.% лактозы. UFR1 содержит одновалентные ионы и поливалентные ионы. Обычно UFR1 содержит 0,1-1 вес.%, предпочтительно 0,2-0,5 вес.% натрия, 0,5-2,5 вес.%, предпочтительно 1,2-1,8 вес.% калия, 0,2-1,5 вес.%, предпочтительно 0,4-1 вес.% хлорида, 0,4-2,5 вес.%, предпочтительно 0,8-1,8 вес.% фосфора, 0,5-3 вес.%, предпочтительно 1,2-2 вес.% кальция и 0,01-0,5 вес.%, предпочтительно 0,05-0,2 вес.% магния, все в пересчете на общий сухой вес UFR1. Общее содержание золы в UFR1 предпочтительно составляет 2-15 вес.%, более предпочтительно 6-10 вес.%, в пересчете на общий сухой вес UFR1.
Используя такие параметры обработки, UF-пермеат (UFP1) со стадии (а) обычно содержит в основном лактозу, предпочтительно 70-98 вес.% лактозы, более предпочтительно 80-92 вес.% лактозы. UFP1 обычно содержит 0-5 вес.%, предпочтительно 0-1 вес.% белков, в пересчете на общий сухой вес UFP1. UFP1 предпочтительно имеет общее содержание сухих веществ 2-15%, более предпочтительно 3,5-10%, наиболее предпочтительно 4,5-6%. UFP1 содержит одновалентные ионы и поливалентные ионы. Обычно UFP1 содержит 0,2-2 вес.%, предпочтительно 0,5-1 вес.% натрия, 1-5 вес.%, предпочтительно 2-3,5 вес.% калия, 0,5-3,5 вес.%, предпочтительно 1,2-2,5 вес.% хлорида, 0,2-2,0 вес.%, предпочтительно 0,5-1,5 вес.% фосфора, 0,1-2 вес.%, предпочтительно 0,25-1 вес.% кальция и 0,01-0,5 вес.%, предпочтительно 0,05-0,2 вес.% магния, все в пересчете на общий сухой вес UFP1. Общее содержание золы в UFP1 предпочтительно составляет 4-17 вес.%, более предпочтительно 7-12 вес.%, в пересчете на общий сухой вес UFP1. В предпочтительном варианте выполнения VCF на UF-стадии (а) выбирают так, чтобы получить UFR1 и UFP1 с характеристиками, которые описаны выше.
Используя такие параметры обработки, UF-ретентат (UFR2) стадии (b) обычно содержит 15-55 вес.%, предпочтительно 25-45 вес.%, более предпочтительно 30-40 вес.% сывороточных белков, в пересчете на общий сухой вес UFR2. Предпочтительно, содержание белка в UFR2 не изменяется по отношению к поступающей второй жидкой композиции. Таким образом, предпочтительно, UFR2 содержит не более 10 вес.%, предпочтительно 0-2 вес.% казеина и, по меньшей мере, 90 вес.%, предпочтительно 98-100 вес.% сывороточных белков, в пересчете на общий белок. UFR2 предпочтительно имеет общее содержание сухих веществ 3-18%, более предпочтительно 6-14%, наиболее предпочтительно 8-11%. UFR2 содержит лактозу, предпочтительно 35-65 вес.%, более предпочтительно 45-55 вес.% лактозы. UFR2 содержит одновалентные ионы и поливалентные ионы. Обычно UFR2 содержит 0,1-1,5 вес.%, предпочтительно 0,3-0,8 вес.% натрия, 0,5-4 вес.%, предпочтительно 1,5-2,5 вес.% калия, 0,2-2,5 вес.%, предпочтительно 0,6-1,3 вес.% хлорида, 0,1-1,5 вес.%, предпочтительно 0,4-0,8 вес.% фосфора, 0,2-1,5 вес.%, предпочтительно 0,4-1 вес.% кальция и 0,01-0,5 вес.%, предпочтительно 0,05-0,2 вес.% магния, все в пересчете на общий сухой вес UFR2. Общее содержание золы в UFR2 предпочтительно составляет 1-15 вес.%, более предпочтительно 5-9 вес.%, в пересчете на общий сухой вес UFR2.
Используя такие параметры обработки, UF-пермеат (UFP2) со стадии (б) обычно содержит в основном лактозу, предпочтительно 70-98 вес.% лактозы, более предпочтительно 80-92 вес.% лактозы. UFP2 обычно содержит 0-5 вес.%, предпочтительно 0-1 вес.% белков, в пересчете на общий сухой вес UFP2. UFP2 предпочтительно имеет общее содержание сухих веществ 2-15%, более предпочтительно 3,5-10%, наиболее предпочтительно 4,5-6%. UFP2 содержит одновалентные ионы и поливалентные ионы. Обычно UFP2 содержит 0,2-2 вес.%, предпочтительно 0,5-1 вес.% натрия, 1-5 вес.%, предпочтительно 2-3,5 вес.% калия, 0,5-3,5 вес.%, предпочтительно 1,2-2,5 вес.% хлорида, 0,2-2,0 вес.%, предпочтительно 0,5-1,5 вес.% фосфора, 0,1-2 вес.%, предпочтительно 0,25-1 вес.% кальция и 0,01-0,5 вес.%, предпочтительно 0,05-0,2 вес.% магния, все в пересчете на общий сухой вес UFP2. Общее содержание золы в UFP2 предпочтительно составляет 4-17 вес.%, более предпочтительно от 7-12 вес.%, в пересчете на общий сухой вес UFP2. В предпочтительном варианте выполнения VCF на UF-стадии (b) выбирают так, чтобы получить UFR2 и UFP2 с характеристиками, которые описаны выше.
UFR1 и UFR2, имеющие вышеуказанные характеристики, являются особенно подходящими для объединения, поскольку объединение предоставляет композицию, имеющую большинство компонентов, особенно минеральных веществ (одновалентных и поливалентных ионов) на или ниже их требуемого уровня для детского питания, для получения пищевого продукта, подходящего для обеспечения детского питания в соответствии с государственным регулированием.
Оба UFR богаты лактозой, которая является ценным продуктом для разнообразных целей, например, необязательно ее можно повторно ввести в способ на более поздней стадии в смягченной форме, которую также можно подвергнуть стадии удаления одновалентных ионов. В особенно предпочтительном варианте выполнения лактозу, содержащуюся в UF-пермеате(ах), объединяют с UF-ретентатом, происходящим со стадии UF (а), с UF-ретентатом, происходящим со стадии UF (b), или со смесью UF-ретентатов, происходящих со стадий UF (а) и (b).
Стадия смешивания (с)
В способе по изобретению UF-ретентат, происходящий со стадии UF (а), объединяют и/или смешивают с UF-ретентатом, происходящим со стадии UF (b).
Соотношение (весовое или объемное), в котором смешивают UF-ретентат, происходящий со стадии (а), предпочтительно содержащий белковый материал, происходящий из обезжиренного молока животных, и UF-ретентат, происходящий со стадии (b), содержащий сывороточные белки, зависит от белкового состава поступающей первой жидкой композиции (например, молоко животных является природным продуктом, и его состав может в некоторой степени изменяться в зависимости от сезона, или того, чем животные питались), но в основном определяется требуемым белковым составом в полученном молочном продукте. Специалист в данной области способен определить белковый состав и концентрацию поступающего обезжиренного молока животных методами, известными в данной области, например, методом в соответствии с FT001/IDF20-3 (для общего белка, N×6,38), IDF29-1/ISO17997-1: 2004 (для казеина) и FT003 (для сыворотки, NCN, неказеинового азота ×6,38).
В предпочтительном варианте выполнения, соотношение (весовое или объемное), в котором UF-ретентат, происходящий со стадии (а), смешивают или объединяют с UF-ретентатом, происходящим со стадии (b), находится в диапазоне более предпочтительно от 10:1 до 1:10.
В особенно предпочтительном варианте выполнения сухую (молочную) смесь подвергают дальнейшей переработке в пищевой продукт для человеческих младенцев, такой как молочные смеси первого уровня, молочные смеси для отлучения ребенка от груди, молоко для прикорма или молочные смеси второго уровня, молочные смеси третьего уровня, молочные смеси для детей 1-3 лет. В связи с этим полученное весовое соотношение казеина и сывороточного белка после смешивания UF-ретентатов, происходящих со стадий (а) и (b), предпочтительно составляет от 75:25 до 30:70, более предпочтительно от 70 до 30 и от 36 до 64, более предпочтительно от 65 до 35 и от 45 до 55.
Смешивание на стадии (с) можно проводить на жидких потоках; например, жидкий UF-ретентат, происходящий со стадии (а), можно смешать с жидким UF-ретентатом, происходящим со стадии (b), получая жидкую смесь UF-ретентатов, содержащую казеин и сывороточные белки. Альтернативно, один или оба UF-ретентата, происходящих со стадии (а) и (b), высушивают до смешивания на стадии (с), и жидкость и твердую композицию смешивают (например, растворением твердого вещества в жидкости), получая жидкий объединенный поток, или два твердых потока смешивают (сухим смешиванием), получая объединенный поток. В случае если сушку проводят до смешивания, то предпочтительно, оба и поток ретентата UFR1 обезжиренного молока и поток ретентатов смеси, содержащей казеин, сладкую сыворотку и/или кислую сыворотку, высушивают до смешивания, и полученные твердые материалы представляют собой сухую смесь. Предпочтительно, высушенные потоки представляют собой порошки. В особенно предпочтительном варианте выполнения оба потока ретентатов представляют собой жидкости во время смешивания, и стадию сушки проводят на смешанном потоке ретентата после стадии смешивания.
Смешивание на стадии (с) можно осуществить любыми устройствами, известными в данной области, такими как «в трубе» (то есть соединением двух входящих труб в одну выходящую трубу), в (уравнительном) резервуаре или сосуде, во встряхиваемом сосуде или любым промышленным миксером или смесителем, известным в данной области. В случае если смешивают два жидких потока, то можно использовать динамическое смешивание или статическое смешивания. В случае если смешивают два сухих потока (например, два порошка), то можно использовать смеситель для сухих материалов, такой как ленточный смеситель, лопастной смеситель, барабанный смеситель и вертикальный смеситель. Предпочтительно, стадию смешивания проводят на двух жидких потоках, предпочтительно «в трубе» или в уравнительном резервуаре. На соотношение, в котором смешивают UF-ретентат, происходящий со стадии (а), с UF-ретентатом, происходящим со стадии (b), легко оказывать влияние регулированием скорости потока поступающих композиций.
Необязательные дополнительные стадии обработки UF-ретентатов до или после смешивания на стадии (с)
До смешивания на стадии (с) каждый из UF-ретентатов, полученных на стадии (а) и (b), можно подвергнуть дополнительным стадиям обработки, более предпочтительно каждый из UF-ретентатов, полученных на стадии (а) и (b,) подвергают дополнительным стадиям обработки до проведения их смешивания на стадии (с). Такие дополнительные стадии обработки включают, предпочтительно ограничиваясь ими, концентрирование жидкой композиции на стадии (g) (то есть увеличение весового соотношения белок/вода, например, с использованием (частичного) упаривания или методов фильтрации, таких как нанофильтрация или обратный осмос), сушку жидкой композиции на стадии (h), тепловую обработку на стадии (i) (например, пастеризацию (такую как HTST, ESL или UHT) или стерилизацию (сухим или влажным жаром)) и/или обогащение дополнительной водой или другими компонентами. Особенно предпочтительным является то, что необязательные дополнительные стадии обработки каждого из UF-ретентатов, полученных на стадии (а) и (b), ограничены концентрированием жидкой композиции на стадии (g) (то есть увеличением весового соотношения белок/вода, например, с использованием (частичного) упаривания или методов фильтрации, таких как нанофильтрация или обратный осмос).
В предпочтительном варианте выполнения UF-ретентаты, происходящие со стадии (а) и/или (b), или со стадии (с), концентрируют на стадии (j1) и (j2) соответственно, с использованием обратного осмоса (ОO) или нанофильтрации (NF), предпочтительно нанофильтрацией, до осуществления стадии (с), (е) и/или (h). Концентрирование на стадии (j1) обычно проводят через NF-мембрану, имеющую 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 обычно осуществляют с VCF 1,5-5, предпочтительно 1,8-3. Альтернативно, VCF на NF-стадии (j1) предпочтительно выбирают таким образом, что NFR имеет общее содержание сухих веществ 5-30%, более предпочтительно 10-25%, наиболее предпочтительно 16-20%. Концентрирование на стадии (j1) предпочтительно проводят при температуре ниже 40°С, более предпочтительно от 3°С до 30°С, еще более предпочтительно от 5°С до 20°С. Нанофильтрацию можно дополнить диафильтрацией, то есть, по меньшей мере, один раз добавляют дополнительный объем воды в обработанный таким образом пермеат, и этот разбавленный пермеат подвергают снова NF.
NF- или ОO-ретентат, предпочтительно NF-ретентат, со стадии концентрирования (j1) композиции на основе обезжиренного молока животных, происходящей со стадии (а), представляет собой жидкую композицию, обычно содержащую 30-75 вес.% белков (предпочтительно 40-65 вес.%, более предпочтительно 45-60 вес.%), 20-50 вес.% лактозы (предпочтительно 30-38 вес.%), 0,1-0,5 вес.% натрия (предпочтительно 0,15-0,4 вес.%), 0,3-2 вес.% калия (предпочтительно 0,7-1,2 вес.%), 0,01-0,5 вес.% магния (предпочтительно 0,05-0,2 вес.%), 0,5-3 вес.% кальция (предпочтительно 1,2-2 вес.%), 0,05-1 вес.% хлорида (предпочтительно 0,1-0,4 вес.%), 0,4-2,5 вес.% фосфата (предпочтительно 0,8-1,8 вес.%), в пересчете на общий сухой вес композиции, имеющую общее содержание золы предпочтительно 2-13 вес.%, более предпочтительно 5-9 вес.%, в пересчете на общий сухой вес композиции, и имеющую общее содержание сухих веществ 5-30%, более предпочтительно 10-25%, наиболее предпочтительно 16-20%.
NF- или ОО-ретентат, предпочтительно NF-ретентат, со стадии концентрирования (j1) композиции на основе сыворотки, происходящей со стадии (b), представляет собой жидкую композицию, обычно содержащую 15-55 вес.% белков (предпочтительно 25-45 вес.%, более предпочтительнее 30-40 вес.%), 35-65 вес.% лактозы (предпочтительно 45-55 вес.%), 0,1-1 вес.% натрия (предпочтительно 0,15-0,5 вес.%), 0,3-2 вес.% калия (предпочтительно 0,6-1 вес.%), 0,01-0,5 вес.% магния (предпочтительно 0,05-0,2 вес.%), 0,2-3 вес.% кальция (предпочтительно 1,2-2 вес.%), 0,05-1 вес.% хлорида (предпочтительно 0,1-0,4 вес.%), 0,1-1,5 вес.% фосфата (предпочтительно 0,4-0,8 вес.%), в пересчете на общий сухой вес композиции, имеющую общее содержание золы предпочтительно 1-13 вес.%, более предпочтительно 5-9 вес.%, в пересчете на общий сухой вес композиции, и имеющую общее содержание сухих веществ 5-30%, более предпочтительно 10-25%, наиболее предпочтительно 16-20%.
В особенно предпочтительном варианте выполнения и UF-ретентат, происходящий со стадии (а), и UF-ретентат, происходящий со стадии (b), подвергают стадии концентрирования (j1) до смешивания на стадии (с) и необязательно сушке на стадии (h). Кроме того, можно концентрировать смесь UF-ретентатов, происходящую со стадии (с), на стадии (j2).
