СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СУХИХ МОЛОЧНЫХ СМЕСЕЙ
METHOD AND SYSTEM FOR PRODUCTION OF DRY MILK MIXTURES

Настоящее изобретение относится к усовершенствованному способу обработки обезжиренного молока животных и сыворотки животных, предпочтительно для производства сухих молочных смесей, таких как детские молочные смеси и другие пищевые продукты для детей, а также системе, предназначенной для выполнения способа по изобретению.
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 животного (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 также включает снижение 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 дальнейшая 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 в 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
Целью настоящего изобретения является обеспечение усовершенствованного способа приготовления или получения сухой молочной смеси, в котором количество стадий фильтрации и разделения снижается по сравнению с существующими способами, проблемы, связанные с загрязнением мембраны, устраняются, и выход при получении лактозы или молочных белков повышается. Данная цель, полностью или частично, решается настоящим изобретением в соответствии с прилагаемой формулой изобретения.
В целом, настоящее изобретение относится к способу получения сухой молочной смеси, в котором осуществляется более оптимальное использование методов) фильтрации и разделения. В предпочтительном варианте выполнения настоящее изобретение относится к способу получения сухой молочной смеси, предпочтительно для получения сухой молочной смеси, которая может быть далее переработана в детскую молочную смесь или сухую детскую молочную смесь (для человеческих младенцев). Предпочтительно, способ по настоящему изобретению включает ультрафильтрацию обезжиренного молока животных и ультрафильтрацию сыворотки животных с последующим смешиванием ретентатов ультрафильтрации, которые обогащены молочными белками и сывороточными белками соответственно. Добавление сыворотки животных к обезжиренному молоку животных изменяет белковый состав обезжиренного молока, таким образом, осуществляя гуманизацию обезжиренного молока, для большего сходства по составу с женским молоком. И обезжиренное молоко животных и сыворотка животных содержат поливалентные ионы, содержание которых снижается для получения комбинации обезжиренного молока животных и сыворотки животных, пригодной в качестве сухой молочной композиции для потребления человеком или в качестве питательной композиции для вскармливания человеческих младенцев. В предпочтительном варианте выполнения также удаляются одновалентные ионы из УФ-пермеата и/или УФ-ретентата до достаточно низких уровней так, чтобы адаптировать сухую молочную смесь для вскармливания человеческих младенцев. Таким образом, сформулированное в широком смысле, настоящее изобретение относится к способу получения сухой молочной смеси, включающему стадии ультрафильтрации обезжиренного молока животных и сыворотки животных, удаление поливалентных ионов, по меньшей мере, из одного УФ-пермеата, и объединение смягченного УФ-пермеата с УФ-ретентатом с последующей стадией сушки для получения сухой молочной смеси.
Способ по изобретению использует ультрафильтрацию для фракционирования казеина и сывороточных белков от компонентов обезжиренного молока животных и сыворотки животных более низкой молекулярной массы (например, растворимых солей, лактозы, небелкового азота (NPN), органических кислот). Таким образом, ни обезжиренное молоко животных, ни сыворотка не требуют дальнейшего смягчения или удаления одновалентных ионов в той степени, в которой это обычно делается в данной области для снижения содержания растворимых солей до требуемого низкого уровня, предпочтительно достаточно низкого для получения детского питания. Способ по изобретению устраняет необходимость включения значительно смягченных или деминерализованных сывороточных белков или существенного смягчения или деминерализации жидких потоков сывороточного белка, или необходимость внешнего добавления больших количеств сухой кристаллической лактозы для производства сухого порошкового молока, пригодного для получения детского питания, использованием ультрафильтрации обезжиренного молока животных и сыворотки животных, которые объединяются в предпочтительном соотношении для гуманизации обезжиренного молока животных.
Лактозу, которую удаляют и из обезжиренного молока животных и из сыворотки животных, как пермеат ультрафильтрации подвергают удалению поливалентных ионов и предпочтительно удалению одновалентных ионов и используют в полученной сухой молочной смеси. Таким образом, содержание минеральных веществ в полученной композиции может быть адаптировано к достаточно низким уровням, позволяющим получение детского питания в соответствии с требованиями контролирующих органов (например, 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).
Следовательно, настоящее изобретение относится к способу получения сухой молочной смеси, включающему следующие стадии:
(a-i) ультрафильтрацию (УФ) композиции на основе обезжиренного молока животных, содержащей 70-90 вес.% казеина и 10-30 вес.% сывороточных белков, в пересчете на общий белок; и
(a-ii) ультрафильтрацию композиции на основе сыворотки животных, содержащей 0-25 вес.% казеина и 75-100 вес.% сывороточных белков, в пересчете на общий белок; или
(a-iii) ультрафильтрацию смеси композиций (a-i) и (a-ii);
(b) предпочтительно объединение УФ-ретентата, происходящего со стадии (a-i), с УФ-ретентатом, происходящим со стадии (a-ii);
(c) удаление поливалентных ионов из УФ-пермеата, происходящего со стадии (a-i) и/или (a-ii) или (a-iii), с получением, по меньшей мере, одного смягченного УФ-пермеата;
(d) объединение, по меньшей мере, одного смягченного УФ-пермеата, происходящего со стадии (с) с УФ-ретентатом, происходящим со стадии (a-i) и/или (a-ii), или (a-iii), или (b), с получением объединенного продукта; и
(e-i) сушку объединенного продукта, происходящего со стадии (d), с получением сухой молочной смеси, и/или
(e-ii) сушка любого УФ-ретентата, происходящего со стадии (a-i) и/или (a-ii), или (a-iii), или (b), который не объединен на стадии (d), и сушку любого из смягченных УФ-пермеатов, происходящих со стадии (с), который не объединен на стадии (d), с последующим объединением высушенного УФ-ретентата с высушенным смягченным УФ-пермеатом с получением сухой молочной смеси.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к модульной системе для выполнения способа по изобретению, включающей:
(1) модуль ультрафильтрации, включающий:
(1a) входное отверстие для приема первой жидкой композиции, как предназначено здесь, и/или второй жидкой композиции, как предназначено здесь, или их смеси первой стороной ультрафильтрационной мембраны,
(1b) ультрафильтрационную мембрану,
(1c) первое выходное отверстие для выгрузки ретентата ультрафильтрации (УФР) с первой стороны ультрафильтрационной мембраной, и
(1d) второе выходное отверстие для выгрузки пермеата ультрафильтрации (УФП) со второй стороны ультрафильтрационной мембраны;
(2) модуль удаления поливалентных ионов, включающий:
(2a) входное отверстие для приема УФП, происходящего из модуля ультрафильтрации (1),
(2b) устройства для удаления поливалентных ионов, и
(2c) выходное отверстие для выгрузки смягченного УФП;
(3) по меньшей мере, один модуль смешивания, включающий
(3a) первое входное отверстие для приема смягченного УФП, происходящего из модуля удаления поливалентных ионов (2),
(3b1) второе входное отверстие для приема первой жидкой композиции или УФР первой жидкой композиции и третье входное отверстие для приема второй жидкой композиции или УФР второй жидкой композиции, или
(3b2) второе входное отверстие для приема смеси первой жидкой композиции и второй жидкой композиции или УФР первой жидкой композиции и УФР второй жидкой композиции, и
(3c) выходное отверстие для выгрузки повторно объединенного продукта; и
(4) модуль сушки, включающий:
(4a1) первое входное отверстие для приема УФР, происходящего из модуля ультрафильтрации (1), и второе входное отверстие для приема смягченного УФП, происходящего из модуля удаления поливалентных ионов (2), или
(4a2) входное отверстие для приема повторно объединенного продукта, происходящего из модуля смешивания (3),
(4b) сушильные средства, и
(4c) выходное отверстие для выгрузки высушенной композиции, где первая жидкая композиция представляет собой композицию на основе обезжиренного молока животных, содержащую 70-90 вес.% казеина и 10-30 вес.% сывороточных белков, в пересчете на общий белок, и где вторая жидкая композиция представляет собой композицию на основе сыворотки животных, содержащую 0-25 вес.% казеина и 75-100 вес.% сывороточных белков, в пересчете на общий белок.
Список предпочтительных вариантов выполнения
В частности, изобретение относится к:
1. Способу получения сухой молочной смеси, включающему следующие стадии:
(a-i) ультрафильтрацию (УФ) композиции на основе обезжиренного молока животных, содержащей 70-90 вес.% казеина и 10-30 вес.% сывороточных белков, в пересчете на общий белок; и
(a-ii) ультрафильтрацию композиции на основе сыворотки животных, содержащей 0-25 вес.% казеина и 75-100 вес.% сывороточных белков, в пересчете на общий белок; или
(a-iii) ультрафильтрацию смеси композиций (a-i) и (a-ii);
(b) предпочтительно объединение УФ-ретентата, происходящего со стадии (a-i), с УФ-ретентатом, происходящим со стадии (a-ii);
(c) удаление поливалентных ионов из УФ-пермеата, происходящего со стадии (a-i) и/или (a-ii) или (a-iii), с получением, по меньшей мере, одного смягченного УФ-пермеата;
(d) объединение, по меньшей мере, одного смягченного УФ-пермеата, происходящего со стадии (с), с УФ-ретентатом, происходящим со стадии (a-i) и/или (a-ii), или (a-iii), или (b), с получением объединенного продукта; и
(e-i) сушку объединенного продукта, происходящего со стадии (d), с получением сухой молочной смеси, и/или
(e-ii) сушку любого УФ-ретентата, происходящего со стадии (a-i) и/или (a-ii), или (a-iii), или (b), который не объединен на стадии (d), и сушку любого из смягченных УФ-пермеатов, происходящих со стадии (с), который не объединен на стадии (d), с последующим объединением высушенного УФ-ретентата с высушенным смягченным УФ-пермеатом с получением сухой молочной смеси.
2. Способ по п.1, в котором обезжиренное молоко животных содержит 75-85 вес.% казеина и 15-25 вес.% сывороточных белков, в пересчете на общий белок, предпочтительно около 80 вес.% казеина и 20 вес.% сывороточного белка, или композиция на основе обезжиренного молока животных содержит или выбрана из обезжиренного молока животных, разбавленного обезжиренного молока животных, концентрированного обезжиренного молока животных, (необязательно разбавленного) концентрата обезжиренного молока или восстановленного сухого обезжиренного молока.
3. Способ по п.1, в котором композиция на основе сыворотки животных содержит 0-20 вес.% казеина и 80-100 вес.% сывороточных белков, в пересчете на общий белок, предпочтительно 0-10 вес.% казеина и 90-100 вес.% сывороточных белков, более предпочтительно 0-5 вес.% казеина и 95-100 вес.% сывороточных белков или композиция на основе сыворотки животных содержит или выбрана из сыворотки животных, разбавленной сыворотки животных, концентрированной сыворотки животных, (необязательно разбавленного) концентрата сыворотки животных и восстановленной сухой сыворотки животных. Предпочтительно сыворотка животных представляет собой или содержит сладкую сыворотку и/или кислую сыворотку, предпочтительно сыворотка животных представляет собой сладкую сыворотку.
4. Способ по любому из пп.1-3, в котором УФ-пермеат, происходящий со стадии (a-i), и УФ-пермеат, происходящий со стадии (а-ii), объединяют до указанного удаления поливалентных ионов на стадии (с).
5. Способ по любому из пп.1-4, в котором УФ-ретентат, происходящий со стадии (a-i) и/или (а-ii), концентрируют до объединения на стадии (b), (d) или сушки на стадии (е-i) и/или (е-ii); и/или УФ-ретентат, происходящий со стадии (a-iii) и/или (b), концентрируют до объединения на стадии (d) или сушки на стадии (е-i) и/или (е-ii), предпочтительно нанофильтрацией.
6. Способ по любому из пп.1-5, в котором УФ-пермеат, происходящий со стадии (а-i), объединяют с пермеатом, происходящим со стадии (а-ii), до удаления поливалентных ионов на стадии (с) и предпочтительно концентрируют после удаления поливалентных ионов на стадии (с).
7. Способ по любому из пп.1-6, в котором смягченный УФ-пермеат, происходящий со стадии (с), и/или объединенный продукт на стадии (d) концентрируют до объединения на стадии (d), или сушки на стадии (е-i) и/или (е-ii).
8. Способ по любому из пп.5-7, в котором концентрирование осуществляют обратным осмосом и/или нанофильтрацией.
