Способ получения композиций, содержащих бета-казеин, и соответствующих продуктов
BETA-CASEIN CONTAINING COMPOSITIONS PRODUCTION METHOD AND RELATED PRODUCTS

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к способу получения композиций, содержащих бета-казеин, и продуктов, полученных посредством данных способов. В частности, изобретение относится к способу получения композиций, содержащих бета-казеин, с использованием управляемой микрофильтрации.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Бета-казеин является мажорным белком, содержащимся в человеческом молоке. Белок связывается с кальцием в его фосфорилированных областях. Белок в целом является неупорядоченным и характеризуется в качестве белка в виде статистического клубка.
Бета-казеин также содержится в коровьем молоке, однако в более низкой концентрации, чем в человеческом молоке. При комнатной температуре коровий бета-казеин связывается с мицеллами казеина коровьего молока, но, как известно, при более низких температурах, например, 2-5 градусов Цельсия, бета-казеин частично отделяется от мицелл казеина для формирования свободного бета-казеина, например, в форме отдельных молекул свободного бета-казеина или небольших агрегатов бета-казеина.
Известный уровень техники:
Несколько подходов для выделения бета-казеина из молока было описано в известном уровне техники.
В документе FR 2,592,769 А раскрыто получение бета-казеина посредством микрофильтрации охлажденного жидкого сырья, содержащего кальций агрегированный казеинат.
В документе US 5,169,666 А описан процесс получения обогащенного бета-казеином молочного белкового продукта посредством осуществления микрофильтрации охлажденного снятого молока.
В документе US 2007104847 A раскрыт способ получения бета-казеина: способ основан на исходной холодной микрофильтрации охлажденного снятого молока для получения частично обедненного бета-казеином ретентата и фильтрата, содержащего белок молочной сыворотки и значительное количество бета-казеина. Фильтрат, содержащий бета-казеин, может быть дополнительно очищен.
В документе WO 2012/148,269 A1 раскрыт способ приготовления фракции молочного белка, включающей бета-казеин, с использованием первого этапа микрофильтрации и осуществлением второй микрофильтрации ретентата с первого этапа микрофильтрации. Первый этап микрофильтрации может быть выполнен при высокой температуре и второй этап микрофильтрации может быть выполнен при низкой температуре.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Один аспект изобретения относится к способу получения композиции, содержащей бета-казеин, при этом способ включает следующие этапы:
pre
a) предварительный нагрев молока посредством регулировки его температуры до температуры (T) предварительного нагрева, составляющей по меньшей мере 20 градусов Цельсия, с обеспечением посредством этого теплого молока;
b) осуществление микрофильтрации (MF) теплого молока с обеспечением посредством этого первого фильтрата MF и первого ретентата MF;
c) факультативно, осуществление MF-диафильтрации первого ретентата MF;
cold
cold
d) регулировку температуры первой композиции, полученной из первого ретентата MF, до низкой температуры (T) в диапазоне 0-15 градусов Цельсия и поддержание температуры первой композиции в пределах данного диапазона в течение интервала времени (t) по меньшей мере 0,5 часа с получением посредством этого охлажденной первой композиции;
e) осуществление микрофильтрации охлажденной первой композиции с получением посредством этого второго ретентата и второго фильтрата, при этом второй фильтрат обогащен в отношении бета-казеина; и
f) факультативно, осуществление MF-диафильтрации второго ретентата MF;
g) факультативно, осуществление одного или нескольких дополнительных этапов обработки в отношении второй композиции, полученной из второго фильтрата, например, дополнительных этапов очистки и/или концентрирования,
с обеспечением посредством этого композиции, содержащей бета-казеин.
Второй фильтрат с этапа е) может быть, например, использован в качестве композиции, содержащей бета-казеин. В качестве альтернативы комбинация второго фильтрата с этапа е) и последующих фильтратов MF-диафильтрации с этапа f) может быть использована в качестве композиции, содержащей бета-казеин. В качестве альтернативы продукт, полученный на этапе g), может быть использован в качестве композиции, содержащей бета-казеин.
Поскольку этапы с), f) и g) считаются факультативными, существует несколько вариантов способа. Способ может, например, включать этапы a), b), d) и е). В качестве альтернативы способ может включать этапы а), b), с), d) и е). Например, способ может включать этапы a), b), d), е) и f). Способ может, например, включать этапы a), b), d), е) и g). В качестве альтернативы способ может включать этапы a), b), d), е), f) и g). Например, способ может включать этапы а), b), с), d), е) и f). В других вариантах осуществления способ может включать этапы а), b), с), d), е) и g). Способ может, например, включать этапы а), b), с), d), е), f) и g).