Предпочтительно UF-ретентат, происходящий со стадии (а), (b) и/или (с), не подвергают стадии удаления поливалентных ионов после ультрафильтрации. Предпочтительно, такие UF-ретентаты не подвергают электродиализу, ионному обмену и/или осаждению солей, поскольку достаточное количество поливалентных ионов выделяется в UF-пермеат.
По меньшей мере, один из UF-ретентатов, полученных на стадии (а), (b) и/или (с), необязательно после концентрирования на стадиях (j1) или (j2), также можно высушить на стадии (h) до смешивание на стадии (с). Таким образом, UF-ретентат, происходящий со стадии (а), и UF-ретентат, происходящий со стадии (b), каждый в отдельности высушивают, оба предпочтительно до получения порошка. Альтернативно, сушку может также осуществлять до смешивания на стадии (с) только на одном из UF-ретентатов, после чего высушенный UF-ретентат, предпочтительно в виде порошка, смешивают с невысушенным UF-ретентатом. В последнем случае на дополнительной стадии сушки предпочтительно требуется высушить смесь UF-ретентатов, происходящих со стадии (с), для получения сухой (молочной) смеси.
В предпочтительном варианте выполнения смесь UF-ретентатов, происходящую со стадии (с), высушивают на стадии (h), и каждый из UF-ретентата, происходящего со стадии (а), и UF-ретентата, происходящего со стадии (b), не высушивают до смешивания на стадии (с). Предпочтительно, на стадии сушки (h) высушивают смесь UF-ретентатов, происходящую со стадии (с), до получения порошка, предпочтительно распылительной сушкой. Если сушку на стадии (h) осуществляют после смешивания на стадии (с), то требуется наименьшее количество стадий сушки; а именно только с использованием смеси UF-ретентатов, происходящей со стадии (с).
В качестве альтернативного варианта сушки смесь UF-ретентатов, происходящую со стадии (с), можно оставить жидкой, необязательно после концентрирования и/или разбавления. Такой жидкий смешанный продукт можно подвергнуть дальнейшей переработке в жидких пищевые продукты, предпочтительно продукты, подходящие для вскармливания детей, например, в виде готовых к употреблению детских смесей.
После смешивания на стадии (с) и необязательно сушки на стадии (h), способом по изобретению получают молочный продукт, предпочтительно сухую (молочную) смесь, предпочтительно в виде порошка. Предпочтительно, такую сухую (молочную) смесь подвергают дальнейшей переработке в пищевой продукт, походящий для обеспечения питания человеческого младенца, в частности, младенца в возрасте от 0 до 36 месяцев. Дополнительная обработка обычно включает добавление дополнительных компонентов, известных в данной области, в молочный продукт, в частности одного или более, выбранных из витаминов, минеральных веществ, липидов, пребиотиков, пробиотиков, лактозы. Если необходимо, то такие компоненты можно добавить в жидкую композицию (или до сушки на стадии (h), или в случае непроведения стадии сушки), такую как любой из UF-ретентатов, происходящих со стадии (а) и (b), и необязательно в смягченный UF-пермеат, происходящий со стадии (d), или даже в любую из поступающих первую и вторую жидких композиций. Специалист хорошо знает полезные компоненты для детского питания, и как их лучше всего смешивать с белковой фракцией.
Сушку на стадии (h) может осуществлять любыми устройствами, известными в данной области, например распылительной сушкой, сушкой в (псевдоожиженном) слое, сушкой в барабанной сушилке, сублимационной сушкой, вальцовой сушкой и тому подобное. В особенно предпочтительном варианте выполнения сушку осуществляют с использованием распылительной сушки, которой необязательно предшествует частичное упаривание жидкости (например, нанофильтрацией, обратным осмосом, упариванием).
Необязательные дополнительные стадии способа на UF-пермеатах
Ультрафильтрацей первой жидкой композиции на стадии (а) и второго жидкой композиции на стадии (b) получают два пермеата ультрафильтрации (UFP1 и UFP2), каждый из которых содержит лактозу. В предпочтительном варианте выполнения, по меньшей мере, один, предпочтительно оба, данные UF-пермеаты далее обрабатывают и объединяют на стадии (е) с одним из UF-ретентатов, происходящих со стадии (а) или (b), или смесью UF-ретентатов, происходящей со стадии (с). UF-пермеат, происходящий со стадии (а) и со стадии (b), можно объединить до дополнительной обработки, или дополнительную обработку проводить только на одном из UF-пермеатов, или каждом из пермеатов в отдельности. Предпочтительно, UF-пермеаты, происходящие со стадии (а) и (b), сначала объединяют, после чего объединенные UF-пермеаты, которые называются «объединенный UFP1/UFP2», далее обрабатывают, как описано здесь.
Предпочтительно, UF-пермеат, происходящий со стадии (а), (b), и/или объединенный UFP1/UFP2, подвергали дополнительной обработке до его смешивания с UF-ретентатом, происходящим со стадии (а) и/или (b), или смесью UF-ретентатов, происходящей со стадии (с). Такая дополнительная обработка предпочтительно включает проведение на любом из этих пермеатов смягчения или удаления поливалентных ионов на дополнительной стадии (d). Смягчением любого из пермеатов получают смягченный UF-пермеат. Здесь отмечено, что «смягченный UF-пермеат» относится к композиции, содержащей лактозу (предпочтительно обогащенной лактозой), происходящей со стадии UF (а) и/или (b), в виде пермеата, из которого удалены поливалентные и необязательно одновалентные ионы, например, на стадии (f).
Смягчение, по меньшей мере, одного из UF-пермеатов, происходящих со стадии (а) и/или (b), предпочтительно сопровождается или за которым следует удаление одновалентных ионов. Удаление одновалентных ионов, по меньшей мере, из одного из UF-пермеатов, происходящих со стадии (а) и/или (b), является особенно предпочтительным в том случае, если молочный продукт, полученный способом по изобретению, далее перерабатывают в пищевой продукт, подходящий для детского питания.
Удаление поливалентных ионов, удаление одновалентных ионов и/или концентрирование (например, стадия (d), (f), (g) и (j1)/(j2)) можно осуществлять с использованием любого метода, известного в данной области, например, электродиализа, ионного обмена, осаждения солей, кристаллизации лактозы, методов мембранной фильтрации, таких как нанофильтрация, необязательно дополненная диафильтрацией, или их комбинация. В контексте настоящего изобретения удаление поливалентных ионов, необязательно в комбинации с удалением одновалентных ионов, также включает кристаллизацию лактозы из жидкого UF-пермеата, происходящего со стадии (а) и/или (b), и одновременно сохраняющего (значительное количество) поливалентных ионов и предпочтительно (значительное количество) одновалентных ионов в растворе. Полученная кристаллизованная лактоза относится к смягченному UF-пермеату в контексте настоящего изобретения, поскольку она происходит со стадии UF (а) и имеет (значительное количество) удаленных поливалентных ионов.
В особенно предпочтительном варианте выполнения удаление поливалентных ионов на стадии (d), удаление одновалентных ионов на стадии (f) и концентрирование на стадии (g) проводят комбинацией стадий, включающей нанофильтрацию, осаждение солей и удаление осадка. Предпочтительно, данная комбинация стадий также включает электродиализ. Более предпочтительно, удаление поливалентных ионов проводят в следующем порядке: нанофильтрация, осаждение солей и удаление осадка. Предпочтительно, удаление осадка сопровождается дополнительной стадией нанофильтрации (предпочтительно дополненной диафильтрацией) или электродиализом, наиболее предпочтительно оно сопровождается электродиализом. Таким образом, предпочтительно, способ по изобретению включает стадии, на которых UF-пермеат, происходящий со стадии (а), (b), и/или объединенный UFP1/UFP2 подвергают нанофильтрации, ретентат нанофильтрации подвергают осаждению солей и затем удалению осадков из него (предпочтительно ультрафильтрацией), и подвергают композицию, обедненную осадками, электродиализу (предпочтительно дополненному диафильтрацией). Альтернативно, предпочтительно способ по изобретению включает стадии, на которых UF-пермеат, происходящий со стадии (а), (b), и/или объединенный UFP1/UFP2 подвергают нанофильтрации, ретентат нанофильтрации подвергают осаждению солей и затем удалению осадков из него (предпочтительно ультрафильтрацией), и подвергают композицию, обедненную осадками, дополнительной стадии нанофильтрации (предпочтительно дополненной диафильтрацией).
На стадии, на которой UF-пермеат, происходящий со стадии (а), и/или UF-пермеат, происходящий со стадии (b), или смесь из UF-пермеатов, происходящих со стадии (а) и (b), подвергают нанофильтрации, в качестве части данного варианта осуществления, в основном осуществляют удаление одновалентных ионов и концентрирование. Таким образом, нанофильтрацию можно отнести к удалению одновалентных ионов на стадии (f) в комбинации с концентрированием на стадии (g). Нанофильтрацию предпочтительно проводят с использованием, по меньшей мере, одной NF-мембраны, более предпочтительно, по меньшей мере, одной спиралевидной мембраны, причем мембрана предпочтительно имеет отсечение по молекулярной массе 10-600 Да, более предпочтительно 100-400 Да, при этом VCF обычно выбирают таким образом, что общее содержание сухих веществ в NF-ретентате находится в диапазоне 15-35 вес.%, предпочтительно в диапазоне 20-25 вес.%, наиболее предпочтительно около 22 вес.%. NF предпочтительно осуществляют при VCF 2-8, более предпочтительно 3-6. NF на стадии (d1) предпочтительно проводят при температуре ниже 40°С, более предпочтительно в диапазоне 3°C-30°C, еще более предпочтительно в диапазоне 5°C-20°C.
NF-ретентат затем подвергают осаждению солей, которое в основном направлено на удаление поливалентных ионов, в частности фосфат-ионов, таких как фосфат кальция. Это особенно желательно для снижения содержание фосфатов в поступающем обезжиренном молоке животных и сыворотке животных, если способ по изобретению используют для производства детского питания или основы для детского питания. Осаждение солей можно, таким образом, рассматривать в качестве части удаления поливалентных ионов на стадии (d), и может быть осуществлено созданием соответствующих условий, при которых поливалентные ионы осаждаются из обогащенной лактозой жидкости. Такие условия включают добавление сильного основания, такого как гидроксид натрия, доведение значения рН до нейтрального рН, такого как от 6 до 9, предпочтительно от 6,8 до 9,0, и повышение температуры до 70°С-90°С с последующим снижением температуры до 5°С-30°С. Осаждение солей предпочтительно осуществляют нагреванием NF-ретентата до температуры 70°C-90°С, предпочтительно 75°С-88°С, наиболее предпочтительно 80°С-85°С. При таких температурах, по меньшей мере, часть фосфата кальция выпадает в осадок, который заметен в виде белого осадка. Более высокие температуры обычно не подходят, поскольку они могут вызвать нежелательное ферментативное потемнения. Нагревание может осуществлять любым способом, известным в данной области, и предпочтительно осуществляют инжекцией пара в NF-ретентат или с использованием теплообменника (например, пластинчатого теплообменника). Осаждение фосфата кальция можно усилить, то есть более значительная фракция фосфата кальция выпадает в осадок, увеличением рН нагретого NF-ретентата до значения выше 6,5, предпочтительно в диапазоне 6,8-9,0, более предпочтительно в диапазоне 6,8-7,4, и/или добавлением других солей кальция, таких как хлорид кальция. NF-ретентат обычно имеет рН 6,0-6,5, и его увеличение до значения выше 6,5, предпочтительно в диапазоне 6,8-9,0, более предпочтительно в диапазоне 6,8-7,4, может быть достигнуто добавлением основания, предпочтительно водного раствора гидроксида металла, такого как гидроксид натрия, гидроксид калия и/или гидроксид кальция. Предпочтительно, используют концентрированный раствор гидроксида натрия, более предпочтительно 20-35% (вес/объем) раствор NaOH в воде. Только требуется небольшое количество раствора основания, поскольку компоненты, которые могут действовать в качестве буфера, удаляются в результате NF. В качестве руководства, обычно используют около 0,1-1 вес.% в пересчете на общий вес NF-ретентата, предпочтительно 0,3-0,5 вес.% в пересчете на общий вес NF-ретентата, около 30% (вес/объем) раствора NaOH в воде. Специалист в данной области способен регулировать это значение для изменения рН NF-ретентата различными типами оснований и различными концентрациями. Поскольку содержание кальция необязательно следует снижать так же как содержание фосфата в UF-пермеате, происходящем со стадии (а), и/или UF-пермеате, происходящем со стадии (b), или смеси из UF-пермеатов, происходящих со стадии (а) и (b), для получения детского питания и с кальция и с фосфатом на уровне или ниже требуемых значений, небольшое количество дополнительного кальция, предпочтительно в виде хлорида кальция, цитрата кальция, лактата кальция, гидроксида кальция или их смесей, предпочтительно хлорида кальция, можно добавить в нагретый NF-ретентат, который вызывает осаждение большего количества фосфата кальция. Использование гидроксида кальция предпочтительно приводит как к увеличению рН так и добавлению соли кальция, но возможность его применения немного затрудняется его низкой растворимостью. Таким образом, в предпочтительном варианте выполнения смесь хлорида кальция и гидроксида натрия добавляют в NF-ретентат для усиления осаждения фосфата кальция. Таким образом, смягченный UFP будет иметь содержание фосфата, которое далее снижается по сравнению с содержанием кальция. Соответственно, NF-ретентат затем охлаждают до температуры ниже 30°С, предпочтительно в диапазоне 5°С-30°С, более предпочтительно в диапазоне 8°С-25°С, наиболее предпочтительно в диапазоне 8°С-15°С, до удаления осадка из NF-ретентата. Быстрое охлаждение NF-ретентата особенно предпочтительно для снижения возможности нежелательного роста бактерий и минимизации повторного растворения фосфата кальция. Несмотря на то, что менее предпочтительно, осадок также можно удалить из NF-ретентата при повышенной температуре, например, при температуре выше 25°С.
Затем осадки можно удалить любым способом, известным в данной области (например, разделение центрифугированием, декантацией в отстойнике, фильтрацией, например, микрофильтрацией или ультрафильтрацией). Предпочтительно, стадию удаления осадка проводят фильтрацией, более предпочтительно ультрафильтрацией, в которой пропускается лактоза и растворенные минеральные вещества и удерживается осадок, который преимущественно содержит фосфат кальция. Основная цель такого удаления осадка состоит в том, чтобы удалить осадок, а не фракционировать любой другой материал, и, таким образом, может рассматриваться в качестве части удаления поливалентных ионов на стадии (d). Любую UF-мембрану, известную в данной области, можно использовать, но также и UF-установку. Предпочтительно, используют, по меньшей мере, одну UF-мембрану с отсечением по молекулярной массе предпочтительно 1-50 кДа, более предпочтительно 5-20 Да. UF предпочтительно осуществляют при VCF 5-40, более предпочтительно 7-35, наиболее предпочтительно 10-30. Хорошие результаты получают с использованием VCF около 10, но выход лактозы в вытекающем смягченном UFP можно дополнительно повысить без ухудшения эффективности способа увеличением VCF до 40. Таким образом, UF-пермеат содержит, по существу, всю лактозу, которая первоначально присутствует в поступающем UF-пермеате(ах), происходящем(их) со стадии (а) и/или (b). NF-ретентат, который подвергали удалению осадка (например, UF-пермеат), относится в контексте данного варианта осуществления к UF-пермеату(ам), обедненному(ым) осадком.