9. Способ по любому из пп.1-8, в котором удаление поливалентных ионов на стадии (с) происходит электродиализом, ионным обменом, кристаллизацией лактозы и/или осаждением солей, более предпочтительно комбинацией нанофильтрации, осаждения солей, ультрафильтрации и электродиализа, наиболее предпочтительно следующая последовательность нанофильтрация, осаждение солей, ультрафильтрация и электродиализ.
10. Способ по любому из пп.1-9, в котором смягченный УФ-пермеат со стадии (с) и/или УФ-ретентат, происходящий со стадии (а-i) и/или (а-ii), или (a-iii), или (b), подвергают удалению одновалентных ионов, предпочтительно электродиализом, нанофильтрацией, кристаллизацией лактозы и/или осаждением солей.
11. Способ по любому из пп.1-10, в котором УФ-ретентат, происходящий со стадии (а-i) и/или (а-ii), или (a-iii), или (b), и/или УФ-пермеат, происходящий со стадии (а-i) и/или (а-ii), или (a-iii), и/или смягченный УФ-пермеат, происходящий со стадии (с), или объединенный продукт со стадии (d) подвергают тепловой обработке, предпочтительно тепловой стерилизации технологией DSI, до сушки на стадии (е-i) и/или (е-ii); предпочтительно объединенный продукт со стадии (d) подвергают тепловой обработке, предпочтительно технологией DSI, до сушки на стадии (е-i); или предпочтительно любой из УФ-ретентатов со стадии (е-ii) и/или любого из смягченных УФ-пермеатов со стадии (е-ii) подвергают тепловой обработке, предпочтительно технологией DSI, до сушки на стадии (е-ii).
12. Способ по любому из пп.1-11, в котором сушка на стадии (е-i) и/или (е-ii) является распылительной сушкой.
13. Способ по любому из пп.1-12, в котором объединенный продукт, происходящий со стадии (d), высушенный объединенный продукт со стадии (е-i), и/или высушенный УФ-ретентат со стадии (е-ii), который объединяют с высушенным смягченным УФ-пермеатом со стадии (е-ii), на стадии (е-ii) подвергают дальнейшей переработке в пищевой продукт для обеспечения детского питания. Предпочтительно, к объединенному продукту, происходящему со стадии (d), добавляют соответствующие количества жира или масел, пищевых волокон, необязательно дополнительную лактозу, витамины и необязательно дополнительные минеральные вещества.
14. Способ по любому из пп.1-13, в котором композиция на основе обезжиренного молока животных и композиция на основе сыворотки животных со стадии (a-iii) или УФ-ретентаты, происходящие со стадии (а-i) и (а-ii), объединяют в таком соотношении, чтобы получить продукт, имеющий весовое соотношение казеина и сывороточного белка от 75:25 до 30:70, предпочтительно от 64:36 до 36:64, более предпочтительно от 60:40 до 40:60 или около 50:50.
15. Способ по любому из пп.1-13, в котором смесь композиции на основе обезжиренного молока животных и композиции на основе сыворотки животных со стадии (a-iii), или объединенный УФ-ретентат со стадии (b), или объединенный продукт со стадии (d), сухая молочная смесь со стадии (е-i) или сухая молочная смесь со стадии (е-ii) имеет весовое соотношение казеина и сывороточного белка от 75:25 до 30:70, более предпочтительно от 70:30 до 35:65, наиболее предпочтительно от 64:36 до 36:64 или около 50:50.
16. Способ по любому из пп.1-15, в котором, по меньшей мере, один смягченный УФ-пермеат, происходящий со стадии (с), получают в одну стадию удаления поливалентных ионов или обработку.
17. Способ по любому из пп.1-16, в котором любой УФ-ретентат, происходящий со стадии (а-i) и/или (а-ii), или стадии (a-iii), или стадии (b), подвергают максимально двум или предпочтительно только одной стадии концентрирования и/или удаления одновалентных ионов, и предпочтительно одной стадии удаления поливалентных ионов или без нее до того, как подвергают стадии сушки (е-i) или (е-ii).
18. Способ по любому из пп.1-7, в котором УФ-пермеат, происходящий со стадии (а-i), и УФ-пермеат, происходящий со стадии (а-ii), объединяют до вышеуказанного объединения на стадии (d), или предпочтительно объединяют до стадии удаления поливалентных ионов (с).
19. Способ по любому из п.п.1-18, в котором УФ-пермеат, происходящий со стадии (а-i), и УФ-пермеат, происходящий со стадии (а-ii), объединяют 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.
20. Способ по любому из пп.1-19, в котором смесь со стадии (a-iii) получают объединением композиции на основе обезжиренного молока животных и композиции на основе сыворотки животных в объемном соотношении от 10:1 до 1:10, предпочтительно от 6:1 до 1:6, более предпочтительно от 3:1 до 1:3, или в котором объединение на стадии (b) включает объединение УФ-пермеата, происходящего со стадии (а-i), с УФ-пермеатом, происходящим со стадии (а-ii), в объемном соотношении от 10:1 до 1:10, предпочтительно от 6:1 до 1:6, более предпочтительно от 3:1 до 1:3.
21. Способ по любому из пп.1-20, в котором УФ-ретентат, происходящий со стадии (а-i), (а-ii), (a-iii) и (b), обогащается казеином и сывороточными белками по сравнению с первой композицией на основе обезжиренного молока животных и второй композицией на основе сыворотки животных, и/или УФ-пермеат, происходящий со стадии (а-i), (а-ii) и (a-iii), обогащается лактозой по сравнению с первой композицией на основе обезжиренного молока животных и второй композицией на основе сыворотки животных.
22. Способ по любому из пп.1-21, в котором ультрафильтрацию, стадию удаления поливалентных ионов, стадию удаления одновалентных ионов, любую стадию концентрирования и/или любую стадию объединения проводят при температуре ниже 40°С, более предпочтительно от 3°C до 30°С, еще более предпочтительно от 5°С до 20°С, наиболее предпочтительно от 8°C до 12°С. Более высокие температуры могут увеличить риск порчи молочных продуктов, а более низкие температуры могут привести к замораживанию жидких потоков, и то и другое является нежелательным.
23. Способ по любому из пп.1-22, где способ осуществляется с 500-2500 кг, более предпочтительно 800-1800 кг, наиболее предпочтительно 1000-1400 кг сухого вещества в композиции на основе обезжиренного молока животных, поступающей в час.
24. Способ по любому из пп.1-23, где способ по изобретению осуществляется с 1500-5000 кг, более предпочтительно 2200-4000 кг, наиболее предпочтительно 2600-3000 кг сухого вещества в композиции на основе сыворотки животных, поступающей в час.
25. Способ по любому из пп.1-24, где способ по изобретению предпочтительно осуществляется с 750-4000 кг, более предпочтительно 1000-3000 кг, наиболее предпочтительно 1500-2000 кг УФ-ретентата, полученного за час ультрафильтрацией (а-i) и (а-ii) или (a-iii).
26. Способ по любому из пп.1-25, где способ по изобретению предпочтительно осуществляется с 1000-5000 кг, более предпочтительно 1500-4000 кг, наиболее предпочтительно 2000-2500 кг УФ-пермеата, полученного за час ультрафильтрацией (а-i) и (а-ii) или (a-iii).
27. Способ по любому из пп.1-26, в котором ультрафильтрация на стадии (а-i) осуществляется с использованием фактора объемного концентрирования 1,5-6, предпочтительно от 1,7 до 4, более предпочтительно от 1,8 до 3, наиболее предпочтительно около 2, и ультрафильтрация на стадии (а-ii) осуществляется с использованием фактора объемного концентрирования 2-15, предпочтительно 3-10, более предпочтительно 4-7, наиболее предпочтительно около 5, и ультрафильтрация на стадии (aii-i) осуществляется с использованием фактора объемного концентрирования 1,5-10, предпочтительно от 2 до 8, более предпочтительно от 3 до 6, наиболее предпочтительно около 4.
28. Способ по любому из пп.1-27, в котором, по меньшей мере, 10 или 20 вес.% поливалентных ионов, которые присутствуют в указанном УФ-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.%.
29. Способ по любому из пп.1-28, в котором удаление одновалентных ионов включает удаление, по меньшей мере, 10 или 20 вес.% (в пересчете на сухой вес) одновалентных ионов 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.%.
30. Способ по любому из пп.1-29, в котором смесь (a-iii) содержит соотношение казеина и сывороточного белка от 75:25 до 30:70, более предпочтительно от 70:30 до 35:65, наиболее предпочтительно от 64:36 до 36:64 или около 50:50.
Подробное описание изобретения
Современные производители сухих молочных (детских) пищевых композиций в основном зависят от поставок и использования высокоочищенных компонентов, таких как очищенная лактоза, деминерализованные сывороточные белки и минеральные вещества, для получения указанных композиций смешиванием этих поставленных компонентов. Авторы настоящего изобретения разработали способ обработки обезжиренного молока животных и сыворотки животных для производства сухих молочных продуктов, в частности, сухих молочных композиций, который в значительной степени устраняет необходимость приобретения такого высокого класса чистых компонентов от третьих лиц.
Способ по настоящему изобретению имеет несколько преимуществ по сравнению с существующими способами получения сухих молочных смесей, например, потери выхода лактозы и сыворотки во время обработки обезжиренного молока и сыворотки снижаются (например, во время обычной деминерализации сыворотки и кристаллизации лактозы), сложности, связанные с загрязнением мембран и осаждением белкового материала, уменьшаются, использование (добавленных извне) химических веществ снижается, и сточные воды можно в значительной степени рециркулировать в способе. Таким образом, количество отходов и потоков сточной воды снижается по сравнению с обычным способом. Кроме того, потребность в энергоемких стадиях сушки, смягчения и деминерализации снижается. Более конкретно, в то время как выход лактозы в обычных способах очистки для производства молочных продуктов находится в диапазоне приблизительно 83-85%, в способе по настоящему изобретению выход лактозы может быть повышен до более, чем 90%. Следовательно, способ по изобретению оказывает более низкое влияние на окружающую среду по сравнению с обычным способом производства молочных продуктов, таких как сухие смеси или сухое молоко, в частности, пищевые продукты для вскармливания младенцев.
В способе по изобретению используются две поступающие жидкие композиции (то есть стадии (a-i) и (a-ii)); первая из них представляет собой композицию на основе обезжиренного молока животных, содержащую 70-90 вес.% казеина и 10-30 вес.% сывороточных белков, в пересчете на общий белок, а вторая из них представляет собой композицию на основе сыворотки животных, содержащую 0-25 вес.% казеина и 75-100 вес.% сывороточных белков, в пересчете на общий белок. В определенный момент способа первая и вторая жидкие композиции объединяются или смешиваются. Это объединение или смешивание можно осуществить до ультрафильтрации, так чтобы ультрафильтрацию на стадии (a-iii) проводить на смеси первой и второй жидкой композиции. Альтернативно, объединение или смешивание можно осуществить после ультрафильтрации, так чтобы ультрафильтрацию проводить на первой жидкой композиции на стадии (a-i) и второй жидкой композиции на стадии (а-ii).
В первом предпочтительном варианте выполнения настоящее изобретение относится к способу получения сухой молочной смеси, в котором предпочтительно проводят одну стадию ультрафильтрации, включая следующие стадии:
(a-iii) ультрафильтрацию смеси композиции на основе обезжиренного молока животных, содержащей 70-90 вес.% казеина и 10-30 вес.% сывороточных белков, в пересчете на общий белок, и композиции на основе сыворотки животных, содержащей 0-25 вес.% казеина и 75-100% вес.% сывороточных белков, в пересчете на общий белок;
(c) удаление поливалентных ионов из УФ-пермеата, происходящего со стадии (a-iii), с получением смягченного УФ-пермеата;
(d) объединение смягченного УФ-пермеата, происходящего со стадии (с), с УФ-ретентатом, происходящим со стадии (a-iii), с получением объединенного продукта; и
(e-i) сушку объединенного продукта, происходящего со стадии (d), с получение сухой молочной смеси.