Предпочтительно, полученный обедненный осадком UF-пермеат(ы) далее деминерализовывают на дополнительной стадии нанофильтрации и/или стадии электродиализа, наиболее предпочтительно на стадии электродиализа. Стадия электродиализа (ЭД) в качестве части данного варианта осуществления можно считать частью удаления поливалентных ионов на стадии (d) и частью удаления одновалентных ионов на стадии (f), и предпочтительно проводить на поступающем потоке, имеющем содержание сухих веществ от 18 до 24% вес./вес. ЭД предпочтительно осуществляют до тех пор, пока электропроводность вытекающей (обогащенной лактозой) жидкости не достигает значения ниже 4 мСм, предпочтительно ниже 2 мСм, еще более предпочтительно ниже 1 мСм и/или до тех пор, пока зольность не достигает значения ниже 3 вес.%, более предпочтительно ниже 2 вес.%, наиболее предпочтительно ниже 1 вес.%, в пересчете на общий вес вытекающей жидкости. Специалист понимает, как настроить параметры электродиализа для достижения этой цели. В случае если используют дополнительную стадию нанофильтрации, то NF предпочтительно проводят с использованием параметров (то есть тип и пористость мембраны, VCF и температура), которые описаны выше для стадии NF на поступающем(их) UF-пермеате(ах), происходящем(их) со стадии (а) и/или (b). Предпочтительно, NF дополняют диафильтрацией, то есть, по меньшей мере, один раз добавляют дополнительный объем воды в NF-пермеат, и этот разбавленный, обработанный таким образом, пермеат подвергают снова NF. NF предпочтительно осуществляют таким образом, что NF-ретентат имеет общее содержание сухих веществ 16-28 вес.%, предпочтительно 18-22 вес.%.
Полученная, обогащенная лактозой, вытекающая жидкость этой предпочтительной последовательности стадий при использовании в комбинации удаления поливалентных ионов на стадии (d), удаления одновалентных ионов на стадии (f) и концентрирования на стадии (g), то есть обедненный осадком UF-пермеат (предпочтительно, полученный в виде UF-пермеата), полученный на стадии удаления осадка, вытекающая жидкость, полученная на ЭД-стадии, или NF-ретентат, полученный на дополнительной NF-стадии, предпочтительно вытекающая жидкость с ЭД-стадии, называется смягченный UF-пермеат на стадии (d) и может быть использован на стадии (е).
Удаление поливалентных ионов на стадии (d) обеспечивает удаление значительных количеств поливалентных ионов. Предпочтительно, по меньшей мере, 50 вес.%, более предпочтительно, по меньшей мере, 70 вес.% или, по меньшей мере, 80 вес.%, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 90 вес.% поливалентных ионов удаляют. Весовой процент (вес.%) удаления поливалентных ионов определяют сравнением общего веса поливалентных ионов, присутствующих после стадии (b), к общему весу поливалентных ионов, присутствующих до стадии (d). Аналогично, стадия удаления одновалентных ионов обеспечивает удаление значительных количеств одновалентных ионов. Предпочтительно, по меньшей мере, 20 вес.% одновалентных ионов удаляют, более предпочтительно, по меньшей мере, 35 вес.% или, по меньшей мере, 50 вес.%, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 60 вес.% одновалентных ионов удаляют. Таким образом, смягченный UF-пермеат предпочтительно содержит, по меньшей мере, на 20 вес.% меньше одновалентных ионов, предпочтительно, по меньшей мере, на 35 вес.% меньше, более предпочтительно, по меньшей мере, на 50 вес.% меньше, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, на 60 вес.% меньше одновалентных ионов по сравнению с поступающим UF-пермеатом, происходящим со стадии (а).
Каждый из UF-пермеатов, происходящих со стадии UF (а) и (b), или в отдельности, или в виде смеси, можно подвергать дополнительной стадии обработки до того, как подвергать удалению поливалентных ионов на стадии (d). Такие необязательные дополнительные стадии обработки включают, предпочтительно ограничиваются ими, концентрирование жидкого потока (то есть увеличение весового соотношения лактоза/вода) любыми подходящими способами, известными в данной области (например, (частичным) упариванием или методами фильтрации, такими как обратный осмос), тепловую обработку (например, пастеризацию (например, HTST, ESL или UHT) или стерилизацию (сухим жаром или влажным жаром)) и/или обогащение дополнительной водой или другими компонентами. Концентрирование можно также осуществлять во время удаления одновалентных ионов, например во время нанофильтрации, необязательно дополненной диафильтрацией.
2+
2+
3-
+
+
-
4
В особенно предпочтительном варианте выполнения удаление одновалентных ионов из UF-пермеата, происходящего со стадии (а) и/или (b), или объединенных UFP1/UFP2 проводят на любом смягченном пермеате, происходящем со стадии (d), нанофильтрацией (NF). Используя такую последовательность стадий, ретентат нанофильтрации (NFR) считается смягченным UF-пермеатом (поскольку его обогащают лактозой), который затем можно объединить с любым из UF-ретентатов на стадии (е). Во время ионного обмена на стадии (d), поливалентные ионы (например, Mg, Са, PO) заменяются одновалентными ионами (обычно, Na, K, Cl), а во время нанофильтрации эти одновалентные ионы проникают через нанофильтрационную мембрану. Предпочтительно, нанофильтрацию дополняют диафильтрацией, то есть, по меньшей мере, один раз дополнительный объем воды добавляют в этот пермеат, и этот разбавленный, обработанный таким образом, пермеат подвергают снова NF. Соответственно, NF-пермеат, который содержит одновалентные ионы, и, по существу, не содержит лактозы, можно использовать для регенерации колонки(нок) ионного обмена.
Нанофильтрацию (смягченного) UF-пермеата, происходящего со стадии (а) и/или стадии (b), или объединенных UFP1/UFP2 можно проводить с использованием спиралевидной мембраны, имеющей 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. NF-стадию обычно осуществляют с VCF 1,1-5, предпочтительно 1,2-4, более предпочтительно 1,4-3. Альтернативно, VCF на NF-стадии предпочтительно выбирают в качестве такового, что NFR имеет общее содержание сухих веществ 14-35%, более предпочтительно 20-30%. NF-стадию предпочтительно проводят при температуре ниже 40°С, более предпочтительно от 3°С до 30°С, еще более предпочтительно от 5°С до 20°С.
Предпочтительно, нанофильтрацию дополняют диафильтрацией. Один или более дополнительных объемов воды, обычно 50-100 об.% от объема поступающего потока на NF-стадию (выходящий поток со стадии ионного обмена), предпочтительно 60-80 об.%, добавляют в NFR, который затем проталкивают через NF-мембрану вместе с оставшимися одновалентными ионами из NFR. Предпочтительно, по меньшей мере, два дополнительных объемов воды добавляют в NFR. Дополнительное преимущество использования NF состоит в том, что большое количество воды можно удалить этим экономичным методом мембранной фильтрации, без необходимости упаривания.
Состав UF-пермеата, происходящего со стадии (а), и/или UF-пермеата, происходящего со стадии (b), или состав объединенного UFP1/UFP2 может изменяться в ограниченной степени в зависимости от конкретного состава первой жидкой композиции (например, какого вида обезжиренное молоко животных используется, какое животное, сезонные колебания). Например, бычье молоко в начале сезона содержит несколько более высокие уровни натрия по сравнению с бычьим молоком в конце сезона. Обычно UF-пермеат, происходящий со стадии (а), и/или UF-пермеат, происходящий со стадии (b), или объединенный UFP1/UFP2 до смягчения представляет собой жидкую композицию, обычно содержащую 70-98 вес.% лактозы (предпочтительно 80-92 вес.%), 0,2-2 вес.% натрия (предпочтительно 0,5-1 вес.%), 1-5 вес.% калия (предпочтительно 2-3,5 вес.%), 0,01-0,5 вес.% магния (предпочтительно 0,05-0,2 вес.%), 0,1-2 вес.% кальция (предпочтительно 0,25-1 вес.%), 0,5-3,5 вес.% хлорида (предпочтительно 1,2-2,5 вес.%), 0,2-2 вес.% фосфора (предпочтительно 0,5-1,5 вес.%), в пересчете на общий сухой вес композиции, имеющую общее содержание золы предпочтительно 4-17 вес.%, более предпочтительно 7-12 вес.%, в пересчете на общий сухой вес композиции, и предпочтительно имеющую общее содержание сухих веществ 2-15%, более предпочтительно 3,5-10%, наиболее предпочтительно 4,5-6%. В дополнение к лактозе и минеральным веществам UF-пермеат, происходящий со стадии (а), и/или UF-пермеат, происходящий со стадии (b), или композиция потока объединенного UFP1/UFP2 может содержать низкомолекулярное белковое вещество (например, пептиды), органические кислоты (например, лимонная кислота, молочная кислота) и небелковое азотистое вещество (NPN).
После смягчения на стадии (d) смягченный UF-пермеат предпочтительно содержит, по меньшей мере, 90% лактозы присутствующей до смягчения, предпочтительно, по меньшей мере, 95%. Смягченный UF-пермеат, полученный после смягчения, или предпочтительно после удаления одновалентных ионов, наиболее предпочтительно после ионного обмена на стадии (d) и последующей нанофильтрации, представляет собой жидкую композицию, обычно содержащую 75-100 вес.% лактозы (предпочтительно 90-100 вес.%, более предпочтительнее 95-99 вес.%), не более 1,5 вес.% натрия (предпочтительно 0,2-0,7 вес.%), не более 1 вес.% калия (предпочтительно 0,1-0,5 вес.%), не более 0,1 вес.% магния (предпочтительно не более 0,02 вес.%), не более 0,2 вес.% кальция (предпочтительно не более 0,1 вес.%), не более 1,5 вес.% хлорида (предпочтительно 0,3-1 вес.%), не более 0,5 вес.% фосфата (предпочтительно не более 0,3 вес.%), в пересчете на общий сухой вес композиции, имеющую общее содержание золы предпочтительно не более 5 вес.%, более предпочтительно 1-4 вес.%, в пересчете на общий сухой вес композиции, и предпочтительно имеющую общее содержание сухих веществ 7-35%, более предпочтительно 10-30%, наиболее предпочтительно 18-28%. Каждый из ионов, указанных здесь, предпочтительно, по существу, отсутствуют в этом смягченном UF-пермеате после смягчения или удаления одновалентных ионов.
В случае если общее содержание сухих веществ любого смягченного UF-пермеата является относительно низким, например, ниже 10% или ниже 15%, то смягченный UF-пермеат можно концентрировать для достижения общего содержания сухих веществ предпочтительно 10-30%, более предпочтительно 18-28%, до объединения на стадии (е). Концентрирование можно осуществлять любым методом, известным в данной области. Предпочтительно, концентрирование осуществляют с использованием обратного осмоса.
В случае если смягченный UF-пермеат получают ионным обменом на стадии (d) и нанофильтрацией, то NF-пермеат представляет собой жидкую композициюя, обычно содержащую не более 25 вес.% лактозы (предпочтительно не более 15 вес.%), 10-50 вес.% натрия (предпочтительно 20-30 вес.%), 5-30 вес.% калия (предпочтительно 8-12 вес.%), 0-10 вес.% магния (предпочтительно 0,1-5 вес.%), 0-10 вес.% кальция (предпочтительно 0,1-5 вес.%), 20-70 вес.% хлорида (предпочтительно 35-55 вес.%), 0-10 вес.% фосфата (предпочтительно 0,1-5 вес.%), в пересчете на общий сухой вес композиции, имеющую общее содержание золы предпочтительно, по меньшей мере, 50 вес.%, более предпочтительно 65-85 вес.%, в пересчете на общий сухой вес композиции, и предпочтительно имеющую общее содержание сухих веществ 7-35%, более предпочтительно 10-30%, наиболее предпочтительно 18-28%.
Смягченный UF-пермеат, происходящий со стадии (d), имеющий указанные выше характеристики, идеально подходит для добавления в UF-ретентат, происходящий со стадии (а), и/или UF-ретентат, происходящий со стадии (b), или предпочтительно для добавления в смесь UF-ретентатов, происходящую со стадии (с), для получения молочных продуктов, предпочтительно (сухих) молочных смесей, в частности, для получения пищевого продукта для обеспечения детского питания. Таким образом, в предпочтительном варианте выполнения способа по изобретению смягченный UF-пермеат, происходящий со стадии (d), объединяют на стадии (е) с UF-ретентатом, происходящем со стадии (а), и/или UF-ретентатом, происходящем со стадии (b), или смесью UF-ретентатов, происходящей со стадии (с). Наиболее предпочтительно смягченный UF-пермеат, происходящий со стадии (d), объединяют на стадии (е) во время или после смешивания на стадии (с), таким образом, или со смесью UF-ретентатов со стадии (с) или со смесью UF-ретентатов, происходящей со стадии (с).
В предпочтительном варианте выполнения, по меньшей мере, 80 вес.%, более предпочтительно, по меньшей мере, 90 вес.% или даже, по меньшей мере, 95 вес.%, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 98 вес.% лактозы, которую получают в UF-пермеатах, происходящих со стадии (а) и (b), смешивают на стадии (е) с UF-ретентатами, происходящими со стадии (а) и (b). Содержание лактозы в жидкой композиции соответственно может определить специалист, например, ферментативно или с использованием ВЭЖХ.
Способом по изобретению получают остаточную воду в нескольких точках, например, со стадии сушки, необязательно в виде пермеатов нанофильтрации и/или в виде пермеатов обратного осмоса. В предпочтительном варианте выполнения, такая остаточная вода, необязательно после дополнительной очистки, например, обратным осмосом, рециркулируется в способе по изобретению, например, используется для разбавления или восстановления первой жидкой композиции (предпочтительно обезжиренного молока животных) и/или второй жидкой композиции, содержащей сладкую сыворотку и/или кислую сыворотку, исходного сырья, или в виде диафильтрационной воды.
Определения
Термин «сладкая сыворотка» здесь относится к жидкому (содержащему сывороточный белок) субпродукту отрасли производства сыра, которая использует ферментативное формирование сырной массы (например, на основе осаждения казеина с использованием сычужного фермента), причем сырье соответственно доступно на коммерческом рынке. Как правило, сывороточные белки, присутствующие в сладкой сыворотке, включают среди прочего бета-лактоглобулин, альфа-лактальбумин, бычий сывороточный альбумин, иммуноглобулины, лактоферрин, лактопероксидазу и гликомакропротеин.
В противоположность, термин «кислая сыворотка» здесь относится к жидкому (содержащему сывороточный белок) субпродукту отрасли производства сыра, которая использует (съедобные) кислоты для формирования сырной массы (например, на основе осаждения казеина с использованием кислот, таких как лимонная кислота), причем сырье соответственно доступно на коммерческом рынке. Как правило, сывороточные белки, присутствующие в кислой сыворотке, включают среди прочего бета-лактоглобулин, альфа-лактальбумин, бычий сывороточный альбумин, иммуноглобулины, лактоферрин и лактопероксидазу.
Термин «казеин» здесь относится к казеину или казеиновым белкам, которые содержатся в обезжиренном молоке животных, таком как бычье обезжиренное молоко, более конкретно коровье обезжиренное молоко. Предпочтительно, казеин или казеинат находится, по существу, в интактной, негидролизованной форме.
2+
2+
2-
3-
+
+
-
4
4
В том смысле, в котором здесь используется термин «поливалентные ионы», он относится к ионам, имеющим двойной или более положительный или отрицательный заряд. Более конкретно, данный термин относится к Mg, Ca и поливалентным анионам фосфатов (например, HPO, PO). Термин «одновалентные ионы» относится к ионам, имеющим единичный положительный или отрицательный заряд, в частности, Na, K, Cl.