В данном первом предпочтительном варианте выполнения на соотношение казеина и сывороточного белка можно оказывать влияние выбором объемного соотношения композиции на основе обезжиренного молока животных и композиции на основе сыворотки животных, которые подвергаются ультрафильтрации. Таким образом, в данном варианте выполнения предпочтительно композицию на основе обезжиренного молока животных и композицию на основе сыворотки животных со стадии (a-iii) объединяют в таком соотношении, что продукт типа УФ-ретентат получается имеющий весовое соотношение казеина и сывороточного белка от 75:25 до 30:70, предпочтительно от 64:36 до 36:64, более предпочтительно от 60:40 до 40:60 или около 50:50. Предпочтительно, для достижения этой цели используют объемное соотношение от 10:1 до 1:10, предпочтительно от 6:1 до 1:6, более предпочтительно от 3:1 до 1:3, композиции на основе обезжиренного молока животных и композиции на основе сыворотки животных. Данный продукт типа УФ-ретентат предпочтительно подвергают концентрированию и/или стадии удаления одновалентных ионов до объединения со смягченным пермеатом на стадии (d). Предпочтительно, данный продукт типа УФ-ретентат подвергают одной стадии концентрирования (например, обратному осмосу и/или нанофильтрации), во время которой также удаляют одновалентные ионы до объединения со смягченным пермеатом на стадии (d).
Кроме того, в данном первом предпочтительном варианте выполнения удаление поливалентных ионов на стадии (с) для получения смягченного УФ-пермеата сопровождается стадией удаления одновалентных ионов (предпочтительно стадией нанофильтрации и/или диафильтрации) до проведения объединения на стадии (d). Это особенно предпочтительно, когда используют ионный обмен против одновалентных ионов для смягчения. Обогащенный лактозой, смягченный УФ-пермеат можно подвергнуть одной, двум или трем стадиям нанофильтрации и/или обратного осмоса для удаления достаточного количества одновалентных ионов при получении сухой молочной композиции, подходящей для вскармливания человеческого младенца.
Кроме того, в этом первом предпочтительном варианте выполнения ультрафильтрация на стадии (aii-i) осуществляется с использованием фактора объемного концентрирования 1,5-10, предпочтительно от 2 до 8, более предпочтительно от 3 до 6, наиболее предпочтительно около 4.
Во втором предпочтительном варианте выполнения изобретение относится к способу получения сухой молочной смеси, включающему следующие стадии:
(a-i) ультрафильтрацию (УФ) композиции на основе обезжиренного молока животных, содержащей 70-90 вес.% казеина и 10-30 вес.% сывороточных белков, в пересчете на общий белок, и
(a-ii) ультрафильтрацию композиции на основе сыворотки животных, содержащей 0-25 вес.% казеина и 75-100 вес.% сывороточных белков, в пересчете на общий белок;
(b) предпочтительно объединение УФ-ретентата, происходящего со стадии (a-i), с УФ-ретентатом, происходящим со стадии (a-ii);
(c) удаление поливалентных ионов из УФ-пермеата, происходящего со стадии (a-i) и/или (a-ii), с получением, по меньшей мере, одного смягченного УФ-пермеата;
(d) объединение, по меньшей мере, одного смягченного УФ-пермеата, происходящего со стадии (с), по меньшей мере, с УФ-ретентатом, происходящим со стадии (a-i) и/или (a-ii), или (b), с получением объединенного продукта; и
(e-i) сушку объединенного продукта, происходящего со стадии (d), с получением сухой молочной смеси, и/или
(e-ii) сушку любого УФ-ретентата, происходящего со стадии (a-i) и/или (a-ii), или (b), который не объединен на стадии (d), и сушку любого из смягченных УФ-пермеатов, происходящих со стадии (с), который не объединен на стадии (d), с последующим объединением высушенного УФ-ретентата с высушенным смягченным УФ-пермеатом с получением сухой молочной смеси.
В данном втором предпочтительном варианте выполнения изобретения соотношение казеина и сывороточного белка может зависеть от выбора объемного соотношения УФ-ретентата, происходящего со стадии (a-i) и (a-ii), или на стадии (b), или на стадии (d), или (e-ii). Таким образом, в данном варианте выполнения предпочтительно УФ-ретентаты, происходящие со стадии (a-i) и (a-ii), объединены в таком соотношении, что продукт типа УФ-ретентат получается имеющий весовое соотношение казеина и сывороточного белка от 75:25 до 30:70, предпочтительно от 64:36 до 36:64, более предпочтительно от 60:40 до 40:60 или около 50:50. Предпочтительно, для достижения этой цели используют объемное соотношение от 10:1 до 1:10, предпочтительно от 6:1 до 1:6, более предпочтительно от 3:1 до 1:3 УФ-ретентатов, происходящих со стадии (a-i) и (a-ii). УФ-ретентаты, происходящие со стадии (a-i) и/или (a-ii), или (b), предпочтительно подвергают концентрированию и/или стадии удаления одновалентных ионов до объединения со смягченным пермеатом на стадии (d). Предпочтительно, любой или все эти УФ-ретентаты подвергают одной стадии концентрирования (например, обратному осмосу и/или нанофильтрации), во время которой также удаляют одновалентные ионы до объединения со смягченным пермеатом на стадии (d).
Кроме того, в данном втором предпочтительном варианте выполнения удаление поливалентных ионов на стадии (с) для получения смягченного УФ-пермеата сопровождается стадией удаления одновалентных ионов (предпочтительно стадией нанофильтрации и/или диафильтрации) до проведения объединения на стадии (d). Это особенно предпочтительно, когда используют ионный обмен против одновалентных ионов для смягчения. Обогащенный лактозой, смягченный УФ-пермеат можно подвергнуть одной, двум или трем стадиям нанофильтрации и/или обратного осмоса для удаления достаточного количества одновалентных ионов при получении сухой молочной композиции, подходящей для вскармливания человеческого младенца.
В предпочтительном варианте данного второго предпочтительного варианта выполнения УФ-ретентаты, происходящие со стадии (a-i) и (a-ii), (индивидуально или отдельно) подвергают концентрированию и/или стадии удаления одновалентных ионов до объединения на стадии (b). Затем обработанный таким образом и объединенный УФ-ретентат объединяют на стадии (d) со смягченным пермеатом, происходящим со стадии (с). Предпочтительно, смягчение на этой стадии (с) включает удаление поливалентных ионов из одного УФ-пермеата, происходящего в результате объединения пермеатов, происходящих со стадии (a-i) и (a-ii), с получением одного смягченного УФ-пермеата.
В альтернативном аспекте способ обработки обезжиренного молока животных и сыворотки животных, указанных здесь, включает:
(a) ультрафильтрацию (УФ) смеси обезжиренного молока животных и сыворотки животных (сладкой и/или кислой сыворотки) через ультрафильтрационную мембрану, имеющую отсечение по молекулярной массе 2,5-25 кДа, с использованием фактора объемного концентрирования 1,5-10, предпочтительно от 2 до 8, более предпочтительно от 3 до 6, наиболее предпочтительно около 4, и получение ретентата и пермеата. Необязательно, поливалентные ионы удаляют из УФ-пермеата, происходящего со стадии (а), после чего смягченный УФ-пермеат предпочтительно подвергают концентрированию и/или стадии удаления одновалентных ионов. Необязательно, также УФ-ретентат подвергают концентрированию и/или стадии удаления одновалентных ионов. Предпочтительно, смягченный УФ-пермеат, который предпочтительно также подвергали удалению одновалентных ионов, смешивают с УФ-ретентатом, происходящим со стадии (а), причем УФ-ретентат может подвергаться или не подвергаться концентрированию и/или удалению одновалентных ионов, с получением смеси. Указанную смесь предпочтительно высушивают до сухой молочной смеси. Предпочтительно, смесь обезжиренного молока животных и сыворотки животных содержит соотношение казеина и сывороточного белка от 75:25 до 30:70, более предпочтительно от 70:30 до 35:65, наиболее предпочтительно от 64:36 до 36:64 или около 50:50.
Определения
Термин «сыворотка животных» здесь относится к жидкому субпродукту, полученному от сыродельной отрасли. Термин «сывороточный белок» относится к белкам, которые присутствуют в указанной сыворотке животных, такой как сладкая сыворотка или кислая сыворотка. Как правило, сывороточные белки включают среди прочего бета-лактоглобулин, альфа-лактальбумин, бычий сывороточный альбумин, иммуноглобулины, лактоферрин, лактопероксидазу и/или гликомакропротеин.
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.
Под «УФ-ретентатом, происходящим со» понимается жидкая композиция ретентата, которая (непосредственно) получена на стадиях ультрафильтрации (a-i), (a-ii) и (a-iii). Термин также относится к УФ-ретентатам, которые доставляются в виде (жидких) композиций со стадии ультрафильтрации для необязательного объединения на стадии (b) или объединения со смягченным УФ-пермеатом на стадию (d) с получением объединенного продукта пермеат/ретентат или сушки на стадии (е-ii). Независимо от того, между получением УФ-ретентата со стадии (a-i), (а-ii) или (a-iii) и объединением на стадии (d) или сушкой на стадии (е-ii) подвергают ли УФ-ретентат стадии концентрирования, такой как обратный осмос или нанофильтрация, термин УФ-ретентат все же относится к данной УФ-фракции. Таким образом, термин УФ-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 УФ-пермеатом.
Аналогично, термин «УФ-пермеат, происходящий со» здесь означает жидкую композицию пермеата, которую (непосредственно) получают на стадиях ультрафильтрации (a-i), (a-ii) и (a-iii). Термин также относится к УФ-пермеатам, которые доставляются в виде (жидких) композиций со стадии ультрафильтрации в модуль удаления поливалентных ионов, необязательные устройства для удаления одновалентных ионов и/или необязательный модуль концентрирования с получением в конечном итоге объединенного продукта пермеат/ретентат на стадии (d) или в модуль сушки для сушки на стадии (е-ii). Независимо от того, между получением УФ-пермеата со стадии (a-i), (a-ii) или (a-iii) и объединением на стадии (d) или сушкой на стадии (е-ii) подвергают ли УФ-пермеат стадии обработки (например, стадии удаления поливалентных ионов, стадии концентрирования, обратному осмосу и/или нанофильтрации), в контексте настоящего изобретения термин УФ-пермеат все же относится к данной УФ-фракции. Таким образом, термин УФ-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 УФ-ретентатом.
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 УФ-пермеата, которую подвергают стадии удаления поливалентных ионов (стадия (с)). Предпочтительно, термин «удаление поливалентных ионов» означает, что, по меньшей мере, 10 или 20 вес.% поливалентных ионов, которые присутствует в указанном УФ-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 ионов поливалентных. Следовательно, здесь термины «смягчение» и «удаление поливалентных ионов» используются взаимозаменяемо. Аналогично, термин «смягчение» используется для обозначения композиции, из которой удалены поливалентные ионы. Предпочтительно, термин «смягчение» означает, что, по меньшей мере, 10 или 20 вес.% (в пересчете на сухой вес) поливалентных ионов удаляют из композиции удалением поливалентных ионов, предпочтительно, по меньшей мере, 50 вес.% или 60 вес.%, более предпочтительно 70 вес.% или 80 вес.%, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 90 вес.%. «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 УФ-пермеат и/или любой УФ-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 натрий, калий и/или хлорида до пределов, которые определены в данном параграфе.
«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.
Термин «обогащенный» здесь 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 животных, где молочные белки остаются в ретентате, в то время как вода и низкомолекулярные растворенные вещества проникают через ультрафильтрационную мембрану. Таким образом, УФ-ретентат обогащается молочными белками, поскольку содержание молочных белков в ретентате, в вес.% в пересчете на сухой вес композиции, увеличивается по сравнению с вес.% молочных белков в обезжиренном молоке. Кроме того, УФ-пермеат обогащается низкомолекулярными растворенными веществами (предпочтительно лактозой), поскольку количество белков по существу снижается в пермеате, и лактоза составляет, безусловно, самую большую часть сухого веса пермеата.
Термин «сухая молочная смесь» относится к сухому порошку, который содержит, по меньшей мере, молочные белки, в частности, казеин и сыворотку, и минеральные вещества, который получен сушкой обезжиренного молока животных и сыворотки животных и предназначен для потребления человеком. Таким образом, молочная смесь высушена и имеет содержание воды от 0,5 до 5 вес.%, в пересчете на общий вес смеси, предпочтительно от 1 до 4 вес.% или от 1,5 до 3,5 вес.%. Термин «детская сухая молочная смесь» здесь относится к сухой молочной смеси, которая подходит для вскармливания человеческих младенцев.
Термин «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 УФ-процесс осуществляется с VCF 5/1=5.
Термин «около» указывает на изменение (плюс и минус) 10% от установленного значения, более предпочтительно 5%.
Первая жидкая композиция (обезжиренное молоко животных) и вторая жидкая композиция (сыворотка животных)
В способе по изобретению используются, по меньшей мере, два источника молочного белка, лактозы и минеральных веществ, первый представляет собой (жидкую) композицию на основе обезжиренного молока животных, содержащую 70-90 вес.% казеина и 10-30 вес.% сывороточных белков, в пересчете на общий белок, а второй представляет собой (жидкую) композицию на основе сыворотки животных, содержащую 0-25 вес.% казеина и 75-100 вес.% сывороточных белков, в пересчете на общий белок.
Первый жидкая композиция представляет собой композицию на основе обезжиренного молока животных, которая содержит молочные белки и лактозу. Она содержит количество минеральных веществ, типичных для обезжиренного молока животных (в виде одновалентных и поливалентных ионов). Белковая фракция первой жидкой композиции содержит 70-90 вес.% казеина и 10-30 вес.% сывороточных белков, предпочтительно 75-85 вес.% казеина и 15-25 вес.% сывороточного белка, наиболее предпочтительно 80:20 вес.% казеина и сывороточного белка, в пересчете на сухой общий вес белковой фракции. Предпочтительно, первая жидкая композиция 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 40-70 вес.% одновалентных ионов, и 25-75 вес.% поливалентных ионов, более предпочтительно 30-60 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 подвергают удалению одновалентных ионов до его поступления на ультрафильтрацию по настоящему способу.
Вторая жидкость представляет собой композицию на основе сыворотки животных, которая содержит белок, лактозу и количество минеральных веществ, типичных для сыворотки животных (в виде одновалентных и поливалентных ионов). Белковая фракция жидкой композиции на основе сыворотки животных 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, композиция на основе сыворотки животных содержит 5-40 вес.% белка, более предпочтительно 7-17 вес.% белка, в пересчете на общий сухой вес второй жидкой композиции. Предпочтительно, композиция на основе сыворотки животных содержит 40-90 вес.% лактозы, более предпочтительно 60-80 вес.% лактозы, в пересчете на общий сухой вес второй жидкой композиции. Предпочтительно, композиция на основе сыворотки животных содержит 3-15 вес.% минеральных веществ, более предпочтительно 6-12 вес.% минеральных веществ, в пересчете на общий сухой вес второй жидкой композиции. Предпочтительно, композиция на основе сыворотки животных 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, композиция на основе сыворотки животных имеет общее содержание сухих веществ от 1 до 15%, более предпочтительно от 3 до 10%, наиболее предпочтительно от 4 до 8%.
Сыворотку животных получают при производстве сыра, в котором используют любое молоко, отличное от женского, предпочтительно бычье обезжиренное молоко, наиболее предпочтительно коровье молоко. Сыворотку животных можно использовать как таковую, в разбавленном или концентрированном виде, также как (необязательно разбавленный) концентрат сыворотки животных и как восстановленную сыворотку животных 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. Сыворотку животных, которую используют, 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 подвергают удалению одновалентных ионов до ее поступления в обработку по настоящему способу.
Любая предварительная обработка обезжиренного молока животных или сыворотки животных в основном не является предпочтительной с точки зрения затрат: любая такая стадия вероятно увеличит стоимость этих жидких композиций, в то время как способ по изобретению разработан таким образом, что способен перерабатывать эти жидкие композиции без дорогостоящей стадии предварительной обработки в сухую молочную композицию.
Стадия ультрафильтрации (УФ) (a-i), (a-ii), (a-iii)
В способе по изобретению первую композицию на основе обезжиренного молока животных и вторую композицию на основе сыворотки животных подвергают УФ-стадии: (a-i) и (a-ii) или (a-iii). Здесь вода и низкомолекулярные растворенные вещества могут проникать через мембрану, оказываясь в УФ-пермеате (УФП), в то время как УФ-ретентат (УФР) содержит, по существу, весь белок, который может быть определен как обогащенный белками. Небольшие молекулы, которые способны проникать через УФ-мембрану, включают лактозу, NPN, одновалентные ионы и поливалентные ионы. Таким образом, УФП может быть определен как обогащенный лактозой.
На стадии ультрафильтрации (а) может использовать любую УФ-мембрану, известную в данной области, включая керамические мембраны, трубчатые и органические спиралевидные мембраны, предпочтительно УФ-мембрана является органической спиралевидной мембраной. УФ-мембрана имеет отсечение по молекулярной массе (MWCO), которое позволяет белкам (например, сывороточным белкам и казеину) оставаться в ретентате, и позволяет разбавленным растворам (например, растворам, имеющим молекулярную массу не более 25 кДа, предпочтительно не более 10 кДа), проникать через мембрану. Предпочтительно, значение отсечения 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.
В предпочтительном варианте выполнения ультрафильтрация включает стадии (a-i) и (a-ii), которые проводят в отдельности на первой жидкой композиции и второй жидкой композиции соответственно, и предпочтительно с последующим объединением УФ-ретентатов, происходящих из них на стадии (b). Указанное объединение или смешивание на стадии (b) обеспечивает (объединенный) УФ-ретентат, в котором белковый состав изменяется в том смысле, что весовое соотношение казеина и сывороточного белка снижается. Соотношение (весовое или объемное), в котором УФ-ретентаты, происходящие со стадий (a-i) и (a-ii), объединены, зависит от точного белкового состава, поступающей первой жидкой композиции, но в основном определяется требуемым белковым составом в полученном УФ-ретентате и/или полученной сухой молочной смеси. Специалист в данной области способен определить белковый состав и концентрацию поступающей первой жидкой композиции или УФ-ретентата из нее 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). Точный белковый состав поступающей первой жидкой композиции (обезжиренного молока животных) или ее УФ-ретентата может отличаться между различными животными, но даже обезжиренное молоко от одного и того же животного (например, коровы) может проявлять ограниченные сезонные колебания. В особенно предпочтительном варианте выполнения сухую молочную смесь далее перерабатывают 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 или молочные смеси для детей 1-3 лет. В связи с этим полученное весовое соотношение казеина и сывороточного белка после смешивания составляет предпочтительно от 75:25 до 30:70, более предпочтительно от 70:30 до 35:65, наиболее предпочтительно от 64:36 до 36:64 или около 50:50.
В случае если ультрафильтрация является стадией (a-i) и (a-ii), смешивание УФ-ретентата, происходящего из нее, можно проводить на жидких потоках, таким образом, дающих жидкую смесь. Альтернативно, УФ-ретентат, происходящий со стадии (a-i) и (a-ii), подвергают сушке на стадии (е-i) и (е-ii) до смешивания, а жидкую композицию и твердую композицию смешивают (например, растворением сухих веществ в жидкости) с получением жидкой смеси, или две твердые композиции, предпочтительно порошки, смешивают (например, сухим смешиванием) с получением сухой смеси, предпочтительно порошка. В случае если сушку проводят до смешивания, то, предпочтительно, оба УФ-ретентата, происходящие со стадии (a-i) и (a-ii), подвергают сушке на стадии (е-i) и (е-ii) до смешивания, и полученные сухие вещества смешивают в сухом виде. Предпочтительно, высушенные композиции является порошками. В особенно предпочтительном варианте выполнения оба потока являются жидкими во время смешивания, и сушку на стадии (е-i) и (е-ii) проводят на жидкой смеси после смешивания УФ-ретентата, происходящего со стадии (a-i) и (a-ii).
В другом предпочтительном варианте выполнения УФ-стадию (a-iii) проводят на смеси (первой) жидкой композиции на основе обезжиренного молока животных и (второй) жидкой композиции на основе сыворотки животных настоящего изобретения. Смешивание первой жидкой композиции со второй жидкой композицией, таким образом, проводят до ультрафильтрации. Такое смешивание первой жидкой композиции со второй жидкой композицией позволяет изменение белкового состава первой жидкой композиции, в частности, изменение белкового состава обезжиренного молока животных. Соотношение (весовое или объемное), в котором смешивают вторую и первую жидкие композиции, зависит от точного белкового состава поступающей первой жидкой композиции, но в основном определяется требуемым белковым составом в полученном УФ-ретентате, и предпочтительно полученной сухой молочной смеси.
В случае если и первую жидкую композицию и вторую жидкую композицию подвергают ультрафильтрации на стадии (a-i) и (a-ii) по отдельности, или ультрафильтрация является стадией (a-iii), то УФ-ретентаты, происходящие со стадии (a-i), (a-ii) и/или (a-iii), можно подвергать дополнительным стадиям обработки, или до смешивания УФ-ретентатов, происходящих со стадии (a-i) и/или (a-ii), или УФ-ретентата, происходящего со стадии (а-iii). Такие необязательные дополнительные стадии обработки включают, и предпочтительно ограничиваются ими, концентрирование жидкой композиции (то есть увеличение весового соотношения белок/вода, например, с использованием (частичного) упаривания или методов фильтрации, таких как нанофильтрация или обратный осмос), тепловую обработку (например, пастеризацию (такую как HTST, ESL или UHT) или стерилизацию (сухим или влажным жаром)) и/или обогащение дополнительной водой или другими компонентами. Предпочтительно, УФ-ретентат, происходящий со стадии (a-i) и/или (a-ii), подвергают стадии концентрирования, до или после смешивания УФ-ретентатов на стадии (b), предпочтительно с использованием нанофильтрации, необязательно дополненной диафильтрацией, и/или обратного осмоса. Проведение стадии концентрирования на отдельных УФ-ретентатах имеет преимущество, которое обеспечивает больше гибкости и точную настройку в способе изобретения. Предпочтительно УФ-ретентат, происходящий со стадии (a-iii) или (b), подвергают стадии концентрирования, предпочтительно с использованием нанофильтрации, дополненной диафильтрацией, и/или обратного осмоса. В необязательном варианте выполнения сушка на стадии (e-i) или (е-ii) происходит на каждом из УФ-ретентатов, происходящих с УФ первой и второй жидкой композиции, в отдельности, до смешивания. В особенно предпочтительном варианте выполнения дополнительные стадии обработки, которые можно проводить на УФ-ретентатах на стадии (a-i) и (а-ii) до их смешивания, не включают стадию удаления поливалентных ионов или стадию, на которой происходит фракционирование белков.
Смешивание (например, на стадии (b))
Смешивание первой жидкой композиции со второй жидкой композицией до стадии (a-iii) или объединение УФ-ретентатов, происходящих со стадии (a-i) и (a-ii), на стадии (b) можно проводить 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. 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 первую композицию на основе обезжиренного молока животных со второй композицией на основе сыворотки животных до стадии (a-iii), или смешивание УФ-ретентатов, происходящих со стадии (a-i) и (a-ii), на стадии (b), легко оказывать влияние регулированием скорости потока поступающих композиций.
Удаление поливалентных ионов (стадия (с))
Ультрафильтрация первой композиции на основе обезжиренного молока животных и второй композиции сыворотки животных на стадии (a-i) и (a-ii), или их смеси (на стадии (a-iii)) обеспечивает, по меньшей мере, один пермеат ультрафильтрации (УФП), содержащий (или обогащенный) лактозу. По меньшей мере, один из УФ- пермеатов, происходящих со стадии (а), смягчают на стадии (с) для получения, по меньшей мере, одного смягченного УФ-пермеата, который затем смешивают на стадии (d) с любым из ретентатов ультрафильтрации на стадии (а). На стадии (с) способа по изобретению поливалентные ионы удаляют из любого из УФ- пермеатов, происходящих со стадии (а). В случае если ультрафильтрация является стадией (a-i) и (a-ii), то получают два УФ-пермеата. В случае если ультрафильтрация является стадией (a-iii) на смеси первой жидкой композиции и второй жидкой композиции, то получают один УФ-пермеат. Таким образом, по меньшей мере, один из УФ-пермеатов, происходящих со стадии УФ первой жидкой композиции, и УФ-пермеат, происходящий со стадии УФ второй жидкой композиции, подвергают удалению поливалентных ионов на стадии (с), или УФ-пермеат, происходящий со стадии (а-iii), подвергают удалению поливалентных ионов на стадии (с).
В случае если получают два УФ-пермеата на стадии ультрафильтрации (a-i) и (a-ii), то УФ-пермеаты, происходящие со ней, можно объединить до стадии (с), или стадию (с) проводят, по меньшей мере, на одном из УФ-пермеатов, то есть только на одном из УФ-пермеатов или на каждом из УФ-пермеатов в отдельности. В случае если получают два УФ-пермеата на стадии ультрафильтрации (a-i) и (a-ii), то оба УФ-пермеата, происходящие из ней, подвергают удалению поливалентных ионов на стадии (с), предпочтительно УФП1 и УФП2 объединяют до стадии (с) в один УФ-пермеат, таким образом один УФ-пермеат смягчают на стадии (с).