Термин «удаление поливалентных ионов» означает, что указанные поливалентные ионы удаляют из композиции UF-пермеата, которую подвергают стадии удаления поливалентных ионов (стадия (d)). Предпочтительно, термин «удаление поливалентных ионов» означает, что, по меньшей мере, 10 или 20 вес.% поливалентных ионов, которые присутствует в указанном UF-пермеате (в пересчете на его сухой вес), удаляют, предпочтительно, по меньшей мере, 50 вес.%, 60 вес.%, более предпочтительно 70 вес.% или, по меньшей мере, 80 вес.%, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 90 вес.%. Весовой процент (вес.%) удаления поливалентных ионов определяют сравнением общего веса поливалентных ионов, присутствующих после стадии (с), к общему весу поливалентных ионов, присутствующих до стадии (с). Аналогично, термин «смягчение» используется для обозначения удаления поливалентных ионов. Следовательно, здесь термины «смягчение» и «удаление поливалентных ионов» используются взаимозаменяемо. Аналогично, термин «смягчение» используется для обозначения композиции, из которой удалены поливалентные ионы. «Значительное удаление поливалентных ионов» обозначает удаление, по меньшей мере, 70 вес.% поливалентных ионов, предпочтительно, по меньшей мере, 85 вес.%, более предпочтительно, по меньшей мере, 95 вес.% или даже, по меньшей мере, 99 вес.% поливалентных ионов. Удаление поливалентных ионов или смягчение может сопровождаться удалением одновалентных ионов или на той же стадии, или на отдельной стадии. Предпочтительно, удаление поливалентных ионов относится к удалению, по меньшей мере, или полностью кальция, магния и/или разновидностей фосфатов до пределов, которые определены в данном параграфе.
Термин «удаление одновалентных ионов» означает, что указанные одновалентные ионы удаляют из композиции, которую подвергают стадии удаления одновалентных ионов (предпочтительно смягченный UF-пермеат и/или любой UF-ретентат). В случае если не указано иное, предпочтительно, по меньшей мере, 10 или 20 вес.% (в пересчете на сухой вес) одновалентных ионов удаляют из композиции, которая была подвергнута стадии удаления одновалентных ионов, более предпочтительно, по меньшей мере, 35 вес.% или 50 вес.%, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 60 вес.%. Удаление одновалентных ионов является особенно предпочтительным в случае, если способ по изобретению направлен на производство сухих порошковых композиций, предназначенных для использования в качестве детского питания. «Значительное удаление одновалентных ионов» обозначает удаление, по меньшей мере, 70 вес.% одновалентных ионов, предпочтительно, по меньшей мере, 85 вес.%, более предпочтительно, по меньшей мере, 95 вес.% или даже, по меньшей мере, 99 вес.% одновалентных ионов. Предпочтительно, удаление одновалентных ионов относится к удалению, по меньшей мере, или полностью натрия, калия и/или хлорида до пределов, которые определены в данном параграфе.
В том смысле, в котором здесь используется термин «обогащенный», он относится к ситуации, в которой количество конкретного компонента в (жидкой) композиции (в вес.% в пересчете на сухой вес) является более высоким после стадии способа по сравнению с содержанием того же компонента в (жидкой) композиции до указанной стадии способа. Предпочтительно, процентное содержание в пересчете на сухой вес компонента, которым обогащают, составляет содержание в потоке, выгружаемом со стадии способа, по меньшей мере, 110%, более предпочтительно, по меньшей мере, 125%, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 150%, на процентное содержание в пересчете на сухой вес указанного компонента в поступающем потоке на указанную стадию способа. Примером является ультрафильтрация обезжиренного молока, где молочные белки остаются в ретентате, в то время как вода и низкомолекулярные растворенные вещества проникают через ультрафильтрационную мембрану. Таким образом, любой UF-ретентат обогащается казеином и сывороточными белками, поскольку их содержание в ретентате, в вес.% в пересчете на сухой вес композиции, увеличивается по сравнению с их вес.% в обезжиренном молоке, поскольку присутствуют менее низкомолекулярные растворенные вещества. Кроме того, пермеат обогащается низкомолекулярными растворенными веществами (например, обогащенный лактозой), поскольку количество белков по существу снижается в пермеате, и лактоза составляет, безусловно, самую большую часть сухого веса пермеата.
«Общее содержание сухих веществ» жидкой композиции обозначает весовой процент сухих веществ, присутствующих в композиции, в пересчете на общий вес композиции. Сухие вещества включают все нелетучих веществ, обычно все за исключением воды.
«Фактор объемного концентрирования» или «VCF» представляет собой фактор, при котором жидкую композицию концентрируют во время фильтрации, то есть общий объем поступающего потока до фильтрации, разделенный на общий объем ретентата после фильтрации независимо от общего содержания сухих веществ. Таким образом, если 5 л жидкой композиции фракционируют через ультрафильтрационную мембрану на 4 л пермеата и 1 л ретентата, то данный UF-процесс осуществляется с VCF 5/1=5.
Под «UF-ретентатом, происходящим со» понимается жидкая композиция ретентата, которая (непосредственно) получена на стадиях ультрафильтрации (а) и (b). Термин также относится к UF-ретентатам, которые смешивают на стадии (с) для получения смеси UF-ретентатов. Независимо от того, между получением UF-ретентата со стадии (а) и (b) и смешиванием на стадии (с) или стадии (е), или сушкой на стадии (h), подвергают ли UF-ретентат стадии концентрирования, такой как обратный осмос или нанофильтрация, термин UF-ретентат все же относится к данной UF-фракции. Таким образом, термин UF-ретентат предназначен для обозначения (обогащенной белком) фракции, которая обрабатывается согласно стадиям по изобретению, от стадии ультрафильтрации до точки, в которой он объединяется (повторно объединяется) с UF-пермеатом.
Аналогично, термин «UF-пермеат, происходящий со» здесь означает жидкую композицию пермеата, которую (непосредственно) получают на стадиях ультрафильтрации (а) и (b). Термин также относится к UF-пермеатам, которые доставляются в виде (жидких) композиций со стадии ультрафильтрации в модуль удаления поливалентных ионов для осуществления стадии (d), или в модуль удаления одновалентных ионов для осуществления стадии (f), и/или любой необязательной стадии, или в модуль концентрирования с получением в конечном итоге объединенного продукта пермеат/ретентат на стадии (е) или с получением сухого порошка на стадии (h). Независимо от того, между получением UF-пермеата со стадии (а) и (b) и смешиванием на стадии (e) или сушкой на стадии (h), подвергают ли UF-пермеат стадии обработки (например, стадии удаления поливалентных ионов, стадии концентрирования, обратному осмосу и/или нанофильтрации), в контексте настоящего изобретения термин UF-пермеат все же относится к данной UF-фракции. Таким образом, термин UF-пермеат предназначен для обозначения (обогащенной лактозой) фракции, которая обрабатывается согласно стадиям по изобретению от стадии ультрафильтрации до точки, в которой он объединяется (повторно объединяется) с UF-ретентатом.
В контексте настоящего изобретения сухая смесь имеет содержание воды не более 6 вес.%, предпочтительно 1-4 вес.%, более предпочтительно 2-3 вес.%, в пересчете на общий вес композиции. Сухую смесь можно далее переработать в пищевые продукты, предпочтительно продукты, подходящие для вскармливания человеческих младенцев.
Предпочтительные первая и вторая жидкие композиции по изобретению
Первая жидкость композиция содержит обезжиренное молоко животных, которое содержит молочные белки и лактозу. Она содержит количество минеральных веществ, типичных для обезжиренного молока животных. Ее белковая фракция содержит 70-90 вес.% казеина и 10-30 вес.% сывороточных белков, предпочтительно 75-85 вес.% казеина и 15-25 вес.% сывороточного белка, в пересчете на сухой общий вес белковой фракции. Предпочтительно, она содержит 20-60 вес.% белка, более предпочтительно 25-50 вес.% белка, в пересчете на общий сухой вес первой жидкой композиции. Предпочтительно, первая жидкая композиция содержит 25-75 вес.% лактозы, более предпочтительно 40-60 вес.% лактозы, в пересчете на общий сухой вес первой жидкой композиции. Предпочтительно, первая жидкая композиция содержит 3-15 вес.% минеральных веществ, более предпочтительно 5-10 вес.% минеральных веществ, в пересчете на общий сухой вес первой жидкой композиции. Предпочтительно, первая жидкая композиция содержит 25-75 вес.% одновалентных ионов, более предпочтительно 30-60 вес.% одновалентных ионов, и 25-75 вес.% поливалентных ионов, более предпочтительно 40-70 вес.% поливалентных ионов, в пересчете на общий сухой вес минеральных веществ. Предпочтительно, первая жидкая композиция имеет общее содержание сухих веществ от 3 до 15%, более предпочтительно от 6 до 11%, наиболее предпочтительно от 7,5 до 10%. Содержание жира в обезжиренном молоке животных является типичным для обезжиренного молока животных и составляет значения намного ниже, чем в необезжиренном молоке. В частности, содержание жира составляет ниже 3 вес.% (г/100 г обезжиренного молока животных), предпочтительно ниже 2 вес.%, более предпочтительно ниже 1 вес.%, наиболее предпочтительно ниже 0,5 вес.%.
В особенно предпочтительном варианте выполнения первая жидкая композиция содержит обезжиренное молоко животных или представляет собой обезжиренное молоко животных. Обезжиренное молоко животных (то есть обезжиренное молоко, отличное от женского), предпочтительно крупного рогатого скота, можно использовать как таковое, в разбавленном или концентрированном виде, как (необязательно разбавленный) концентрат обезжиренного молока или как восстановленное сухое обезжиренное молоко. Наиболее предпочтительно, первая жидкая композиция представляет собой коровье обезжиренное молоко. Обезжиренное молоко животных можно предварительно обработать до того, как подвергнуть обработке способом по изобретению. Такая предварительная обработка включает или состоит из стадии тепловой обработки (например, пастеризации) и/или стадии фильтрации для снижения бактериальной нагрузки в обезжиренном молоке животных. Предпочтительно, обезжиренное молоко животных предварительно не обрабатывают с целью изменения содержания минеральных веществ или их профиля. В частности, обезжиренное молоко животных предпочтительно (значительно) не смягчают или не подвергают удалению одновалентных ионов до его поступления на ультрафильтрацию по настоящему способу.
Вторая жидкая композиция по изобретению представляет собой сладкую сыворотку и/или кислую сыворотку, имеющую состав, который включает белок, лактозу и количество минеральных веществ, типичных для данного вида сыворотки (в виде одновалентных и поливалентных ионов). Белковая фракция жидкой сыворотки содержит 0-25 вес.% казеина и 75-100 вес.% сывороточных белков, предпочтительно 0-10 вес.% казеина и 90-100 вес.% сывороточного белка, наиболее предпочтительно 0-5 вес.% казеина и 95-100 вес.% сывороточного белка, в пересчете на сухой общий вес белковой фракции. Предпочтительно, вторая композиция содержит 5-40 вес.% белка, более предпочтительно 7-17 вес.% белка, в пересчете на общий сухой вес второй жидкой композиции. Предпочтительно, она содержит 40-90 вес.% лактозы, более предпочтительно 60-80 вес.% лактозы, в пересчете на общий сухой вес второй жидкой композиции. Предпочтительно, вторая композиция содержит 3-15 вес.% минеральных веществ, более предпочтительно 6-12 вес.% минеральных веществ, в пересчете на общий сухой вес второй жидкой композиции. Предпочтительно, вторая композиция содержит 40-90 вес.% одновалентных ионов, более предпочтительно 60-85 вес.% одновалентных ионов, и 10-60 вес.% поливалентных ионов, более предпочтительно 15-40 вес.% поливалентных ионов, в пересчете на общий сухой вес минеральных веществ. Предпочтительно, она имеет общее содержание сухих веществ от 1 до 15%, более предпочтительно от 3 до 10%, наиболее предпочтительно от 4 до 8%.
В особенно предпочтительном варианте выполнения вторая жидкая композиция представляет собой сладкую сыворотку и/или кислую сыворотку. Сладкую и/или кислую сыворотку можно использовать как таковую, в разбавленном или концентрированном виде, также как (необязательно разбавленный) концентрат сыворотки и как восстановленную сыворотку из порошка. И сладкая сыворотка и кислая сыворотка подходят в качестве жидкой композиции на основе сыворотки животных для использования в изобретении. Наиболее предпочтительно, вторая жидкая композиция представляет собой сладкую сыворотку. Используемую сыворотку животных можно предварительно обработать до того, как подвергнуть ее стадии ультрафильтрации способа по изобретению. Предварительная обработка сыворотки животных включает или состоит из тепловой обработки (например, пастеризации) и/или фильтрации для снижения бактериальной нагрузки в сыворотке животных. Предпочтительно, сыворотку животных предварительно не обрабатывают с целью изменения содержание минеральных веществ или их профиля. В частности, сыворотку животных (значительно) не смягчают или не подвергают удалению одновалентных ионов до ее поступления в обработку по настоящему способу.
Предпочтительно, вторая жидкая композиция содержит сладкую сыворотку, или сыворотка, присутствующая в нем, содержит сладкую сыворотку, или указанная сыворотка содержит, по меньшей мере, 20 вес.% сладкой сыворотки от общей сыворотки (в пересчете от общей вес сыворотки, присутствующей во второй жидкой композиции), или, по меньшей мере, 40 вес.% сладкой сыворотки, или, по меньшей мере, 60 вес.% сладкой сыворотки, или, по меньшей мере, 80 вес.% сладкой сыворотки, или даже, по меньшей мере, 90 вес.% сладкой сыворотки. В таких случаях, оставшаяся часть сыворотки содержит кислую сыворотку.
Промежуточные продукты, получаемые во время осуществления способа
Настоящее изобретение также относится к промежуточным продуктам, полученным во время осуществления способа по изобретению.
В первом аспекте промежуточные продукты изобретения относятся к жидкой композиции, получаемой нанофильтрацией UF-ретентата, происходящего со стадии UF первой жидкой композиции, на стадии (j1), то есть ретентату нанофильтрации, полученному в результате NF UF-ретентата, происходящего со стадии UF композиции на основе обезжиренного молока животных. Жидкая композиция согласно этому первому аспекту содержит:
(a) 30-75 вес.% белков, предпочтительно 40-65 вес.% белков, более предпочтительно 45-60 вес.% белков, в пересчете на общий сухой вес композиции;
(b) 20-50 вес.% лактозы, предпочтительно 30-38 вес.% лактозы, в пересчете на общий сухой вес композиции, и
(c) минеральные вещества в виде одновалентных и поливалентных ионов.
Белковая фракция (а) предпочтительно не изменяется по отношению к белковой фракции, которая присутствует в обезжиренном молоке животных. Таким образом, белковая фракция (а) предпочтительно содержит 70-90 вес.% казеина и 10-30 вес.% сывороточного белка, предпочтительно 75-85 вес.% казеина и 15-25 вес.% сывороточного белка, в пересчете на общий белок. Одновалентные ионы фракции (с) предпочтительно содержат натрий, более предпочтительно 0,1-0,5 вес.% натрия, наиболее предпочтительно 0,15-0,4 вес.% натрия, в пересчете на общий сухой вес композиции. Одновалентные ионы фракции (с) предпочтительно содержат калий, более предпочтительно 0,3-2 вес.% калия, наиболее предпочтительно 0,7-1,2 вес.% калия, в пересчете на общий сухой вес композиции. Одновалентные ионы фракции (с) предпочтительно содержат хлорид, более предпочтительно 0,05-1 вес.% хлорида, наиболее предпочтительно 0,1-0,4 вес.% хлорида, в пересчете на общий сухой вес композиции. Поливалентные ионы фракции (с) предпочтительно содержат магний, более предпочтительно 0,01-0,5 вес.% магния, наиболее предпочтительно 0,05-0,2 вес.% магния, в пересчете на общий сухой вес композиции. Поливалентные ионы фракции (с) предпочтительно содержат кальций, более предпочтительно 0,5-3 вес.% кальция, наиболее предпочтительно 1,2-2 вес.% кальция, в пересчете на общий сухой вес композиции. Поливалентные ионы фракции (с) предпочтительно содержат фосфат, более предпочтительно 0,4-2,5 вес.% фосфата, наиболее предпочтительно 0,8-1,8 вес.% фосфата, в пересчете на общий сухой вес композиции. Общее содержание минеральных веществ фракции (с) предпочтительно составляет в итоге общую зольность 2-13 вес.%, более предпочтительно 5-9 вес.%, в пересчете на общий сухой вес композиции. Композиция предпочтительно имеет общее содержание сухих веществ 5-30%, более предпочтительно 10-25%, наиболее предпочтительно 16-20%.