Удаление поливалентных ионов на стадии (с) включает удаление (значительных) количеств поливалентных ионов. Предпочтительно удаляют, по меньшей мере, 10 или 20 вес.%, или, предпочтительно 50 вес.%, более предпочтительно, по меньшей мере, 70 вес.% или, по меньшей мере, 80 вес.%, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 90 вес.% поливалентных ионов. Таким образом, смягченный УФ-пермеат содержит, по меньшей мере, на 50 вес.% меньше поливалентных ионов, предпочтительно, по меньшей мере, на 70 вес.% меньше, более предпочтительно, по меньшей мере, на 80 вес.% меньше, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, на 90 вес.% меньше поливалентных ионов по сравнению с поступающим УФ-пермеатом, происходящим со стадии (а).
Смягчение, по меньшей мере, одного из УФ-пермеатов, происходящих со УФ-стадии (a-i) и/или (a-ii), или (a-iii), предпочтительно сопровождается или за которым следует удаление одновалентных ионов. Предпочтительно, стадия удаления одновалентных ионов приводит к удалению значительных количеств одновалентных ионов. Предпочтительно удаляют, по меньшей мере, 10 или 20 вес.% одновалентных ионов, более предпочтительно, по меньшей мере, 35 вес.% или, по меньшей мере, 50 вес.%, наиболее предпочтительно удаляют, по меньшей мере, 60 вес.% одновалентных ионов. Удаление одновалентных ионов (например, по меньшей мере, из одного УФ-пермеата, происходящего со стадии (с) и/или, по меньшей мере, одного или всех УФ-ретентатов, происходящих со стадии (a-i) и/или (a-ii), или (a-iii), 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 и удаление одновалентных ионов можно осуществить 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 комбинацией. Предпочтительным методом удаления поливалентных ионов является ионный обмен. В контексте настоящего изобретения удаление поливалентных ионов, необязательно в комбинации с удалением одновалентных ионов, также включает кристаллизацию лактозы из жидкого УФ-пермеата, происходящего со стадии (a-i) и/или (a-ii), или (a-iii) и одновременно сохраняющего (значительное количество) поливалентных ионов и предпочтительно (значительное количество) одновалентных ионов в растворе. Полученная кристаллизованная лактоза относится к смягченному УФ-пермеату в контексте настоящего изобретения, поскольку она происходит с УФ-стадии (а) и имеет (значительное количество) удаленных поливалентных ионов.
Способом по изобретению получают, по меньшей мере, один или два УФ-пермеата (со стадии (a-i) и/или (a-ii), или (a-iii)). В случае если получают два УФ-пермеата, то их предпочтительно объединяют до того, как подвергают удалению поливалентных ионов (то есть смягчению), за которым может следовать удаление одновалентных ионов. В более дорогостоящем варианте два УФ-пермеата со стадии (a-i) и (a-ii) в отдельности подвергают удалению поливалентных ионов и необязательно удалению одновалентных ионов с получением двух смягченных УФ-пермеатов, которые впоследствии могут быть объединены. Каждый из смягченных УФ-пермеатов затем можно использовать на стадии повторного объединения (d), предпочтительно смягченный УФ-пермеат, происходящий со стадии (a-i), и смягченный УФ-пермеат, происходящий со стадии (a-ii), смешивают до объединения на стадии (d), или их одновременно объединяют во время стадии (d). Каждый из УФ-пермеатов, происходящих со УФ-стадии (a-i) и/или (a-ii), или (a-iii), можно подвергнуть дополнительным стадиям обработки до того, как подвергать удалению поливалентных ионов на стадии (с). Такие необязательные дополнительные стадии обработки включают, предпочтительно ограничиваясь ими, концентрирование жидкого потока (то есть увеличение весового соотношения лактоза/вода, например, с использованием (частичного) упаривания или методов фильтрации, таких как нанофильтрация или обратный осмос), тепловую обработку (например, пастеризацию (такую как HTST, ESL или UHT) или стерилизацию (сухим или влажным жаром)) и/или обогащение дополнительной водой или другими компонентами. Концентрирование можно также осуществлять во время смягчения на стадии (с) или во время необязательного удаления одновалентных ионов, например во время нанофильтрации, необязательно дополненной диафильтрацией.
Предпочтительным является проводить удаление поливалентных ионов, по меньшей мере, из одного (или предпочтительно всех) УФ-пермеатов, происходящих со стадии (a-i) и/или (a-ii), или (a-iii), ионным обменом. Предпочтительно, за данной стадией следует проведение нанофильтрации (НФ), по меньшей мере, одного или всех смягченных УФ-пермеатов с целью их концентрирования, а также удаления (значительных количеств) одновалентных ионов из них. Используя такую последовательность стадий, смягченный УФ-пермеат, из которого удаляют (значительные количества) одновалентных ионов, затем объединяют с любым из УФ-ретентатов на стадии (d) или высушивают и смешивают на стадии (е-ii).
2+
2+
3-
+
+
-
4
Во время ионного обмена поливалентные ионы (например, Mg, Са, PO) заменяются одновалентными ионами (обычно, Na, K, Cl), а во время нанофильтрации эти одновалентные ионы проникают через нанофильтрационную мембрану, таким образом происходит разделение лактозы и одновалентных ионов. Предпочтительно, нанофильтрацию дополняют диафильтрацией, то есть, по меньшей мере, один раз дополнительный объем воды добавляют в НФ-ретентат, и разбавленный НФ-ретентат подвергают снова НФ. НФ-пермеат, содержащий одновалентные ионы, можно соответственно использовать для регенерации колонки(нок) ионного обмена.
Особенно предпочтительно, удаление поливалентных ионов, по меньшей мере, из одного (или предпочтительно всех) УФ-пермеатов, происходящих со стадии (a-i) и/или (a-ii), проводить комбинацией стадий, включающей нанофильтрацию, осаждение солей и удаление осадка. Предпочтительно, данная комбинация стадий также включает электродиализ. Более предпочтительно, удаление поливалентных ионов проводить в следующем порядке: нанофильтрация, осаждение солей и удаление осадка. Предпочтительно, за удалением осадка следует дополнительная стадия нанофильтрации (предпочтительно дополненная диафильтрацией) или электродиализа, наиболее предпочтительно за ним следует электродиализ. Стадия осаждения солей в основном направлена на удаление поливалентных ионов, в частности, фосфат-ионов, таких как фосфат кальция и фосфат магния, и может быть осуществлена созданием соответствующих условий, при которых ионы кальция осаждаются из обогащенной лактозой жидкости. Такие условия включают добавление сильного основания, такого как гидроксид натрия, доведение значения рН до нейтрального рН, такого как 6-8, и повышение температуры до 70-90°С с последующим снижением температуры до 5-30°С. Также содержание кальция и магния снизится при таких условиях осаждения. Впоследствии осадки можно удалить любым методом, известным в данной области (например, фильтрованием, центрифугированием). Особенно подходящей для удаления осадков является стадия ультрафильтрации. Предпочтительно, полученный УФ-пермеат(ы), обедненный(ые) поливалентными ионами, далее деминерализовывают на следующей стадии нанофильтрации и/или на стадии электродиализа, наиболее предпочтительно на стадии электродиализа. Можно использовать любой тип электродиализа, который известен в данной области. Результатом является обогащенный лактозой, смягченный УФ-пермеат, как указано на стадии (с), которые может быть объединен на стадии (d) с УФ-ретентатом, происходящим со стадии (a-i) и/или (a-ii), или (a-iii), или (b), с получением объединенного продукта.
Стадия объединения (d)
Любой или все смягченные УФ-пермеаты, происходящие со стадии (с), объединяют на стадии (d) с любым из УФ-ретентатов, происходящих со стадии (a-i) и/или (a-ii), или (a-iii), с получением объединенного продукта. Таким образом, (i) смягченный УФ-пермеат, происходящий со стадии (a-i) и/или (a-ii), (или индивидуальный или объединенный, предпочтительно объединенный), или (ii) смягченный УФ-пермеат, происходящий со стадии (a-iii), добавляют к любому из УФ-ретентатов, происходящих со стадии (a-i) и/или (a-ii), или (a-iii). Таким образом, по меньшей мере, один смягченный УФ-пермеат, происходящий со стадии (с), объединяют с УФ-ретентатом, происходящим со стадии (a-i) и/или (a-ii), или (a-iii), или стадии (b).
Каждый из смягченных УФ-пермеатов содержит лактозу. Как будет понятно специалисту, количество любого из смягченных УФ-пермеатов, который следует повторно смешать с любым из УФ-ретентатов, может зависеть от требуемого количества лактозы в конечном молочном продукте, количества и чистоты лактозы в каждом из смягченных УФ-пермеатов, происходящих со стадии (с), который подвергают объединению на стадии (d), и количества остаточной лактозы, присутствующей в любом из УФ-ретентатов, происходящих со стадии (а). В предпочтительном варианте выполнения, по меньшей мере, 70 вес.%, предпочтительно, 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 УФ-пермеате(ах), происходящем(их) со стадии (а), объединяют на стадии (с) с УФ-ретентатами, происходящими со стадии (а). Содержание лактозы в жидкой композиции может соответственно определить специалист, например, ферментативно или с использованием ВЭЖХ.
Каждый из смягченных УФ-пермеатов и каждый из УФ-ретентатов можно подвергать дополнительным стадиям обработки до объединения на стадии (d). УФ-ретентат, происходящий со стадии (a-i) и/или (a-ii), или (a-iii), или стадии (b), можно подвергать дополнительным стадиям обработки до проведения его объединения на стадии (d). Такие дополнительные стадии обработки включают, предпочтительно ограничиваясь ими, концентрирование жидкого потока (то есть увеличение весового соотношения белок/вода, например, с использованием (частичного) упаривания или методов фильтрации, таких как нанофильтрация или обратный осмос), тепловую обработку, например, пастеризацию (такую как HTST, ESL или UHT) или стерилизацию (сухим жаром или влажным жаром)) и/или обогащение дополнительной водой или другими компонентами. Предпочтительно УФ-ретентат, происходящий со стадии (a-i) и/или (a-ii), или (a-iii), или стадии (b), подвергают стадии концентрирования после ультрафильтрации на стадии (а) и до объединения на стадии (d), предпочтительно с использованием нанофильтрации, необязательно дополненной диафильтрацией, и/или обратным осмосом.
В особенно предпочтительном варианте выполнения УФ-ретентат, происходящий со стадии (a-i) и/или (a-ii), или (a-iii), или стадии (b), не подвергают ни одной стадии удаления поливалентных ионов после ультрафильтрации на стадии (а). Предпочтительно УФ-ретентат, происходящий со стадии (a-i) и/или (a-ii), или (a-iii), или стадии (b), не подвергают электродиализу, ионному обмену и осаждению солей. В необязательном варианте выполнения сушка на стадии (e-i) или (е-ii) происходит до объединения на стадии (d) и сушки на стадии (d). До объединения на стадии (d) любой из смягченных УФ-пермеатов можно подвергать дополнительным стадиям обработки. Такие необязательные дополнительные стадии обработки включают, предпочтительно ограничиваясь ими, концентрирование жидкого потока (то есть увеличение весового соотношения лактоза/вода, например, с использованием (частичного) упаривания или методов фильтрации, таких как нанофильтрация или обратный осмос), тепловую обработку (например, пастеризацию (такую как 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 смягчения на стадии (с) или во время удаления одновалентных ионов, например во время нанофильтрации, необязательно дополненной диафильтрацией. В необязательном варианте выполнения сушка на стадии (e-i) или (е-ii) происходит до объединения на стадии (d).
Стадия сушки (e-i) или (е-ii)
Способ по изобретению включает стадию сушки (e-i) или (е-ii), которую проводят на одном или более УФ-ретентатах, происходящих со стадии (a-i) и/или (a-ii), или (a-iii), или стадии (b), и, по меньшей мере, одном из смягченных УФ-пермеатов, происходящих со стадии (с), или на объединенном продукте, происходящем со стадии (d), предпочтительно стадию сушки (e-i) проводят на объединенном продукте, происходящем со стадии (d). Сушка может происходить до объединения на стадии (d) и/или после объединения на стадии (d). В случае если сушка происходит после объединения, то высушивают объединенный продукт, происходящий со стадии (d), предпочтительно до получения порошка. В случае если сушка происходит до объединения, то в отдельности высушивают один или более УФ-ретентатов, происходящих со стадии (а), и, по меньшей мере, один из смягченных УФ-пермеатов, происходящих со стадии (с), все предпочтительно до получения порошка. Альтернативно, сушка может также происходить до объединения на стадии (d) на любом из одного или нескольких УФ-ретентатов, происходящих со стадии (а), и, по меньшей мере, одном из смягченных УФ-пермеатов, происходящих со стадии (с), предпочтительно до получения порошка, и высушенную композицию, предпочтительно в виде порошка, объединяют с оставшимися жидкими композициями. Таким образом, дополнительную стадию сушки предпочтительно проводят, чтобы высушить объединенный продукт, происходящий со стадии (d), для получения сухой смеси.