Во втором аспекте промежуточные продукты изобретения относятся к жидкой композиции, получаемой нанофильтрацией UF-ретентата, происходящего со стадии UF композиции, содержащей сладкую сыворотку и/или кислую сыворотку, на стадии (j1), то есть ретентату нанофильтрации, полученному в результате NF UF-ретентат, происходящего со стадии UF второй жидкой композиции. Жидкая композиция согласно этому второму аспекту содержит:
(a) 15-55 вес.% белков, предпочтительно 25-45 вес.% белков, более предпочтительные 30-40 вес.% белков, в пересчете на общий сухой вес композиции;
(b) 35-65 вес.% лактозы, предпочтительно 45-55 вес.% лактозы, в пересчете на общий сухой вес композиции, и
(c) минеральные вещества в виде одновалентных и поливалентных ионов.
Белковая фракция (а) предпочтительно не изменяется по отношению к белковой фракции, которая присутствует в сладкой сыворотке и/или кислой сыворотке. Таким образом, белковая фракция (а) предпочтительно содержит от 0-25 вес.% казеина и 75-100 вес.% сывороточного белка, предпочтительно 0-10 вес.% казеина и 90-100 вес.% сывороточного белка, наиболее предпочтительно 0-5 вес.% казеина и 95-100 вес.% сывороточного белка. Одновалентные ионы фракции (с) предпочтительно содержат натрий, более предпочтительно 0,1-1 вес.% натрия, наиболее предпочтительно 0,15-0,5 вес.% натрия, в пересчете на общий сухой вес композиции. Одновалентные ионы фракции (с) предпочтительно содержат калий, более предпочтительно 0,3-2 вес.% калия, наиболее предпочтительно 0,6-1 вес.% калия, в пересчете на общий сухой вес композиции. Одновалентные ионы фракции (с) предпочтительно содержат хлорид, более предпочтительно 0,05-1 вес.% хлорида, наиболее предпочтительно 0,1-0,4 вес.% хлорида, в пересчете на общий сухой вес композиции. Поливалентные ионы фракции (с) предпочтительно содержат магний, более предпочтительно 0,01-0,5 вес.% магния, наиболее предпочтительно 0,05-0,2 вес.% магния, в пересчете на общий сухой вес композиции. Поливалентные ионы фракции (с) предпочтительно содержат кальций, более предпочтительно 0,2-1,5 вес.% кальция, наиболее предпочтительно 0,4-1 вес.% кальция, в пересчете на общий сухой вес композиции. Поливалентные ионы фракции (с) предпочтительно содержат фосфат, более предпочтительно 0,1-1,5 вес.% фосфата, наиболее предпочтительно 0,4-0,8 вес.% фосфата, в пересчете на общий сухой вес композиции. Общее содержание минеральных веществ фракции (с) предпочтительно составляет в итоге общую зольность 1-13 вес.%, более предпочтительно 5-9 вес.%, в пересчете на общий сухой вес композиции. Композиция предпочтительно имеет общее содержание сухих веществ 5-30%, более предпочтительно 10-25%, наиболее предпочтительно 16-20%.
В третьем аспекте промежуточные продукты изобретения относятся к жидкой композиции, получаемой нанофильтрацией на стадии (j2), то есть ретентату нанофильтрации, полученному в результате NF смягченного UF-пермеата, происходящего из объединенных UF-пермеатов первой и второй жидкой композиции. Жидкая композиция согласно этому третьему аспекту содержит:
(a) не более 5 вес.% белков, предпочтительно не более 1 вес.% белков, в пересчете на общий сухой вес композиции;
(b) 75-100 вес.% лактозы, предпочтительно 95-99 вес.% лактозы, в пересчете на общий сухой вес композиции, и
(c) не более 5 вес.% минеральных веществ в виде одновалентных и поливалентных ионов, предпочтительно не более 1 вес.% минеральных веществ, в пересчете на общий сухой вес композиции.
Предпочтительно, композиция является, по существу, обедненной поливалентными ионами, то есть композиция предпочтительно содержит не более 1 вес.% поливалентных ионов, более предпочтительно не более 0,5 вес.% поливалентных ионов, наиболее предпочтительно не более 0,35 вес.% поливалентных ионов. Одновалентные ионы фракции (с) предпочтительно содержат не более 1,5 вес.% натрия, более предпочтительно 0,2-0,7 вес.% натрия, в пересчете на общий сухой вес композиции. Одновалентные ионы фракции (с) предпочтительно содержат не более 1 вес.% калия, более предпочтительно 0,1-0,5 вес.% калия, в пересчете на общий сухой вес композиции. Одновалентные ионы фракции (с) предпочтительно содержат не более 1,5 вес.% хлорида, более предпочтительно 0,3-1 вес.% хлорида, в пересчете на общий сухой вес композиции. Поливалентные ионы фракции (с) предпочтительно содержат не более 0,1 вес.% магния, более предпочтительно не более 0,02 вес.% магния, в пересчете на общий сухой вес композиции. Поливалентные ионы фракции (с) предпочтительно содержат не более 0,2 вес.% кальция, более предпочтительно не более 0,1 вес.% кальция, в пересчете на общий сухой вес композиции. Поливалентные ионы фракции (с) предпочтительно содержат не более 0,5 вес.% фосфата, более предпочтительно не более 0,3 вес.% фосфата, в пересчете на общий сухой вес композиции. Общее содержание минеральных веществ фракции (с) предпочтительно составляет в итоге общую зольность не более 5 вес.%, более предпочтительно 1-4 вес.%, в пересчете на общий сухой вес композиции. Композиция предпочтительно имеет общее содержание сухих веществ 7-35%, более предпочтительно 10-30%, наиболее предпочтительно 18-28%.
В четвертом аспекте промежуточные продукты изобретения относятся к жидкой композиции, получаемой смешиванием на стадии (с), то есть смесь UF-ретентатов, полученных в результате UF первой и второй жидких композиций. Жидкая композиция согласно этому четвертому аспекту содержит: количество белка от 40 до 52 вес.%, причем казеин и сыворотка присутствуют в весовом соотношении, находящемся в диапазоне 70:30 и 30:70, лактозу в количестве от 35 до 50 вес.%; и следующие минеральные вещества: магний в количестве от 0,01 до 0,30 вес.%, кальций в количестве от 0,80 до 1,70 вес.%, фосфор в количестве от 0,60 до 1,50 вес.%, натрий в количестве от 0,10 до 0,60 вес.%, хлорид в количестве от 0,05 до 0,60 вес.% и калий в количестве от 0,60 до 1,50 вес.%, все в пересчете на сухой вес промежуточного продукта.
В пятом аспекте промежуточные продукты изобретения относятся к жидкой композиции, получаемой объединением на стадии (е), то есть смеси UF-ретентатов, полученных в результате UF первой и второй жидких композиций, и смягченного UF-пермеата, происходящего из объединенных UF-пермеатов первой и второй жидких композиций. Жидкая композиция согласно этому пятому аспекту содержит: количество белка от 16 до 24 вес.%, причем казеин и сыворотка присутствуют в весовом соотношении, находящемся в диапазоне 70:30 и 30:70, лактозу в количестве от 65 до 80 вес.%; и следующие минеральные вещества: магний в количестве от 0,01 до 0,25 вес.%, кальций в количестве от 0,20 до 0,80 вес.%, фосфор в количестве от 0,40 до 0,80 вес.%, натрий в количестве от 0,20 до 0,80 вес.%, хлорид в количестве от 0,30 до 0,90 вес.% и калий в количестве от 0,30 до 0,90 вес.%.
Использование промежуточных продуктов, получаемых способом по изобретению
Настоящее изобретение также относится к использованию промежуточных продуктов по изобретению, получаемых во время осуществления способа, как описано выше, особенно использованию этих продуктов в приготовлении пищевых продуктов, подходящих для вскармливания человеческих младенцев, или основ для таких пищевых продуктов. Кроме того, настоящее изобретение также относится к способам приготовления пищевых продуктов, подходящих для вскармливания человеческих младенцев, или основ для таких пищевых продуктов с использованием одного или более промежуточных продуктов по изобретению, получаемых во время осуществления способа, как описано выше.
В контексте настоящего изобретения основа для пищевых продуктов, подходящих для вскармливания человеческих младенцев, обозначает молочный продукт, предпочтительно порошок, в котором все компоненты находятся на или ниже их требуемого уровня для детского питания. Некоторые необходимые или полезные компоненты, таких как липиды, пребиотики, витамины и минеральные вещества, могут быть ниже требуемого уровня, и необходимо обогатить основу для приготовления пищевых продуктов, подходящих для вскармливания человеческих младенцев. Специалист знает основы для пищевых продуктов, подходящих для вскармливания человеческих младенцев, и знает, каким компонентам, возможно, потребоваться обогащение, и как такое обогащение осуществить.
В частности, настоящее изобретение относится к способу получения детского питания или основы для детского питания, получаемых из промежуточных продуктов, включающему:
(I) смешивание жидкой композиции согласно первому аспекту с источником лактозы, предпочтительно жидкой композицией согласно третьему аспекту, и источником сывороточных белков, предпочтительно жидкой композицией согласно второму аспекту; или
(II) смешивание жидкой композиции согласно четвертому аспекту с источником лактозы, предпочтительно жидкой композицией согласно третьему аспекту; или
(III) обеспечение жидкой композиции согласно пятому аспекту; и
(IV) необязательное добавление дополнительных компонентов в (смешанный) продукт на стадии (I), (II) или (III), или в высушенный продукт на стадии (V),
(V) сушку продукта со стадии (I), (II), (III) или (IV).
Дополнительные компоненты, которые могут быть добавлены на стадии (IV), известны в данной области и предпочтительно включают, более предпочтительно выбираются из липидов, витаминов, минеральных веществ, пребиотиков, пробиотиков и/или добавленной лактозы.
Фигура
Здесь и далее на фигурах представлено несколько вариантов осуществления системы по изобретению. Со ссылкой на прилагаемые фигуры система по изобретению описывается следующим образом.
Система
Настоящее изобретение также относится к устройству или системе, специально предназначенной для осуществления способа по изобретению. Система по изобретению предпочтительно представляет собой модульную систему, в которой три или более модулей соединены по текучей среде друг с другом. Здесь каждый модуль может быть отдельным узлом, или два или более модулей могут быть объединены в виде единого узла. Предпочтительно, каждый модуль представляет собой отдельный узел и различим как таковой в системе.
Система по изобретению смотрирована с возможностью приема двух поступающих жидких композиции (например, обезжиренного молока животных и жидкой композиции, содержащей сладкую сыворотку и/или кислую сыворотку) и выгрузки твердой композиции. В дополнение к этому, последующие жидкие и/или твердые композиции могут быть приняты системой или выгружены из системы.
Система по изобретению включает первый модуль ультрафильтрации (1), включающий ультрафильтрационную мембрану (1b). Первый модуль предназначен для приема первой жидкой композиции, в частности обезжиренного молока животных, через первое входное отверстие (1а) на первую сторону UF-мембраны (1b). Для осуществления способа по изобретению первая жидкая композиция предпочтительно представляет собой обезжиренное молоко животных, как подразумевается здесь. Кроме того, первый модуль (1) включает первое выходное отверстие (1с) для выгрузки ретентата ультрафильтрации (UFR1) с первой стороны UF-мембраны (1b) и второе выходное отверстие (1d) для выгрузки пермеата ультрафильтрации (UFP1) со второй стороны UF-мембраны (1b). UF-мембрана (1b) имеет две стороны, одну для приема поступающей первой жидкой композиции и выгрузки UFR1, и одну для выгрузки UFP1. Таким образом, UFP1 содержит только материал, который проникает через UF-мембрану (1b). UF-мембрана (1b), используемая в первом модуле, может быть любой UF-мембраной, известной в данной области, включая керамические мембраны и органические спиралевидные мембраны. UF-мембрана (1b) имеет отсечение по молекулярной массе, которое позволяет белкам, таким как сывороточные белки и казеин, оставаться в ретентате. Предпочтительно, отсечение по молекулярной массе составляет 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.
Система по изобретению включает второй модуль ультрафильтрации (2), включающий вторую ультрафильтрационную мембрану (2b). Второй модуль ультрафильтрации (2) предназначен для приема второй жидкой композиции, содержащей сладкую сыворотку и/или кислую сыворотку, через первое входное отверстие (2а) на первую сторону второй UF-мембраны (2b). Кроме того, второй модуль ультрафильтрации (2) включает первое выходное отверстие (2c) для выгрузки ретентата ультрафильтрации (UFR2) с первой стороны второй UF-мембраны (2b) и второе выходное отверстие (2d) для выгрузки пермеата ультрафильтрации (UFP2) со второй стороны второй UF-мембраны (2b). UF-мембрана (2b), используемая в модуле ультрафильтрации (2), может быть любой UF-мембраной, известной в данной области, включая керамические мембраны и органические спиралевидные мембраны, предпочтительно UF-мембрана (2b) является органической спиралевидной мембраной. UF-мембрана (2b) имеет отсечение по молекулярной массе, которое позволяет белкам, таким как сывороточные белки и казеин, оставаться в ретентате. Предпочтительно, отсечение по молекулярной массе составляет 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.
Система по изобретению включает модуль смешивания (3) для смешивания, по меньшей мере, двух жидких потоков, по меньшей мере, двух твердых потоков (например, порошков) или, по меньшей мере, одного жидкого потока и, по меньшей мере, одного твердого потока, предпочтительно для смешивания, по меньшей мере, двух жидких потоков. Модуль смешивания (3) предпочтительно обеспечивает смешивание UF-ретентата, происходящего из модуля ультрафильтрации (1), UF-ретентат, происходящий из модуля ультрафильтрации (2), и необязательно смягченного UFP, происходящего из узла удаления поливалентных ионов (5).
Модуль смешивания (3) предназначен для приема UF-ретентата, происходящего из модуля ультрафильтрации (1), через первое входное отверстие (3а) и для приема UF-ретентата, происходящего из модуля ультрафильтрации (2), через второе входное отверстие (3b). Второй модуль включает выходное отверстие (3c) для выгрузки смеси UF-ретентатов. В предпочтительном варианте выполнения модуль для смешивания (3) включает третье входное отверстие (3d), предназначенное для приема смягченного UFP, происходящего из узла удаления поливалентных ионов (5), и выходное отверстие (3c) для выгрузки смеси UF-ретентатов и смягченного UFP, называемой объединенным продуктом. Альтернативно, смешивание смеси UF-ретентатов, происходящей из модуль смешивания (3), со смягченным UFP, происходящим из узла удаления поливалентных ионов (5), можно осуществить в отдельном модуле смешивания, который предназначен для выгрузки объединенного продукта.