Сушку можно 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).
В особенно предпочтительном варианте выполнения сушка на стадии (e-i) происходит после объединения на стадии (d), поскольку такой порядок стадий требует наименьшего количества стадий сушки для получения сухой смеси; только одной на объединенном продукте, происходящем со стадии (d). Таким образом, УФ-ретентат, происходящий со стадии (a-i) и/или (a-ii), или (a-iii), или стадии (b), и жидкий смягченный УФ-пермеат, происходящий со стадии (с), объединяют с жидкой смесью УФ-ретентатов на стадии (d), после которой объединенный продукт высушивают на стадии (e-i), предпочтительно распылительной сушкой. Здесь требуется только одна стадия сушки при получении сухой смеси, предпочтительно детской молочной смеси на основе порошка. Обычно требуется несколько стадий сушки, таких как сушка композиции, содержащей казеин, или сушка обезжиренного молока, сушка композиции, содержащей сывороточный белок, и сушка лактозы. Сушка, такая как распылительная сушка, является дорогостоящим способом, который обычно проводят при высоких температурах, таких как выше 150°С или даже выше 180°С. Снижение количества стадий (распылительной) сушки до одной значительно повышает эффективность способа.
Стадия сушки (е-ii) включает сушку любого УФ-ретентата, происходящего со стадии (a-i) и/или (a-ii), или (a-iii), или (b), который не объединен на стадии (d), и сушки любого из смягченных УФ-пермеатов, происходящих со стадии (с), который не объединен на стадии (d), с последующим объединением высушенного УФ-ретентата с высушенным смягченным УФ-пермеатом для получения сухой молочной смеси. Например, если УФ-ретентат, происходящий со стадии (b), объединяют на стадии (d), то его затем высушивают на стадии (e-i), и не высушивают и не объединяют на стадии (е-ii).
Если сушка на стадии (e-i) или (е-ii) происходит после объединения на стадии (d), то объединенный продукт можно подвергать дополнительным стадиям обработки до сушки. Такие необязательные дополнительные стадии обработки включают, и предпочтительно ограничиваясь ими, концентрирование жидкого потока (то есть увеличение весового соотношения белок/вода, например, с использованием (частичного) упаривания или методов фильтрации, таких как нанофильтрация или обратный осмос), тепловую обработку (например, пастеризацию (такую как HTST, ESL или UHT) или стерилизацию (сухим жаром или влажным жаром)) и/или обогащение дополнительной водой или другими компонентами. В особенно предпочтительном варианте выполнения дополнительные стадии обработки, которые можно проводить на объединенном продукте до сушки на стадии (e-i), не включают ни одной стадии удаления поливалентных ионов или ни одной стадии, на которой фракционируют белки.
Сушкой на стадии (e-i) или (е-ii) получают сухую смесь, предпочтительно в виде порошка. В контексте настоящего изобретения сухая смесь имеет содержание воды не более 10 вес.%, предпочтительно 0-8 вес.%, более предпочтительно 2-4 вес.%, в пересчете на общий вес композиции. Сухую смесь можно далее переработать в пищевые продукты, предпочтительно продукты, подходящие для вскармливания младенцев.
Способом по изобретению получают сухую молочную смесь, предпочтительно в виде порошка. В предпочтительном варианте выполнения данный сухой молочный продукт далее перерабатывают в пищевой продукт, подходящий для обеспечения питания человеческого младенца, в частности, младенца в возрасте от 0 до 36 месяцев. Дальнейшая обработка обычно включает добавление дополнительных компонентов в молочный продукт, известных в данной области, в частности одного или более, выбранных из витаминов, минеральных веществ, липидов, пребиотиков, пробиотиков, лактозы. Если необходимо, то такие компоненты можно добавить в любой из УФ-ретентатов или УФ-пермеатов, происходящих со стадии (а) или (b), смягченный УФ-пермеат, происходящий со стадии (с), и объединенный продукт, происходящий со стадии (d), до сушки, или даже в любую из поступающих первую и вторую жидких композиций. Специалист хорошо знает необходимые и полезные компоненты для детского питания, и как их лучше всего смешивать с белковой фракцией. Дальнейшая обработка сухой молочной смеси, предпочтительно, включает одну или более из гомогенизации, тепловой обработки, влажного и/или сухого смешивания одного из вышеуказанных компонентов.
Независимо от объединения лактозы в любом из смягченных УФ-пермеатов, происходящих со стадии (с), с любым из УФ-ретентатов, происходящих со стадии (а) или (b), дополнительное обогащение лактозой может быть необходимо для выполнения требований к детскому питанию.
Способ по изобретению обеспечивает достаточное удаление поливалентных ионов и предпочтительно одновалентных ионов, посредством ультрафильтрации на стадии (а) и удаления поливалентных ионов на стадии (с), так что все минеральные вещества находятся на требуемом для детского питания уровне или ниже. В случае если содержание определенного минерального вещества ниже требуемого уровня, то, предпочтительно, минеральное вещество добавляют для соответствия нормативным показателям (например, директиве ЕС 91/321/ЕЕС, директиве ЕС 2006/141/EC, Своду федеральных требований, издание 21, глава 1, часть 107 Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США).
Способом по изобретению получают остаточную воду в нескольких точках, например, со стадии сушки и необязательно в виде пермеата нанофильтрации, в виде пермеата 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 и/или второй жидкой композиции или в виде диафильтрационной воды.
Промежуточные продукты
В способе по настоящему изобретению образуется несколько промежуточных продуктов: 1) объединенные УФ-ретентаты, происходящие со стадии (a-i) и (a-ii); 2) объединенный продукт из смягченного УФ-пермеата и УФ-ретентата со стадии (d); и 3) высушенный объединенный продукт со стадии (e-i) или (е-ii) в случае если предполагается получение сухой детской молочной смеси.
Промежуточный продукт 1)
Промежуточный продукт 1 получают, в отдельности подвергая УФ-ретентаты, происходящие со стадии (a-i) и/или (a-ii), стадии нанофильтрации и объединению (содержащих белок) фракций из них (то есть ретентата нанофильтрации, происходящего из них). УФ-ретентаты предпочтительно объединяют в весовом или объемном соотношении от 3:1 до 1:3.
Промежуточный продукт 1 характеризуется (в пересчете на общий сухой вес композиции): содержанием белка от 40 до 52 вес.%, причем казеин и сыворотка присутствуют в весовом соотношении, находящемся в диапазоне от 70:30 до 30:70, лактозой в количестве от 35 до 50 вес.% и присутствием следующих минеральных веществ: 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.%. Предпочтительно, данный продукт содержит NPN в количестве от 1,50 до 3,30 вес.%, предпочтительно от 1,90 до 3,0 вес.%, и жир в количестве от 2,0 до 3,50 вес.%, предпочтительно от 2,30 до 3,30 вес.%, и золу в количестве от 4,0 до 10,0 вес.%. Предпочтительно, промежуточный продукт 1 является жидкостью.
Более предпочтительно, промежуточный продукт 1 характеризуется (в пересчете на общий сухой вес композиции): содержанием белка от 42 до 50 вес.%, причем казеин и сыворотка присутствуют в весовом соотношении, находящемся в диапазоне от 65:35 до 35:65, лактозой в количестве от 37 до 46 вес.% и присутствием следующих минеральных веществ: магний в количестве от 0,05 до 0,20 вес.%, кальций в количестве от 0,95 до 1,50 вес.%, фосфор в количестве от 0,60 до 1,30 вес.%, натрий в количестве от 0,20 до 0,45 вес.%, хлорид в количестве от 0,15 до 0,40 вес.% и калий в количестве от 0,70 до 1,20 вес.%.
Промежуточный продукт 2)
Промежуточный продукт 2 получают, в отдельности подвергая УФ-ретентаты, происходящие со стадии (a-i) и/или (a-ii), стадии концентрирования (в данном случае нанофильтрации), объединению концентрированного (содержащего белок) УФ-ретентата (то есть ретентата нанофильтрации, происходящего из них) и объединению полученной таким образом жидкой композиции со смягченным и концентрированным УФ-пермеатом (то есть УФ-пермеаты, происходящие со стадии (a-i) и/или (a-ii), были объединены после УФ, подвержены ионному обмену и концентрированы нанофильтрацией).
Промежуточный продукт 2 характеризуется (в пересчете на общий сухой вес композиции): содержанием белка от 16 до 24 вес.%, причем казеин и сыворотка присутствуют в весовом соотношении, находящемся в диапазоне от 70:30 до 30:70, лактозой в количестве от 65 до 80 вес.% и присутствием следующих минеральных веществ: 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.%. Предпочтительно, данный продукт содержит NPN в количестве от 1,30 и 2,80 вес.%, предпочтительно от 1,50 до 2,60 вес.% и жир в количестве от 0,5 до 2,0 вес.%, предпочтительно от 0,75 до 1,70 вес.%, и золу в количестве от 2,0 и 8,0 вес.%. Предпочтительно, промежуточный продукт 2 является жидкостью.
Промежуточный продукт 3
Промежуточный продукт 3 представляет собой сухую молочную смесь для вскармливания человеческого младенца в возрасте от 0-36 месяцев, такую как молочная смесь второго уровня или молочная смесь первого уровня, которую получают (распылительной) сушкой промежуточного продукта 2, в которую добавляют соответствующие количества дополнительных питательных веществ для достижения их требуемого уровня. Указанные питательные вещества включают пищевые волокна (в частности, галакто-олигосахариды и/или фрукто-олигосахариды), минеральные вещества (при необходимости), лактозу (если требуется), витамины, жиры. Сухая смесь содержит от 1,0 до 3,0 вес.% влаги.
Фигура
На фигуре показаны предпочтительные варианты выполнения системы по изобретению. Со ссылкой на прилагаемую фигуру система по изобретению описывается следующим образом.
Система
Настоящее изобретение также относится к устройству или системе, специально предназначенной для выполнения способа по изобретению. Система по изобретению предпочтительно представляет собой модульную систему, в которой, по меньшей мере, три, предпочтительно, по меньшей мере, четыре модуля соединены по текучей среде друг с другом, с возможностью, чтобы соединение(я) по текучей среде можно было закрыть, когда и где это необходимо. Здесь каждый модуль может быть отдельным блоком, или два или более модулей могут быть объединены в виде единого блока. Предпочтительно, каждый модуль представляет собой отдельный блок и различим как таковой в системе.
Система по изобретению смонтирована с возможностью приема двух поступающих жидких композиции (то есть композиции на основе обезжиренного молока животных и композиции на основе сыворотки животных, как здесь определено) и выгрузки одной твердой композиции (например, сухой молочной смеси). В дополнение к этому, последующие жидкие и/или твердые композиции могут быть приняты системой или выгружены из системы.
Система по изобретению включает модуль ультрафильтрации (1), включающий ультрафильтрационную мембрану (1b). Первый модуль предназначен для приема первой жидкой композиции (то есть композиции на основе обезжиренного молока животных, как здесь определено), или смеси первой и второй жидких композиций, через первое входное отверстие (1а) на первую сторону УФ-мембраны (1b). Кроме того, модуль ультрафильтрации (1) включает первое выходное отверстие (1с) для выгрузки ретентата ультрафильтрации (УФР) с первой стороны УФ-мембраны (1b) и второе выходное отверстие (1d) для выгрузки пермеата ультрафильтрации (УФП) со второй стороны УФ-мембраны (1b).
УФ-мембрана имеет две стороны, одну для приема первой жидкой композиции, или смеси первой и второй жидких композиций, и выгрузки УФР, и одну для выгрузки УФП. Ретентат выгружают с той же стороны УФ-мембраны (1b), с которой принимают первую жидкую композицию или смеси первой и второй жидких композиций, а УФ-пермеат выгружают с другой стороны УФ-мембраны. Таким образом, УФП содержит только материал, который проникает через УФ-мембрану (1b). УФ-мембрана (1b), используемая в модуле ультрафильтрации (1), может быть любой УФ-мембраной, известной в данной области, включая керамические мембраны и органические спиралевидные мембраны, предпочтительно УФ-мембрана (1b) является органической спиралевидной мембраной. УФ-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.
Необязательно, система по изобретению включает второй модуль ультрафильтрации (10), включающий вторую ультрафильтрационную мембрану (10b). Второй модуль ультрафильтрации (10) предназначен для приема второй жидкой композиции (то есть композиции на основе сыворотки животных, как здесь определено) через первое входное отверстие (10а) на первую сторону второй УФ-мембраны (10b). Кроме того, второй модуль ультрафильтрации (10) включает первое выходное отверстие (10с) для выгрузки второго ретентата ультрафильтрации (УФР) с первой стороны второй УФ-мембраны (10b) и второе выходное отверстие (10d) для выгрузки второго пермеата ультрафильтрации (УФП) со второй стороны второй УФ-мембраны (10b). Вторая УФ-мембрана (10b), используемая в модуле ультрафильтрации (10), может быть любой УФ-мембраной, известной в данной области, включая керамические мембраны и органические спиралевидные мембраны, предпочтительно УФ-мембрана (10b) является органической спиралевидной мембраной. УФ-мембрана (10b) 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 удаления поливалентных ионов (2) для удаления поливалентных ионов из одного или более пермеатов ультрафильтрации (УФПов), происходящих из модуля ультрафильтрации (1) и необязательно из модуля ультрафильтрации (10). Модуль удаления поливалентных ионов (2) включает входное отверстие (2а) для приема одного или более УФПов, устройства для удаления поливалентных ионов из УФП (2b) и выходное отверстие (2с) для выгрузки смягченного УФП. Модуль удаления поливалентных ионов (2) удаляет (значительные количества) поливалентных ионов (то есть ионов, имеющих двойной или более положительный или отрицательный заряд) из УФП, а также может удалить (значительные количества) одновалентных ионов из УФП. Предпочтительно, модуль удаления поливалентных ионов (2) включает устройства для удаления (значительных количеств) поливалентных ионов и устройства для удаления (значительных количеств) одновалентных ионов. В случае если присутствуют и средства для удаления (значительных количеств) поливалентных ионов и устройства для удаления (значительных количеств) одновалентных ионов, то такие устройства могут быть едиными устройствами, способными удалять и поливалентные и одновалентные ионы, или предпочтительно двумя отдельными устройствами, одним способным удалять поливалентные ионы (2b) и одним способным удалять одновалентные ионы (2f). Два отдельных устройства для удаления ионов могут присутствовать в двух различных блоках внутри модуля (2), в котором выходное отверстие (2d) из первого блока (2b), предпочтительно для удаления поливалентных ионов, соединено по текучей среде с входным отверстием (2e) второго блока (2f), предпочтительно для удаления одновалентных ионов, и выходным отверстием (2c), смонтированным для выгрузки смягченного УФП из второго блока (2f).
Любой метод, известный в данной области для удаления поливалентных и необязательно одновалентных ионов, можно использовать в качестве устройств для удаления поливалентных ионов (2b) и необязательно средств для удаления одновалентных ионов (2f). Блок(и) для удаления ионов соответственно выбирают из электродиализной установки (включающей ионообменные мембраны и устройства для наложения электрической разности потенциалов над указанными ионообменными мембранами), ионообменной установки (включающей, по меньшей мере, одну колонку, заполненную анионной и/или катионной смолой), устройства для осаждения солей, нанофильтрационной мембраны, необязательно с дополнительным входным отверстием для приема диафильтрационной воды, или их комбинаций. В предпочтительном варианте выполнения модуль (2) включает, по меньшей мере, одну ионообменную колонку, содержащую анионообменную и/или катионообменную смолы в качестве блока удаления поливалентных ионов (2b), и нанофильтрационную мембрану в качестве блока удаления одновалентных ионов (2f). В особенно предпочтительном варианте выполнения модуль (2) включает, по меньшей мере, одну нанофильтрационную мембрану, устройство для осаждения солей и устройства для удаления осадков (предпочтительно ультрафильтрационную мембрану), более предпочтительно модуль (2) дополнительно включает электродиализную установку. Наиболее предпочтительно, модуль (2) включает в следующем порядке последовательно размещенные, по меньшей мере, одну нанофильтрационную мембрану, устройство для осаждения солей, устройства для удаления осадков (предпочтительно ультрафильтрационную мембрану) и электродиализную установку.
В системе по изобретению модуль удаления поливалентных ионов (2) расположен между модулем(ями) ультрафильтрации (1 и необязательно 10) и модулем смешивания (3).
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 позволяет смешивать УФ-ретентат, происходящий из модуля ультрафильтрации (1), УФ-ретентат, происходящий из модуля ультрафильтрации (10), и смягченный УФ-пермеат, происходящий из модуля удаления поливалентных ионов (2).
В первом предпочтительном варианте выполнения модуль смешивания (3) предназначен для смеси УФ-ретентатов, происходящей из модуля ультрафильтрации (1), УФ-ретентата, происходящего из модуля ультрафильтрации (10), и смягченного УФ-пермеата, происходящего из модуля удаления поливалентных ионов (2). Таким образом, в первом предпочтительном варианте выполнения модуль смешивания (3) предназначен для приема смягченного УФ-пермеата, происходящего из модуля удаления поливалентных ионов (2) (или в виде жидкости, или твердых частиц), через первое входное отверстие (3а), УФ-ретентата, происходящего из модуль ультрафильтрации (1) (или в жидком, в или твердом виде) через второе входное отверстие (3b) и УФ-ретентата, происходящего из модуля ультрафильтрации (10) (или в жидком, в или твердом виде) через третье входное отверстие (3d). Модуль смешивания (3) дополнительно включает выходное отверстие (3c) для выгрузки повторно объединенного продукта (или в жидком, в или твердом виде).
Во втором предпочтительном варианте выполнения существуют два модуля смешивания, один модуль смешивания (30) для смешивания первой жидкой композиции со второй жидкой композицией и для выгрузки смеси первой и второй жидких композиций, и один модуль смешивания (3) для смешивания смеси УФ-ретентатов, происходящей из модуля ультрафильтрации (1), и УФ-ретентата, происходящего из модуля ультрафильтрации (10), со смягченным УФ-пермеатом, происходящим из модуля удаления поливалентных ионов (2). Во втором предпочтительном варианте выполнения первый модуль смешивания (30) предназначен для приема первой жидкой композиции через первое входное отверстие (30а) и второй жидкой композиции через второе входное отверстие (30b), и для выгрузки смеси первой и второй жидких композиций через выходное отверстие (30с). Таким образом, первый модуль смешивания (30) включает первое входное отверстие (30а) и второе входное отверстие (30b) для приема жидких композиций и выходное отверстие (30с) для выгрузки смешанной жидкой композиции. Второй модуль смешивания (3) предназначен для приема смягченного УФ-пермеата, происходящего из модуля удаления поливалентных ионов (2) (или в жидком, в или твердом виде) через первое входное отверстие (3а) и смеси УФ-ретентатов, происходящей из модуля ультрафильтрации (1), и УФ-ретентата, происходящего из модуля ультрафильтрации (10) (или в жидком, в или твердом виде), через второе входное отверстие (3b), и для выгрузки повторно объединенного продукта через выходное отверстие (3с). Таким образом, второй модуль смешивания (3) включает первое входное отверстие (3а) и второе входное отверстие (3b) для приема жидкой композиции и/или твердой композиции и выходное отверстие (3c) для выгрузки повторно объединенной жидкой композиции и/или твердой композиции.
В модуле(ях) смешивания по изобретению смешивание можно осуществить любым методом, известным в данной области. Смешивание можно осуществить просто объединением двух или более композиций. Модуль(и) смешивание может(могут) дополнительно включать смешивающие устройства. Смешивающими устройствами могут быть любые устройства, подходящие для смешивания двух композиций, известные в данной области, такие как «в трубе» (то есть соединением двух или более 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 жидких композиций, например, динамического смешивания или статического смешивания, или для смешивания двух твердых композиций (например, двух порошков), например, смеситель для сухих материалов, такой как ленточный смеситель, лопастной смеситель, барабанный смеситель и вертикальный смеситель, или одной жидкой композиции и одной твердой композиции, предпочтительно для смешивания двух жидких композиций. В особенно предпочтительном варианте выполнения смешивающие устройства представляет собой «в трубе» или в уравнительном резервуаре.
Модуль смешивания (3) и дополнительный модуль смешивания (30) могут быть расположены в системе до модуля ультрафильтрации (1) или после модуля ультрафильтрации (1). В случае если модуль смешивания (30) расположен до модуля ультрафильтрации (1), то первую жидкую композицию и вторую жидкую композицию смешивают до ультрафильтрации. В случае если модуль смешивания (3) расположен после модулей ультрафильтрации (1) и (10), то первую и вторую жидкие композиции подвергают ультрафильтрации каждую в отдельности до смешивания УФ-ретентатов, происходящих из модулей ультрафильтрации (1) и (10).
Система по изобретению предпочтительно включает модуль сушки (4), который смонтирован для сушки, по меньшей мере, одной жидкой композиции. Модуль сушки (4) предназначен для приема жидкой композиции (например, повторно объединенного продукта) через входное отверстие (4а) в сушильные средства (4b), и для выгрузки твердой композиции через выходное отверстие (4с) из сушильных средств (4b). Сушильными средствами (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 средствами (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 модуля ультрафильтрации (1) и дополнительного модуля ультрафильтрации (10). В случае если модуль сушки (4) расположен между модулем ультрафильтрации (1) и дополнительным модулем ультрафильтрации (10) и модулем смешивания (3), то, по меньшей мере, один из ретентатов ультрафильтрации, происходящих из модулей ультрафильтрации (1) и необязательно (10), высушивают до смешивания. В случае если модуль сушки (4) расположен после модуля смешивания (3), то ретентаты ультрафильтрации сначала смешивают и затем смесь УФ-ретентата, происходящего из модуля ультрафильтрации (1), и УФ-ретентата, происходящего из модуля ультрафильтрации (10), 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 средства, и для выгрузки твердой композиции через выходное отверстие из сушильных средств. Сушильными средствами 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 средствами является распылительная сушилка. Дополнительный модуль сушки могут быть расположены в системе до модуля смешивания (3) и после второго модуля ультрафильтрации (10), 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 (10), высушивают до смешивания в модуле смешивания (3).
В первом предпочтительном варианте выполнения система по изобретению включает два модуля ультрафильтрации (1) и (10). Выходное отверстие (1c) первого модуля ультрафильтрации (1) соединено по текучей среде с входным отверстием (3b) модуля смешивания (3), а выходное отверстие (1d) соединено по текучей среде с входным отверстием (2а) модуля удаления поливалентных ионов (2). Выходное отверстие (10с) второго модуля ультрафильтрации (10) соединено по текучей среде с входным отверстием (3d) модуля смешивания (3), а выходное отверстие (10d) соединено по текучей среде с входным отверстием (2а) модуля удаления поливалентных ионов (2). Выходное отверстие (2c) соединено по текучей среде с входным отверстием (3а) модуля смешивания (3), а выходное отверстие (3c) соединено по текучей среде с входным отверстием (4а) модуля сушки (4). Входные отверстия (1а) и (10а) смонтированы для приема жидких композиций в систему (например, обезжиренного молока животных и сыворотки животных), а выходное отверстие (4с) смонтировано для выгрузки твердой композиции из системы (например, сухой молочной смеси). Особенно предпочтительным является модуль (2), включающий блок удаления поливалентных ионов (2b), предпочтительно, по меньшей мере, одну ионообменную колонку, и блок удаления одновалентных ионов (2f), предпочтительно нанофильтрационную мембрану.
Во втором предпочтительном варианте выполнения система по изобретению включает два модуля смешивания (3) и (30). Выходное отверстие (30с) первого модуля смешивания (30) соединено по текучей среде с входным отверстием (1а) модуля ультрафильтрации (1). Выходное отверстие (1c) соединено по текучей среде с входным отверстием (3b) второго модуля смешивания (3), а выходное отверстие (1d) соединено по текучей среде с входным отверстием (2а) модуля удаления поливалентных ионов (2). Выходное отверстие (2c) соединено по текучей среде с входным отверстием (3а) второго модуля смешивания (3), а выходное отверстие (3c) соединено по текучей среде с входным отверстием (4a) модуля сушки (4). Входные отверстия (30а) и (30b) смонтированы для приема жидких композиций в систему (например, обезжиренного молока животных и сыворотки животных), а выходное отверстие (4с) смонтировано для выгрузки твердой композиции из системы (например, сухой молочной смеси). Особенно предпочтительным является модуль (2), включающий блок удаления поливалентных ионов (2b), предпочтительно, по меньшей мере, одну ионообменную колонку, и блок удаления одновалентных ионов (2f), предпочтительно нанофильтрационную мембрану.