Смешивание можно осуществить просто объединением двух или трех поступающих композиций, но предпочтительно модуль смешивания (3) дополнительно включает смешивающие устройства (3d). Смешивающими устройствами (3d) могут быть любые устройства, подходящие для смешивания двух или трех композиций, известные в данной области, такие как «в трубе» (то есть соединением двух или трех входящих труб в одну выходящую трубу), в (уравнительном) резервуаре или сосуде, во встряхиваемом сосуде или любым промышленным миксером или смесителем, известным в данной области. Подходящие смешивающие устройства включают устройства для смешивания двух или трех жидких композиций, например, динамического смешивания или статического смешивания, или для смешивания двух или трех твердых композиций (например, двух порошков), например, смеситель для сухих материалов, такой как ленточный смеситель, лопастной смеситель, барабанный смеситель и вертикальный смеситель, или, по меньшей мере, одной жидкой композиции и, по меньшей мере, одной твердой композиции, предпочтительно для смешивания двух или трех жидких композиций. В особенно предпочтительном варианте выполнения смешивающие устройства представляют собой «в трубе» или в уравнительном резервуаре.
Модуль смешивания (3) расположен в системе после первого модуля ультрафильтрации (1) и второго модуля ультрафильтрации (2). Выходное отверстие (1c) первого модуля ультрафильтрации (1) соединено по текучей среде с входным отверстием (3а) модуля смешивания (3), и выходное отверстие (2c) второго модуля ультрафильтрации (2) соединено по текучей среде с входным отверстием (3b) модуля смешивания (3).
Система по изобретению может включать дополнительные модули или дополнительные устройства, как описано здесь ниже.
Система по изобретению предпочтительно включает модуль сушки (4) для сушки, по меньшей мере, одной жидкой композиции, предпочтительно для сушки объединенного продукта. Модуль сушки (4) предназначен для приема жидкой композиции (например, объединенного продукта) через входное отверстие (4а) в сушильные устройства (4b), и для выгрузки твердой композиции через выходное отверстие (4с) из сушильных устройств (4b). Сушильными устройствами (4b) могут быть любые устройства, подходящие для сушки жидкой композиции, известные в данной области, например, распылительная сушилка, сушилка с (псевдоожиженным) слоем, барабанная сушилка, сублимационная сушилка, вальцовая сушилка и тому подобное. В особенно предпочтительном варианте выполнения сушильными устройствами (4b) является распылительная сушилка.
Модуль сушки (4) может быть расположен в системе до модуля смешивания (3) или после модуля смешивания (3), при условии, что он расположен после первого модуля ультрафильтрации (1) и второго модуля ультрафильтрации (2). В случае если модуль сушки (4) расположен между первым модулем ультрафильтрации (1) и/или вторым модулем ультрафильтрации (2) и модулем смешивания (3), то, по меньшей мере, один из ретентатов ультрафильтрации, происходящих из модуля ультрафильтрации (1) и/или (2), высушивают до смешивания. В случае если третий модуль расположен после модуля смешивания (3), то ретентаты ультрафильтрации сначала смешивают и затем смесь UF-ретентатов, происходящую из модуля смешивания (3), высушивают.
Необязательно, система по изобретению включает дополнительный(ые) модуль(и) сушки, каждый для сушки, по меньшей мере, одного жидкого потока. Каждый модуль сушки предназначен для приема жидкой композиции через входное отверстие в сушильные устройства, и для выгрузки твердой композиции через выходное отверстие из сушильных устройств. Сушильными устройствами могут быть любые устройства, подходящие для сушки жидкой композиции, известные в данной области, например, распылительная сушилка, сушилка с (псевдоожиженным) слоем, барабанная сушилка, сублимационная сушилка, вальцовая сушилка и тому подобное. В особенно предпочтительном варианте выполнения сушильными устройствами является распылительная сушилка. Дополнительный модуль сушки могут быть расположены в системе до модуля смешивания (3) и после второго модуля ультрафильтрации (2), предпочтительно, в случае если первый модуль сушки (4) расположен до модуля смешивания (3) и после первого модуля ультрафильтрации (1). Таким образом, ретентаты ультрафильтрации, выгружаемые из обоих модулей ультрафильтрации (1) и (2), высушивают до смешивания в модуле смешивания (3).
В предпочтительном варианте выполнения система по изобретению включает модуль удаления поливалентных ионов (5) для удаления поливалентных ионов из одного или более пермеатов ультрафильтрации (UFP). Модуль удаления поливалентных ионов (5) включает входное отверстие (5а) для приема одного или более UFP, узел удаления поливалентных ионов (5b) и выходное отверстие (5с) для выгрузки смягченного UFP. Узел удаления поливалентных ионов (5b) может включать средства удаления (значительных количеств) поливалентных ионов (то есть ионов, имеющих двойной или более положительный или отрицательный заряд) и необязательно для удаления (значительных количеств) одновалентных ионов. Средства удаления (значительных количеств) одновалентных ионов могут быть объединены с узлом удаления поливалентных ионов (5b), или могут присутствовать в виде отдельного модуля удаления одновалентных ионов (6). В случае если присутствуют средства удаления (значительных количеств) поливалентных ионов и средства удаления (значительных количеств) одновалентных ионов, то эти средства могут быть единым узлом, способным удалять и поливалентные и одновалентные ионы, или предпочтительно двумя отдельными такими узлами, одним, способным удалять поливалентные ионы, и одним, способным удалять одновалентные ионы. Два отдельных таких узла предпочтительно присутствуют в двух различных модулях, модуле удаления поливалентных ионов (5) и модуле удаления одновалентных ионов (6), в которых выходное отверстие (5c) модуля удаления поливалентных ионов (5) соединено по текучей среде с входным отверстием (6а) модуля удаления одновалентных ионов (6). Модуль удаления одновалентных ионов (6) включает входное отверстие (6а) для приема смягченного UFP, узел удаления одновалентных ионов (6b) и выходное отверстие (6с) для выгрузки смягченного UFP, из которого удалены одновалентные ионы.
Любой метод, известный в данной области для удаления поливалентных и для удаления одновалентных ионов, можно использовать в качестве устройств для удаления поливалентных ионов (5b) и устройств для удаления одновалентных ионов (6b). Узел(узлы) для удаления одновалентных ионов соответственно выбирают из электродиализной установки (включающей ионообменные мембраны и устройства для наложения электрической разности потенциалов), ионообменной установки (включающей, по меньшей мере, одну колонку, заполненную анионной и/или катионной смолой), устройств для осаждения солей, нанофильтрационной мембраны или диафильтрационной мембраны, или их комбинаций. В предпочтительном варианте выполнения модуль удаления поливалентных ионов (5) включает, по меньшей мере, одну ионообменную колонку, содержащую анионообменную и/или катионообменную смолы в качестве узла удаления поливалентных ионов (5b) и модуль удаления одновалентных ионов (6) включает нанофильтрационную мембрану в качестве узла удаления одновалентных ионов (6b). В случае если модуль удаления одновалентных ионов (6) включает нанофильтрационную мембрану в качестве узла удаления одновалентных ионов (6b), то модуль удаления одновалентных ионов (6) предназначен для приема смягченного UFP через первое входное отверстие (6а) на первую сторону NF-мембраны (6b). Кроме того, модуль удаления одновалентных ионов (6) включает первое выходное отверстие (6с) для выгрузки ретентата нанофильтрации с первой стороны NF-мембраны (6b) и второе выходное отверстие (6d) для выгрузки пермеата нанофильтрации со второй стороны NF-мембраны (6b). NF-мембрана (6b), используемая в модуле удаления одновалентных ионов (6), может быть любой NF-мембраной, известной в данной области. Обычно используют спиралевидную мембрану, имеющую 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. Предпочтительно модуль удаления одновалентных ионов (6) включает устройства для дополнения нанофильтрации диафильтрацией, предпочтительно эти устройства являются дополнительным входным отверстием (6е) для приема диафильтрационной воды.
В особенно предпочтительном варианте выполнения модуль удаления поливалентных ионов (5), модуль удаления одновалентных ионов (6) в совокупности образуют три или предпочтительно четыре модуля, то есть модуль нанофильтрации (6-i) в качестве модуля удаления одновалентных ионов (6), модуль осаждения солей (5-i) и модуль удаления осадка (5-ii) в качестве модуля удаления поливалентных ионов (5) и предпочтительно второй модуль нанофильтрации (6-ii) и/или модуль электродиализа (5-iii), более предпочтительно модуль электродиализа (5-iii). Предпочтительно, эти модули смонтированы таким образом, что:
- модуль нанофильтрации (6-i) способен принимать один или более UFP, удалять одновалентные ионы фильтрацией через нанофильтрационную мембрану, и выгружать пермеат нанофильтрации в модуль осаждения солей (5-i);
- модуль осаждения солей (5-i) способен принимать пермеат нанофильтрации из модуля (6-i), вызывать осаждение солей, в частности солей, содержащих поливалентные ионы, и выгружать жидкий поток, содержащий осадки, в модуль удаления осадка (5-ii);
- модуль удаления осадка (5-ii) способен принимать жидкий поток, содержащий осадки, из модуля (5-i), удалять осадки, предпочтительно фильтрацией через ультрафильтрационную мембрану, и выгружать смягченный UFP, предпочтительно в модуль электродиализа (5-iii);
- и предпочтительно модуль электродиализа (5-iii) способен принимать смягченный UFP из модуля (5-ii), удалять одновалентные и/или поливалентные ионы из смягченного UFP и выгружать смягченный UFP.
Модуль осаждения солей (5-i) включает средства, вызывающие осаждение солей, в частности солей, содержащих поливалентные ионы. Любой метод, известный в данной области, можно использовать в качестве средств, вызывающих осаждение солей. Предпочтительно, метод, вызывающий осаждение солей, выбирают из добавления сильного основания, такого как гидроксид натрия, доведения значения рН до нейтрального рН, например, от 6 до 8, и повышения температуры в диапазоне от 70°С до 90°С, с последующим понижением в диапазоне от 5°С до 30°С. Специалист в данной области знает, как смонтировать модуль осаждения солей (5-i) для осуществления этих методов. Модуль удаления осадка (5-ii) предпочтительно представляет собой модуль ультрафильтрации, способный удалять осадки из жидкого потока ультрафильтрацией, в который смягченный UFP можно выгружать в качестве пермеата ультрафильтрации. Модуль электродиализа (5-iii) может включать любую электродиализную установку, известную в данной области. В контексте этого варианта осуществления модуль электродиализа (5-iii) можно заменить вторым модулем нанофильтрации (6-ii), способным принимать смягченный UFP из модуля (5-ii), удалять одновалентные ионы из смягченного UFP и выгружать смягченный UFP. Выходное отверстие для выгрузки смягченного UFP из модуля (5-ii), (5-iii) или (6-ii) предпочтительно соединено по текучей среде с входным отверстием (3d) модуля смешивания (3).
В системе по изобретению модуль удаления поливалентных ионов (5) предпочтительно расположен между первым модулем ультрафильтрации (1) и/или вторым модулем ультрафильтрации (2) и модулем смешивания (3), более предпочтительно модуль удаления поливалентных ионов (5) расположен между первым модулем ультрафильтрации (1) и/или вторым модулем ультрафильтрации (2) и модулем удаления одновалентных ионов (6), а модуль удаления одновалентных ионов (6) расположен между модулем удаления поливалентных ионов (5) и модулем смешивания (3). Выходное отверстие (1d) первого модуля ультрафильтрации (1) и выходное отверстие (2d) второго модуля ультрафильтрации (2) соединено по текучей среде с входным отверстием (5а) узла удаления поливалентных ионов (5), а выходное отверстие (5c) узла удаления поливалентных ионов (5) соединено по текучей среде с входным отверстием (3d) модуля смешивания (3), или более предпочтительно выходное отверстие (5c) узла удаления поливалентных ионов (5) соединено по текучей среде с входным отверстием (6а) модуля удаления одновалентных ионов (6), а выходное отверстие (6с) модуля удаления одновалентных ионов (6) соединено по текучей среде с входным отверстием (3d) модуля смешивания (3).
В другом предпочтительном варианте выполнения система по изобретению включает один или более модулей концентрирования для концентрирования (а) жидкого(их) потока(ов), предпочтительно, по меньшей мере, два модуля концентрирования, один модуль концентрирования (7) для концентрирования UF-ретентата, происходящего из первого модуля ультрафильтрации (1), и один модуль концентрирования (8) для концентрирования UF-ретентата, происходящего из второго модуля ультрафильтрации (2).
Модуль концентрирования (7) включает входное отверстие (7а) для приема UF-ретентата, происходящего из первого модуля ультрафильтрации (1), в устройства для концентрирования (7b), устройства для концентрирования (7b) и выходное отверстие (7с) для выгрузки концентрированного UF-ретентата. Любой метод концентрирования, известный в данной области, можно использовать в качестве устройств для концентрирования (7b). Устройства для концентрирования (7b) соответственно выбирают из установки для упаривания (например, повышением температуры и/или снижением давления) или установки мембранной фильтрации (например, мембраны обратного осмоса или нанофильтрационной мембраны), наиболее предпочтительно устройствами для концентрирования (7b) является нанофильтрационная мембрана. В случае если модуль концентрирования (7) включает нанофильтрационную мембрану в качестве устройств для концентрирования (7b), то модуль концентрирования (7) предназначен для приема UF-ретентата через первое входное отверстие (7а) на первую сторону NF-мембраны (7b). Кроме того, модуль концентрирования (7) включает первое выходное отверстие (7с) для выгрузки концентрированного UF-ретентата в качестве NF-ретентата с первой стороны NF-мембраны (7b) и второе выходное отверстие (7d) для выгрузки пермеата нанофильтрации со второй стороны NF-мембраны (7b). NF-мембрана (7b), используемая в модуле концентрирования (7), может быть любой NF-мембраной, известной в данной области. Обычно используют спиралевидную мембрану, имеющую 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.
Модуль концентрирования (8) включает входное отверстие (8a) для приема UF-ретентата, происходящего из второго модуля ультрафильтрации (2), в устройства для концентрирования (8b), устройства для концентрирования (8b) и выходное отверстие (8c) для выгрузки концентрированного UF-ретентата. Любой метод, концентрирования, известный в данной области, можно использовать в качестве устройств для концентрирования (8b). Устройства для концентрирования (8b) соответственно выбирают из установки для упаривания (например, повышением температуры и/или снижением давления) или установки мембранной фильтрации (например, мембраны обратного осмоса или нанофильтрационной мембраны), наиболее предпочтительно устройствами для концентрирования (8b) является нанофильтрационная мембрана. В случае если модуль концентрирования (8) включает нанофильтрационную мембрану в качестве устройств для концентрирования (8b), то модуль концентрирования (8) предназначен для приема UF-ретентата через первое входное отверстие (8а) на первую сторону NF-мембраны (8b). Кроме того, модуль концентрирования (8) включает первое входное отверстие (8c) для выгрузки концентрированного UF-ретентата в качестве NF-ретентата с первой стороны NF-мембраны (8b) и второе выходное отверстие (8d) для выгрузки пермеата нанофильтрации со второй стороны NF-мембраны (8b). NF-мембрана (8b), используемая в модуле концентрирования (8), может быть любой NF-мембраной, известной в данной области. Обычно используют спиралевидную мембрану, имеющую 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.
В другом предпочтительном варианте выполнения система по изобретению включает устройства для рециркуляции (остаточной) воды из выгружаемых потоков в поступающие потоки. Остаточная вода может быть получена в модуле сушки (4), в модуле удаления одновалентных ионов (6) (например, в виде пермеата нанофильтрации) и в каждом из модулей концентрирования (7) и (8) (например, в виде пермеата нанофильтрации). Предпочтительно, по меньшей мере, один из модуля сушки (4), модуля удаления одновалентных ионов (6) и модулей концентрирования (7) и (8) дополнительно включает (дополнительное) выходное отверстие для выгрузки воды из модуля, более предпочтительно, по меньшей мере, одного из модулей концентрирования (7) и (8), включающего такое выходное отверстие. Наиболее предпочтительно, модуль сушки (4), модуль удаления одновалентных ионов (6) и модули концентрирования (7) и (8) включают каждый такое выходное отверстие. Остаточную воду можно использовать для разбавления любой из поступающих жидких композиций, например первой жидкой композиции и/или второй жидкой композиции, или можно использовать в качестве диафильтрационной воды, например в модуле удаления одновалентных ионов (6). Предпочтительно, первый модуль ультрафильтрации (1), и/или второй модуль ультрафильтрации (2), и/или модуль удаления одновалентных ионов (6) дополнительно включают дополнительное входное отверстие для приема остаточной воды. Специалисту в данной области понятно, что выходные отверстия для выгрузки остаточной воды соединены по текучей среде с входными отверстиями для приема остаточной воды трубопроводом, причем необязательно один или более сборных резервуаров или дополнительные устройства очистки (например, мембраны обратного осмоса) объединены.
В другом предпочтительном варианте выполнения система по изобретению включает устройства для тепловой обработки (9) и (10) жидкой композиции. Любую из жидких композиций, которые проходят через систему по изобретению, можно соответствующим образом подвергать тепловой обработке с использованием любого метода тепловой обработки, известного в данной области. Система по изобретению соответственно включает, по меньшей мере, один из восьми модулей для тепловой обработки жидкой композиции. Такой модуль тепловой обработки включает входное отверстие для приема жидкой композиции в устройства для тепловой обработки (9), устройства для тепловой обработки и выходное отверстие для выгрузки подвергнутой тепловой обработки жидкой композиции. Любой метод тепловой обработки, известный в данной области, можно использовать в качестве устройств для тепловой обработки, таких как пастеризационная или стерилизационная установка. Предпочтительно, пластинчатый теплообменник (9, PHE) и/или инжекцию/введение острого пара (10, DSI) используют в качестве устройства для тепловой обработки. Устройства для тепловой обработки (13) объединенного продукта, происходящего из модуля смешивания (3), расположены до модуля сушки (4), который обеспечивает тепловую обработку объединенного продукта, происходящего из модуля смешивания (3). Предпочтительно устройствами для тепловой обработки (13) является инжектор острого пара, работающий при температуре около 120°С.
Система по изобретению может дополнительно включать устройства охлаждения, предпочтительно для обеспечения функционирования системы при температуре 40°С, более предпочтительно от 3°С до 30°С, наиболее предпочтительно от 5°С до 20°С. Каждый модуль может иметь отдельные устройства охлаждения, или могут быть установлены центральные устройства охлаждения для регулирования температуры во всей системе. Предпочтительно, устройства охлаждения выбирают из градирни, теплообменника (пластинчатого или трубчатого, предпочтительно соединенного с PHE, используемого для тепловой обработки), охлаждаемого хладагентом (жидким теплоносителем), технологии перекачиваемого льда.
Устройства охлаждения (11) ретентата нанофильтрации, происходящего из первого модуля концентрирования (7), установлены до модуля смешивания (3), которые обеспечивают охлаждение ретентата нанофильтрации, происходящего из первого модуля концентрирования (7). Предпочтительно, устройствами охлаждения (11) является пластинчатый теплообменник, работающий при температуре около 4°С. Устройства охлаждения (12) ретентата нанофильтрации, происходящего из второго модуля концентрирования (8), установлены до модуля смешивания (3), которые обеспечивают охлаждение ретентата нанофильтрации, происходящего из второго модуля концентрирования (8). Предпочтительно, устройствами охлаждения (12) является пластинчатый теплообменник, работающий при температуре около 4°С. Очень предпочтительно, пластинчатые теплообменники, используемые в качестве устройств тепловой обработки (например, работающие при температуре около 80°С), находятся в тепловой связи с пластинчатыми теплообменниками, используемые в качестве устройств охлаждения (например, работающими при температуре около 4°С).
И нанофильтрация и диафильтрация требуют присутствия нанофильтрационной мембраны. Для осуществления диафильтрации модуль требует дополнительное входное отверстие для приема воды на первую сторону нанофильтрационной мембраны, по существу, обеспечивающей возможность разбавления и повторной фильтрации ретентата нанофильтрации.
Все модули фильтрации предпочтительно включают устройства для облегчения проникновений растворителя и необязательно низкомолекулярных растворенных веществ через мембрану. Любые устройства, известные в данной области, можно использовать для осуществления легкого проникновения, например, с использованием силы тяжести или наложения трансмембранного давления (ТДМ). ТДМ может быть достигнуто повышением давления на первой стороне мембраны (то есть стороне ретентата), или снижением давления на второй стороне мембраны (то есть стороне пермеата). Соответственно, используют насос, использующий гидростатическое давление для повышения давления на первой стороне мембраны, и/или насос, создающий понижение давления на второй стороне мембраны. Подходящие насосы включают центробежные насосы и объемные насосы, предпочтительно используют центробежные насосы.
В системе по изобретению различные модули соединены между собой, то есть выходное отверстие одного модуля соединено по текучей среде с входным отверстием другого модуля, предпочтительно с использованием трубопровода.
Система по изобретению предпочтительно функционирует с 500-2500 кг, более предпочтительно 800-1800 кг, наиболее предпочтительно 1000-1400 кг сухого вещества первой жидкой композиции, предпочтительно обезжиренного молока животных, поступающей в час. Система по изобретению предпочтительно функционирует с 1500-5000 кг, более предпочтительно 2200-4000 кг, наиболее предпочтительно 2600-3000 кг сухого вещества второй жидкой композиции, предпочтительно сыворотки животных, поступающей в час. Система по изобретению предпочтительно функционирует с 750-4000 кг, более предпочтительно 1000-3000 кг, наиболее предпочтительно 1500-2000 кг UF-ретентата, выгружаемого из модуля(ей) ультрафильтрации в час от обоих поступающих потоков в совокупности. Способ по изобретению предпочтительно осуществляется с 1000-5000 кг, более предпочтительно 1500-4000 кг, наиболее предпочтительно 2000-2500 кг UF-пермеата, выгружаемого из модуля(ей) ультрафильтрации в час от обоих поступающих потоков в совокупности.
Изобретение будет теперь проиллюстрировано несколькими примерами, которые не предназначены для ограничения изобретения каким-либо образом.
Примеры
Пример 1
400 кг пастеризованного коровьего обезжиренного молока с весовым соотношением казеина и сывороточного белка 80:20 подвергали ультрафильтрации через UF-мембрану Synder ST3838, имеющую MWCO 10 кДа. Ультрафильтрацию проводили при температуре от 8°С до 10°С с трансмембранным давлением 2 бар и VCF около 2. Пермеат собирали со скоростью потока до 260 л/ч. Получали 208 кг UF-пермеата (UFP1) и 211 кг UF-ретентата (UFR1). Составы поступающего обезжиренного молока и продуктов ультрафильтрации приведены в таблице 1. Незначительное увеличение общего веса готовых продуктов (UFR1 и UFP1) по сравнению с поступающим обезжиренным молоком можно отнести к разбавлению мертвого объема установки во время перехода от продукта к воде во время промывки установки. Как можно видеть из данных таблицы 1, UF-ретентат обогащен белками, в то время как UF-пермеат обогащен лактозой.
Таблица 1Составы из примера 1 (в вес.% в пересчете на общий сухой вес)
Компонент
Коровье обезжиренное молоко
UFR1
UFP1
Белок
36,2
51,7
0,0
Лактоза
51,8
36,5
87,6
Зола
8,7
8,4
9,1
- Na- K- Cl
0,461,831,13
0,351,400,66
0,702,691,61
- P- Ca- Mg
1,161,370,12
1,321,670,12
0,760,800,13
Пример 2
1000 кг пастеризованной сладкой сыворотки с сывороточными белками в качестве единственного источника белка подвергали ультрафильтрации через UF-мембрану Synder ST3838, имеющую MWCO 10 кДа. Ультрафильтрацию проводили при температуре от 10°С до 12°С и с трансмембранным давлением 2 бар и VCF около 5. UF-пермеат собирали со скоростью потока до 400 л/ч. Получали 818 кг UF-пермеата (UFP2) и 195 кг Уф-ретентата (UFR2). Составы поступающей сладкой сыворотки и продуктов ультрафильтрации приведены в таблице 2. Незначительное увеличение общего веса готовых продуктов (UFR1 и UFP1) по сравнению с поступающей сладкой сывороткой можно отнести к разбавлению мертвого объема установки во время перехода от продукта к воде во время промывки установки.
Таблица 2Составы из примера 2 (в вес.% в пересчете на общий сухой вес)
Компонент
Сладкая сыворотка
UFR2
UFP2
Белок
9,7
35,1
0,0
Лактоза
76,9
50,0
87,4
Зола
8,6
6,7
9,3
- Na- K- Cl
0,672,581,44
0,491,920,95
0,742,841,69
- P- Ca- Mg
0,820,810,14
0,580,690,10
0,730,860,15
Пример 3
UFP1 из примера 1 и UFP2 из примера 2 смешивали в весовом соотношении 20/80 с получением 799 кг объединенного UFP. Объединенный UFP подвергали ионному обмену с получением смягченного UFP, а затем нанофильтрации дополненной диафильтрацией. Для ионного обмена использовали анионную смолу, заряженную хлорид-ионами, и катионную смолу, заряженную ионами натрия, для обмена поливалентных ионов на натрий и хлорид. Ионный обмен осуществляли при рН от 2,4 до 4,3 и температуре от 5°С до 10°С. Для нанофильтрации использовали NF-мембрану Synder NFX 3838, имеющую MWCO 150-300 Да, осуществляли при температуре от 8°С до 22°С и с трансмембранным давлением 2 бар. Пермеат собирали со скоростью потока до 400 л/ч. Два диафильтрационных объема, 200 л воды последовательно добавляли, когда общее содержание сухих веществ ретентата достигало 20%. Смягченный UFP концентрировали до конечного общего содержания сухих веществ около 20%. Получали 178 кг смягченного UFP концентрата в виде ретентата нанофильтрации (NFR1), вместе с 1225 кг пермеата нанофильтрации (NFP1). Составы поступающего объединенного UFP и продуктов нанофильтрации приведены в таблице 3. Значительное большинство поливалентных ионов удаляли во время ионного обмена, и значительное большинство одновалентных ионов оказалось в NFP1. Смягченный UFP концентрат (NFR1) содержал практически исключительно лактозу.
Таблица 3Составы из примера 3 (в вес.% в пересчете на общий сухой вес)
Компонент
Объединенный UFP
NFR1
Смягченный UFP концентрат (NFP1)
Белок
0,0
0,0
0,0
Лактоза
86,8
97,2
11,2
Зола
9,2
2,4
74,7
- Na- K- Cl
0,712,661,70
0,610,320,84
24,79,844,9
- P- Ca- Mg
0,750,840,14
0,230,060,00
0,340,360,00
Пример 4
UFR1 из примера 1 концентрировали и подвергали удалению одновалентных ионов нанофильтрацией через NF-мембрану Synder NFX 3838, имеющую MWCO 150-300 Да. Нанофильтрацию осуществляли при температуре от 8°С до 20°С и с трансмембранным давлением 2 бар и VCF около 2. Пермеат собирали со скоростью потока до 220 л/ч. Получали 108 кг UFR1 концентрата в виде ретентата нанофильтрации (NFR2) вместе с 149 кг пермеата нанофильтрации (NFP2). Используя нанофильтрацию, UFR1 концентрировали до общего содержания сухих веществ около 18%. Состав продукта нанофильтрации NFR2 приведен в таблице 4.
Таблица 4Состав из примера 4 (в вес.% в пересчете на общий сухой вес)
Компонент
NFR2
Белок
55,6
Лактоза
33,4
Зола
7,8
- Na- K- Cl
0,261,060,27
- P- Ca- Mg
1,331,700,12
Пример 5
UFR2 из примера 2 концентрировали и подвергали удалению одновалентных ионов нанофильтрацией через NF-мембрану Synder NFX 3838, имеющую MWCO 150-300 Да. Нанофильтрацию осуществляли при температуре от 8°С до 20°С и с трансмембранным давлением 2 бар. Пермеат собирали со скоростью потока до 400 л/ч. Получали 73 кг UFR2 концентрата в виде ретентата нанофильтрации (NFR3) вместе с 148 кг пермеата нанофильтрации (NFP3). Используя нанофильтрацию, UFR2 концентрировали до общего содержания сухих веществ около 18%. Состав продукта нанофильтрации NFR3 приведен в таблице 5.
Таблица 5Состав из примера 5 (в вес.% в пересчете на общий сухой вес)
Компонент
NFR3
Белок
35,8
Лактоза
51,0
Зола
5,6
- Na- K- Cl
0,350,820,26
- P- Ca- Mg
0,640,660,11
Пример 6
Цель состоит в получении смеси с соотношением казеина и сыворотки 40:60. С этой целью UFR1 концентрат из примера 4 (NFR2) смешивают с UFR2 концентратом из примера 5 (NFR3) в весовом соотношении 59 кг:87,62 кг (в пересчете на жидкую композицию) или в весовом соотношении 10,59 кг:16,45 кг (в пересчете на сухую композицию) соответственно с получением смеси UFR1 и UFR2. Кроме указанных в таблице 6 компонентов смесь NFR2/NFR3 содержит NPN на уровне 2,82 вес.% и жир на уровне 3,08 вес.%.
Таблица 6Состав из примера 6 (в вес.% в пересчете на общий сухой вес)
Компонент
Смесь NFR2/NFR3
Белок
43,6
Лактоза
44,1
Зола
6,5
- Na- K- Cl
0,320,910,27
- P- Ca- Mg
0,911,070,12
Объединение UFR1 концентрата из примера 4 (NFR2) с UFR2 концентратом из примера 5 (NFR3) в другом выбранном весовом соотношении обеспечивает получение смеси, которая содержит казеин и сывороточные белки в требуемом соотношении, которое находится в пределах заявленного диапазона. Добавление смягченного и необязательно концентрированного UF-пермеата (который по существу не содержит белков) обеспечивает увеличение количества лактозы до требуемого уровня. Полученную смесь можно высушить распылением в сухую молочную смесь. Например, добавление подходящих количеств требуемых питательных веществ и минеральных веществ, в случае необходимости, обеспечивает получение молочной смеси третьего уровня с соотношением казеина и сывороточного белка 40:60. Альтернативные смеси UFR1 и UFR2 в случае, когда приготовлены для получения других смесей UFR1 и UFR2, содержащих соотношение казеина и сыворотки 50:50 и 60:40.
Пример 7
Смягченный UFP концентрат повторно объединяли со смесью UFR1 и UFR2 для получения композиции с соотношением казеина и сывороточного белка 60:40. Смягченный UFP концентрат объединяли со смесью UFR1 и UFR2. UFR1 концентрат из примера 4 (NFR2), UFR2 концентрат из примера 5 (NFR3) и смягченный UFP концентрат (NFR1) из примера 3 смешивают в весовом соотношении 88,51 кг:43,81 кг:188,77 кг (в пересчете на жидкую композицию) или в весовом соотношении 15,88 кг:8,23 кг:38,57 кг (в пересчете на сухую композицию) соответственно с получением смеси UFR1, UFR2 и смягченного UFP.