Система по изобретению может включать дополнительные модули или дополнительные устройства, как описано здесь ниже.
В другом предпочтительном варианте выполнения система по изобретению включает один или более модуль(ей) концентрирования жидкого(их) потока(ов). Такой модуль концентрирования включает входное отверстие для приема жидкой композиции на устройства для концентрирования, устройства для концентрирования и выходное отверстие для выгрузки концентрированной жидкой композиции. Любой метод концентрирования, известный в данной области, можно использовать в качестве устройств для концентрирования. Устройства для концентрирования соответственно выбирают из установки для упаривания (например, повышением температуры и/или снижением давления) или установки мембранной фильтрационной (например, мембрана обратного осмоса или нанофильтрационная мембрана). Модуль концентрирования также может быть объединен с модулем удаления поливалентных ионов (2), соответственно осуществляя концентрирование во время удаления одновалентных ионов (например, с использованием нанофильтрации необязательно дополненной диафильтрацией).
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 поливалентных ионов (2) (например, в виде пермеата нанофильтрации) и в каждом из модулей концентрирования (например, в виде пермеата обратного осмоса). Предпочтительно, по меньшей мере, один из модуля сушки (4), модуля удаления поливалентных ионов (2) и модуля концентрирования дополнительно включает дополнительное выходное отверстие для выгрузки воды из модуля, более предпочтительно, по меньшей мере, один из модулей концентрирования включает такое дополнительное выходное отверстие. Наиболее предпочтительно, модуль сушки (4), модуль удаления поливалентных ионов (2) и каждый из модулей концентрирования включает каждый такое дополнительное 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 поливалентных ионов (2). Предпочтительно, первый модуль ультрафильтрации (1), и/или второй модуль ультрафильтрации (10), и/или модуль удаления поливалентных ионов (2) 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, предпочтительно посредством трубопровода, причем необязательно один или более сборных резервуаров или один или более дополнительных устройств очистки (например, мембраны обратного осмоса) объединены.
В другом предпочтительном варианте выполнения система по изобретению включает устройства для тепловой обработки 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 модуль тепловой обработки, смонтированный для тепловой обработки жидкой композиции. Такой модуль тепловой обработки включает входное отверстие для приема жидкой композиции в устройства для тепловой обработки, 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 (PHE) и/или инжекцию/введение острого пара (DSI) используют в качестве устройства для тепловой обработки.
Система по изобретению может дополнительно включать устройства охлаждения, предпочтительно, для обеспечения функционирования системы при температуре ниже 15°С, более предпочтительно ниже 12°С. Специалисту в данной области понятно, что замораживание жидкого потока крайне нежелательно, при этом температуру следует поддерживать достаточно высокой для различных жидких потоков для сохранения их в жидком состоянии. Обычно устройства охлаждения обеспечивают функционирование системы при температуре, по меньшей мере, 2°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.
В случае если модуль включает нанофильтрацию, то нанофильтрацию необязательно можно дополнить диафильтрацией. Для выполнения диафильтрации модуль требует дополнительного входного отверстия для приема воды на первую сторону нанофильтрационной мембраны, по существу, обеспечивающей возможность разбавления и повторной фильтрации ретентата нанофильтрации. В предпочтительном варианте выполнения модуль удаления поливалентных ионов (2) включает такое дополнительное входное отверстие (2d).
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 выполнения 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 посредством трубопровода. Различные модули системы, особенно модуль ультрафильтрации (1), модуль смешивания (3) и модуль сушки (4), могут быть соединены между собой в различных конфигурациях, при условии, что система смонтирована для выполнения способа по изобретению.
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 УФ-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 УФ-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 УФ-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 УФ-пермеата (УФП1) и 211 кг УФ-ретентата (УФР1). Составы поступающего обезжиренного молока и продуктов ультрафильтрации приведены в таблице 1. Незначительное увеличение общего веса готовых продуктов (УФР1 и УФП1) 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, УФ-ретентат обогащен белками, в то время как УФ-пермеат обогащен лактозой.
Таблица 1Составы из примера 1 (в вес.% в пересчете на общий сухой вес)
Компонент
Коровье обезжиренное молоко
УФР1
УФП1
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 УФ-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. УФ-пермеат собирали со скоростью потока до 400 л/ч. Получали 818 кг УФ-пермеата (УФП2) и 195 кг Уф-ретентата (УФР2). Составы поступающей сладкой сыворотки и продуктов ультрафильтрации приведены в таблице 2. Незначительное увеличение общего веса готовых продуктов (УФР1 и УФП1) 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
УФР2
УФП2
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
УФП1 из примера 1 и УФП2 из примера 2 смешивали в весовом соотношении 20/80 с получением 799 кг объединенного УФП. Объединенный УФП подвергали ионному обмену с получением смягченного УФП, 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 НФ-мембрану Synder НФX 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 УФП концентрировали до конечного общего содержания сухих веществ около 20%. Получали 178 кг смягченного УФП концентрата в виде ретентата нанофильтрации (НФР1), вместе с 1225 кг пермеата нанофильтрации (НФП1). Составы поступающего объединенного УФП и продуктов нанофильтрации приведены в таблице 3. Значительное большинство поливалентных ионов удаляли во время ионного обмена, и значительное большинство одновалентных ионов оказалось в НФП1. Смягченный УФП концентрат (НФР1) содержал практически исключительно лактозу.
Таблица 3Составы из примера 3 (в вес.% в пересчете на общий сухой вес)
Компонент
Объединенный УФП
НФР1
Смягченный УФП концентрат (НФП1)
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
УФР1 из примера 1 концентрировали и подвергали удалению одновалентных ионов нанофильтрацией через НФ-мембрану Synder НФX 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 УФР1 концентрата в виде ретентата нанофильтрации (НФР2) вместе с 149 кг пермеата нанофильтрации (НФП2). Используя нанофильтрацию, УФР1 концентрировали до общего содержания сухих веществ около 18%. Состав продукта нанофильтрации НФР2 приведен в таблице 4.
Таблица 4Состав из примера 4 (в вес.% в пересчете на общий сухой вес)
Компонент
НФР2
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
УФР2 из примера 2 концентрировали и подвергали удалению одновалентных ионов нанофильтрацией через НФ-мембрану Synder НФX 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 УФР2 концентрата в виде ретентата нанофильтрации (НФР3) вместе с 148 кг пермеата нанофильтрации (НФП3). Используя нанофильтрацию, УФР2 концентрировали до общего содержания сухих веществ около 18%. Состав продукта нанофильтрации НФР3 приведен в таблице 5.
Таблица 5Состав из примера 5 (в вес.% в пересчете на общий сухой вес)
Компонент
НФР3
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 УФР1 концентрат из примера 4 (НФР2) смешивают с УФР2 концентратом из примера 5 (НФР3) 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 УФР1 и УФР2. Кроме указанных в таблице 6 компонентов смесь НФР2/НФР3 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 НФР2/НФР3
Белок
43,6
Лактоза
44,1
Зола
6,5
- Na- K- Cl
0,320,910,27
- P- Ca- Mg
0,911,070,12
Объединение УФР1 концентрата из примера 4 (НФР2) с УФР2 концентратом из примера 5 (НФР3) 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 УФ-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 УФР1 и УФР2 в случае, когда приготовлены для получения других смесей УФР1 и УФР2, содержащих соотношение казеина и сыворотки 50:50 и 60:40.
Пример 7
Смягченный УФП концентрат повторно объединяли со смесью УФР1 и УФР2 для получения композиции с соотношением казеина и сывороточного белка 60:40. Смягченный УФП концентрат объединяли со смесью УФР1 и УФР2. УФР1 концентрат из примера 4 (НФР2), УФР2 концентрат из примера 5 (НФР3) и смягченный УФП концентрат (НФР1) 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 УФР1, УФР2 и смягченного УФП.
Кроме указанных в таблице 7 компонентов смесь НФР1/НФР2/НФР3 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 НФР1/НФР2/НФР3
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 УФП концентрата со смесью УФР1 и УФР2 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 УФ-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 УФ (стадия 1), ретентаты (УФРы) подвергали НФ (стадия 2), и пермеаты (УФПы) удалению поли- и одновалентных ионов (стадия 3). Затем НФ-ретентаты (НФРы) со стадии 2 и смягченные УФПs 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 УФ1 и УФ2 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 УФРов и УФПов (на 100 г)
Компонент
УФР1 (SM)
УФП1 (SM)
УФР2 (SW)
УФП2 (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 УФР1 и УФР2 концентрировали и частично деминерализовывали, используя 3838 150-300 Да нанофильтрационную (НФ) мембрану (GEA Filtration, Дания). Для концентрирования и деминерализации ~500 кг УФР1 (рН 6,82 при 6°С) до 26% вес./вес. содержания сухих веществ на стадии НФ1 использовали последовательно две НФ-мембраны; в то время как для концентрирования и деминерализации ~640 кг УФР2 (рН 5,88 при 6,5°С) до 28% вес./вес. содержания сухих веществ использовали одну НФ-мембрану на стадии НФ2. НФ1 осуществляли с диапазоном фактора весового концентрирования 1,8-2,2, в то время как НФ2 осуществляли с диапазоном фактора весового концентрирования 2,6-3. И НФ1 и НФ2 осуществляли в диапазоне температур 13-14°С. Пермеаты собирали со средним потоком 1,64 кг/м/ч (для УФР1) и 9,64 кг/м/ч (для УФР2). Распределение макро питательных и минеральных веществ в жидких потоках ретентата и пермеата с НФ1 и НФ2 приведено в таблице 10. В процессе производили для НФР1 и НФР2 порошки концентрата молочного белка (MPC50) и концентрата сывороточного белка (WPC35) соответственно.
Таблица 10Составы НФРов и НФПов (на 100 г)
Компонент
НФР1 (SM)
НФП1 (SM)
НФР2 (SW)
НФП2 (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 УФ1 и УФ2 соответственно концентрировали и частично деминерализовывали в отдельности посредством НФ3 с последовательным использованием двух 3838 150-300 Да нанофильтрационных (НФ) мембран (GEA Filtration, Дания). Для концентрирования и деминерализации ~1000 кг УФП1 (рН 5,9 при 6,9°С) концентрировали до 22% вес./вес. содержания сухих веществ. Для концентрирования и деминерализации ~1000 кг УФП2 (рН 5,6 при 6°С) концентрировали до 22% вес./вес. содержания сухих веществ. Для концентрирования и УФП1 и УФП2, НФ3 осуществляли с диапазоном фактора весового концентрирования 3,5-4 при температуре 10°С. Средние потоков пермеата составляли 9,73 кг/м/ч (для УФП1) и 10,9 кг/м/ч (для УФП2). Распределение макро питательных и минеральных веществ в жидких потоках ретентата и пермеата с НФ3 приведено в таблице 11.
После концентрирования и деминерализации УФП1 и УФП2 посредством НФ3, 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 НФ3 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 НФ3 (после осаждения) посредством УФ3 с последовательным использованием двух 3838 10 кДа ультрафильтрационных мембран (Synder Filtration). УФ3 осуществляли с фактором весового концентрирования 10 при температуре 20°C. Распределение макро питательных и минеральных веществ в жидких потоках ретентата с УФ3 приведено в таблице 12. Способ по изобретению приводил к ~50% деминерализации в ретентатах с УФ3 по сравнению с УФП1 и УФП2 в пересчете на сухое вещество. Жидкие потоки ретентата с УФ3 объединяли в сосуде из нержавеющей стали при 40°С. Объединенная партия (общий вес 65 кг) представляла собой УФР3 из обезжиренного молока и УФР3 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 НФР3ов и НФП3ов (на 100 г)
Компонент
НФР3 (SM)
НФП3 (SM)
НФР3 (SW)
НФП3 (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 УФР3s и УФП3s (на 100 г)
Компонент
УФП3 (SM)
УФП3 (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)
66,515,016,30,000,00
71,536,919,80,000,0204
19,57,90,00,000,00
- Cu (мг)- Zn (мг)
0,0160,020
0,00780,0168
0,000,00
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 НФР1 и НФР2, 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 НФР1) и WPC (из НФР2) 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 трубчатом теплообменнике непрямого действия (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
НФР1 (кг)НФР2 (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)
31036377,735441
30033368,435139
28538376,731834
- Zn (мг)
1
1,1
1,06
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