Кроме указанных в таблице 7 компонентов смесь NFR1/NFR2/NFR3 содержит NPN на уровне 1,67 вес.% и жир на уровне 1,01 вес.%.
Таблица 7Состав из примера 7 (в вес.% в пересчете на общий сухой вес)
Компонент
Смесь NFR1/NFR2/NFR3
Белок
18,8
Лактоза
74,9
Зола
4,2
- Na- K- Cl
0,490,580,62
- P- Ca- Mg
0,560,550,05
Объединение смягченного UFP концентрата со смесью UFR1 и UFR2 в других выбранных весовых соотношениях обеспечивает получение смеси, которая содержит казеин и сывороточные белки в требуемом соотношении, которое находится в пределах заявленного диапазона. Добавление смягченного и необязательно концентрированного UF-пермеата (который по существу не содержит белков) обеспечивает увеличение количества лактозы до более высоких уровней, как показано. Полученную смесь можно высушить распылением в сухую молочную смесь. Например, добавление подходящих количеств требуемых питательных веществ и минеральных веществ, в случае необходимости, обеспечивает получение молочной смеси третьего уровня с соотношением казеина и сывороточного белка 60:40. Альтернативные смеси готовили подобным способом для получения композиций, содержащих соотношение казеина и сыворотки 50:50 и 40:60.
Пример 8
3
Фракционирование восстановленного сухого обезжиренного молока (SMP) и восстановленной сухой сладкой сыворотки (SWP) по изобретению проводили с использованием комбинации отдельных операций для приготовления трех типов основных продуктов для детского питания. Восстановленное SMP и восстановленную SWP, подвергали каждый UF (стадия 1), ретентаты (UFRы) подвергали NF (стадия 2) и пермеаты (UFPы) удалению поли- и одновалентных ионов (стадия 3). Затем NF-ретентаты (NFRы) со стадии 2 и смягченные UFPы со стадии 3 объединяли на стадии 4. Композиции SMP и SWP приведены в таблице 8. Каждую стадию способа осуществляли в стационарных условиях в течение 4-10 ч, за это время подходящий средний поток завершал всю последовательность производственного цикла. Факторы концентрирования для стадий мембранной фильтрации определяются «фактором весового концентрирования» (MCF), который вычисляют таким же образом, как VCF, но с использованием веса вместо объема. Можно предположить, что MCF=VCF, так как все плотности близки к плотности воды (1000 кг/м) и все сухие вещества, присутствующих в поступающем потоке, оказываются в потоках ретентата и пермеата. Со временем наблюдались незначительные изменения MCF. Здесь ниже приводится диапазон MCF, или отклонение от установленного значения составляло менее 10% в любой момент времени.
Таблица 8Составы SMP и SWP (на 100 г порошка)
Компонент
SMP
SWP
Белок (г)
35,2
13,5
Лактоза (г)
53,3
76,6
Зола (г)
7,83
8,38
- Na (мг)- K (мг)- Cl (мг)
3971690979
66630401500
- P (мг)- Ca (мг)- Mg (мг)- Zn (мг)
113012601064,8
7226141300,17
2
2
Стадия 1: фракционирование восстановленного SMP и восстановленной SWP проводили с использованием двух 3838 10 кДа ультрафильтрационных мембран (Synder Filtration) последовательно для разделения исходных материалов в обогащенном белками ретентате и обогащенном лактозой/молочными солями пермеате при 10°C. Исходный материал восстановленное обезжиренное молоко (~2800 кг) при общем содержании сухих веществ 8,64% вес./вес. сухого вещества, рН 6,9, при 5,8°C фракционировали с использованием фактора весового концентрирования 2, в то время как исходный материал восстановленную сладкую сыворотку (~3500 кг) при общем содержании сухих веществ 6,1% вес./вес. сухого вещества, рН 6,63, при 6,8°С фракционировали с использованием фактора весового концентрирования 5,5. Распределение макро питательных и минеральных веществ в жидких потоках ретентата и пермеата с UF1 и UF2 приведено в таблице 9. Пермеаты собирали со средним потоком 10,54 кг/м/ч (для SM) и 20,21 кг/м/ч (для SW).
Таблица 9Составы UFR и UFP (на 100 г)
Компонент
UFR1 (SM)
UFP1 (SM)
UFR2 (SW)
UFP2 (SW)
Общее содержание сухих веществ (г)
11,57
5,29
9,00
5,32
Белок (г)
6,36
0,14
3,47
0,16
Лактоза (г)
4,14
4,68
4,57
4,71
Зола (г)
0,97
0,48
0,66
0,44
- Na (мг)- K (мг)- Cl (мг)
38,5162,479,1
34,0142,391,7
38,2117,991,7
32,699,8107,9
- P (мг)- Ca (мг)- Mg (мг)- Mn (мг)- Fe (мг)- Cu (мг)- Zn (мг)
142,3190,513,70,0040,0420,0140,80
37,532,86,00,000,100,070,16
77,979,110,00,0010,0510,0330,032
30,419,26,10,000,0720,0100,010
2
2
Стадия 2: после ультрафильтрации потоков восстановленного обезжиренного молока и сухой сладкой сыворотки последующие ретентаты UFR1 и UFR2 концентрировали и частично деминерализовывали, используя 3838 150-300 Да нанофильтрационную (NF) мембрану (GEA Filtration, Дания). Для концентрирования и деминерализации ~500 кг UFR1 (рН 6,82 при 6°С) до 26% вес./вес. содержания сухих веществ на стадии NF1 использовали последовательно две NF-мембраны; в то время как для концентрирования и деминерализации ~640 кг UFR2 (рН 5,88 при 6,5°С) до 28% вес./вес. содержания сухих веществ использовали одну NF-мембрану на стадии NF2. NF1 осуществляли с диапазоном фактора весового концентрирования 1,8-2,2, в то время как NF2 осуществляли с диапазоном фактора весового концентрирования 2,6-3. И NF1 и NF2 осуществляли в диапазоне температур 13-14°С. Пермеаты собирали со средним потоком 1,64 кг/м/ч (для UFR1) и 9,64 кг/м/ч (для UFR2). Распределение макро питательных и минеральных веществ в жидких потоках ретентата и пермеата с NF1 и NF2 приведено в таблице 10. В процессе производили для NFR1 и NFR2 порошки концентрата молочного белка (MPC50) и концентрата сывороточного белка (WPC35) соответственно.
Таблица 10Составы NFR и NFP (на 100 г)
Компонент
NFR1 (SM)
NFP1 (SM)
NFR2 (SW)
NFP2 (SW)
Общее содержание сухих веществ (г)
24,30
0,36
24,63
0,35
Белок (г)
12,8
0,08
9,45
0,08
Лактоза (г)
9,67
0,05
13,65
0,05
Зола (г)
1,66
0,23
1,29
0,28
- Na (мг)- K (мг)- Cl (мг)
51,2222,855,3
23,692,392,9
51,7168,7109,4
52,7156,687,4
- P (мг)- Ca (мг)- Mg (мг)- Mn (мг)- Fe (мг)- Cu (мг)- Zn (мг)
273,1381,227,70,0080,0610,0211,61
13,02,020,230,000,000,0070,013
203,8210,626,60,0020,120,0680,067
103,679,024,10,000,0190,0090,011
2
2
Стадия 3: пермеаты молока и сыворотки с UF1 и UF2 соответственно концентрировали и частично деминерализовывали в отдельности посредством NF3 с последовательным использованием двух 3838 150-300 Да нанофильтрационных (NF) мембран (GEA Filtration, Дания). Для концентрирования и деминерализации ~1000 кг UFP1 (рН 5,9 при 6,9°С) концентрировали до 22% вес./вес. содержания сухих веществ. Для концентрирования и деминерализации ~1000 кг UFP2 (рН 5,6 при 6°С) концентрировали до 22% вес./вес. содержания сухих веществ. Для концентрирования и UFP1 и UFP2, NF3 осуществляли с диапазоном фактора весового концентрирования 3,5-4 при температуре 10°С. Средние потоков пермеата составляли 9,73 кг/м/ч (для UFP1) и 10,9 кг/м/ч (для UFP2). Распределение макро питательных и минеральных веществ в жидких потоках ретентата и пермеата с NF3 приведено в таблице 11.
После концентрирования и деминерализации UFP1 и UFP2 посредством NF3, оба ретентата затем нагревали непрямым воздействием до 82°С с использованием пластинчатого теплообменника непрямого действия, питающего снабженный рубашкой из нержавеющей стали 250 л сосуд. Когда ретентат с NF3 находился в емкости для хранения, рН доводили до 7,2 (при температуре 82°С) с использованием 30% вес./вес. раствора NaOH, вызывая осаждение солей кальция в основном из фосфата и цитрата. Осажденный раствор выдерживали при 82°С в течение 20 минут для максимального увеличения реакции осаждения с последующим охлаждением до 20°С с использованием пластинчатого теплообменника непрямого действия, питающего снабженный рубашкой из нержавеющей стали второй 250 л сосуд. Осажденный материал удаляли из потока ретентата со стадии NF3 (после осаждения) посредством UF3 с последовательным использованием двух 3838 10 кДа ультрафильтрационных мембран (Synder Filtration). UF3 осуществляли с фактором весового концентрирования 10 при температуре 20°C. Распределение макро питательных и минеральных веществ в жидких потоках ретентата с UF3 приведено в таблице 12. Способ по изобретению приводил к ~50% деминерализации в ретентатах с UF3 по сравнению с UFP1 и UFP2 в пересчете на сухое вещество. Жидкие потоки ретентата с UF3 объединяли в сосуде из нержавеющей стали при 40°С. Объединенная партия (общий вес 65 кг) представляла собой UFR3 из обезжиренного молока и UFR3 из сладкой сыворотки в весовом соотношении 20:80 соответственно. Партию затем деминерализовывали с использованием пилотного электродиализного аппарата (Р1 EDR-Y, MemBrain). Конечную точку деминерализации определяли на основе взаимосвязи между электропроводностью деминерализованной лактозы и ее зольностью (конечная точка: электропроводность <1 мСм; зольность <0,75 вес.% в пересчете на сухое вещество). После того, как конечную точку деминерализации достигали, деминерализованный поток концентрата лактозы охлаждали до 5°С с последующим определением общего содержания сухих веществ ЭД продукта как 16,62% вес./вес.
Таблица 11Составы NFR3 и NFP3 (на 100 г)
Компонент
NFR3 (SM)
NFP3 (SM)
NFR3 (SW)
NFP3 (SW)
Общее содержание сухих веществ (г)
20,67
0,32
23,55
0,42
Белок (г)
0,33
0,09
0,37
0,09
Лактоза (г)
19,28
0,00
18,59
0,00
Зола (г)
1,07
0,24
1,08
0,30
- Na (мг)- K (мг)- Cl (мг)
58,6253,868,0
24,094,9106,9
65,59255,9480,05
33,41118,96132,15
- P (мг)- Ca (мг)- Mg (мг)- Mn (мг)- Fe (мг)- Cu (мг)- Zn (мг)
133,4125,422,90,00020,000,0060,023
5,681,800,160,00020,00050,0070,012
115,36100,3127,690,00020,02310,00750,0402
10,611,060,160,0000,02120,00780,016
Таблица 12Составы UFR3 и UFP3 (на 100 г)
Компонент
UFP3 (SM)
UFP3 (SW)
ЭД продукт
Общее содержание сухих веществ (г)
17,95
19,26
16,62
Белок (г)
0,30
0,35
0,33
Лактоза (г)
16,78
17,98
16,17
Зола (г)
0,87
0,93
0,12
- Na (мг)- K (мг)- Cl (мг)
159,9226,764,9
142,2230,379,5
18,43,02,4
- P (мг)- Ca (мг)- Mg (мг)- Mn (мг)- Fe (мг)- Cu (мг)- Zn (мг)
66,515,016,30,000,000,0160,020
71,536,919,80,000,02040,00780,0168
19,57,90,00,000,000,000,00
Стадия 4: заключительной стадией в способе было производство сбалансированного по пищевой ценности питание для детей в возрасте до 1 года/1-3 года с использованием материалов, приготовленных на предыдущих стадиях (1-3). Таким образом, раствор концентрата лактозы, полученный на стадии 3 (ЭД продукт), использовали в качестве жидкого потока, в который добавляли NFR1 и NFR2, получая требуемое (требуемое по закону) содержание и соотношение белка (казеин/сыворотка) и лактозу для молочной смеси первого уровня (IF), молочной смеси второго уровня (FO) и молочной смеси третьего уровня (GUM). Потоки смешивали в соотношениях, указанных в таблице 13. На данной стадии жидкий поток концентрата, содержащий деминерализованную лактозу (из ЭД продукта), MPC (из NFR1) и WPC (из NFR2) предварительно нагревали до 50°С с последующим дозированием масла и GOS для удовлетворения потребности в питательных веществах. Жидкие потоки концентрата молочной смеси затем подвергали тепловой обработке при 85°С в течение 5 мин в косвенном трубчатом теплообменнике (Mircothermics), гомогенизировали ниже по потоку от тепловой обработки на первой и второй стадии при давления 125 и 25 бар соответственно (при 60°С), с последующим упариванием до 55% вес./вес. содержания сухих веществ в отдельном испарителе с эффектом «падающей пленки», работающем при 55°С; и распылительной сушке с использованием одностадийной распылительной сушилки, снабженной 2 форсунками для жидкостей, осуществляющими распыление на входе и выходе при температуре 175°С и 90°С соответственно. Пищевая ценность полученных IF, FO и GUM порошков приведена в таблице 14.
Следует отметить, что все компоненты, указанные в таблице 14, за исключением жира и части углеводов (GOS), происходят из исходных материалов обезжиренного молока и сладкой сыворотки. Все компоненты в таблице 14 находятся или пределах допустимых диапазонов для данного компонента, или ниже таких допустимых диапазонов. Для таких компонентов, содержание которых находится ниже допустимого, требуется обогащение для увеличения их содержание в пределах допустимых диапазонов. Важно отметить, что ни один из указанных компонентов, ни даже поливалентные ионы, не присутствуют выше его допустимого диапазона, что неприемлемо, поскольку извлечение (выведение) невозможно, в то время как добавление одного или нескольких компонентов может происходить просто. Возможность получения различных продуктов детского питания, всех в соответствии с правовыми нормами, подтверждает универсальность и гибкость способа по изобретению.
Таблица 13Соотношения компонентов смеси, выраженные в кг жидкого концентрата на 100 кг сухого порошка
Потоки
IF
FO
GUM
NFR1 (кг)NFR2 (кг)ЭД продукт (кг)
43,4961,72191,83
55,7447,47215,90
56,3347,97208,86
Таблица 14Составы IF, FO и GUM порошков (на 100 г)
Компонент
IF
FO
GUM
Влажность (г)
1,26
1,68
2,38
Белок (г)
11,5
11,69
11,56
Углеводы (г)
56,62
59,23
63
Жир (г)
28,71
25,49
21,3
Зола (г)
1,91
1,91
1,76
- Na (мг)- K (мг)- Cl (мг)
19229088,5
15627883,5
171240109,5
- P (мг)- SO<sub>4</sub> (мг)- I (мг)- Se (мкг)- Ca (мг)- Mg (мг)- Zn (мг)
31036377,7354411
30033368,4351391,1
28538376,7318341,06
Карнит (мг)Холин (мг)Инозитол (мг)Биотин (мкг)Фолиевая кислота (мкг)Пантотеновая кислота (мг)Витамин В1 (мг)Витамин B12 (мкг)Витамин B2 (мг)Витамин B6 (мг)
21,321639,910,741,42,310,171,381,230,1205
23,623147,411,438,82,880,171,391,20,1140
23,823550,41132,12,840,171,291,270,1288