В некоторых вариантах осуществления изобретения способ состоит из этапов a), b), d) и e). В качестве альтернативы способ может состоять из этапов а), b), с), d) и е). Например, способ может состоять из этапов a), b), d), е) и f). Способ может, например, состоять из этапов a), b), d), е) и g). В качестве альтернативы способ может состоять из этапов a), b), d), е), f) и g). Например, способ может состоять из этапов а), b), с), d), е) и f). В других вариантах осуществления способ состоит из этапов а), b), с), d), е) и g). Способ может, например, состоять из этапов а), b), с), d), е), f) и g).
pre
pre
pre
Приведенный в качестве примера вариант осуществления изобретения проиллюстрирован на фиг. 1. В данном случае молоко (1) соприкасается с нагревательным блоком (2), который регулирует температуру молока до температуры (T) предварительной обработки. Молоко поддерживается при T в течение интервала времени, t, достаточного, чтобы обеспечить связывание по меньшей мере значительной части свободного бета-казеина с мицеллами казеина.
wMF
pre
wMF
Теплое молоко затем передается на первый блок (3) микрофильтрации и разделяется на первый фильтрат (6) и первый ретентат (4). Данный вариант осуществления включает последующую диафильтрацию первого ретентата (4), который смешивается с разбавителем (5), и полученная в результате смесь затем передается на еще один блок (3') микрофильтрации, что приводит к образованию первого ретентата (4') MF-диафильтрации и первого фильтрата (6') MF-диафильтрации. Еще один этап MF-диафильтрации выполняется относительно первого ретентата (4') MF-диафильтрации. Температура во время теплой микрофильтрации, T, может быть такой же или отличной от T, тогда как предпочтительно, чтобы T составляла по меньшей мере 20 градусов Цельсия.
cold
cold
Следовательно, полученный в результате ретентат (4'') разбавляется и передается на охлаждающий блок, где разбавленный ретентат охлаждается до температуры T. Разбавленный ретентат поддерживается при низкой температуре в течение, t, достаточном для отделения значительной части связанного с мицеллами казеина бета-казеина с обеспечением посредством этого значительной части свободного бета-казеина в охлажденный разбавленный ретентат. Свободный бета-казеин отделяется от охлажденного разбавленного ретентата посредством холодной MF (8) и холодной MF-диафильтрации (8' и 8''). Свободный бета-казеин проходит через фильтр MF и в потоки (10, 10', 10'') фильтрата, которые объединяются и передаются на систему (12) распылительной сушки, которая преобразовывает объединенные фильтраты в порошок, содержащий бета-казеин.
Фильтраты теплой MF/MF-диафильтрации (6, 6', 6'') содержат высококачественный белок сыворотки и могут быть преобразованы в порошок или жидкость из концентратов белка сыворотки.
Поток (9'') ретентата, полученный после холодной MF/MF-диафильтрации, является частично обедненным бета-казеином изолятом мицеллярного казеина и может быть, например, использован в качестве пищевой добавки или в производстве сыра.
Еще один аспект настоящего изобретения относится к композиции, содержащей бета-казеин, которая может быть получена посредством способа в соответствии с любым из предыдущих пунктов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
На фиг. 1 показана схематическая иллюстрация приведенного в качестве примера варианта осуществления изобретения, на которой (1) - молоко, (2) - блок предварительного нагрева, 3/3'/3'' - блоки MF, 4/4'/4'' - потоки ретентата, 5/5'/5'' -добавки первого разбавителя, 6/6'/6'' - потоки фильтрата, (7) - охлаждение и выдержка разбавленного ретентата (4''), 8/8'/8'' - блоки MF, 9/9'/9'' - потоки ретентата, 10/10'/10'' - потоки фильтрата, 11/11' - добавки второго разбавителя, (12) - блок распылительной сушки.
pre,
wMF
На фиг. 2 проиллюстрирован температурный профиль способа, который включает высокую температуру, T предварительного нагрева и немного более низкую температуру во время микрофильтрации теплого молока, T.
pre
wMF
На фиг. 3 проиллюстрирован температурный профиль способа, где T приблизительно равняется T.
На фиг. 4 показана электроферограмма из капиллярного электрофорезного анализа композиции, содержащей бета-казеин, полученной, как описано в Примере 1.
На фиг. 5 показана электроферограмма из капиллярного электрофорезного анализа коммерчески доступного препарата бета-казеина.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Как сказано выше, один аспект изобретения относится к способу получения композиции, содержащей бета-казеин, при этом способ включает следующие этапы:
pre
a) предварительный нагрев молока посредством регулировки его температуры до температуры (T) предварительного нагрева, составляющей по меньшей мере 20 градусов Цельсия, с обеспечением посредством этого теплого молока;
b) осуществление микрофильтрации (MF) теплого молока с обеспечением посредством этого первого фильтрата MF и первого ретентата MF;
c) факультативно, осуществление MF-диафильтрации первого ретентата MF;
cold
cold
d) регулировку температуры первой композиции, полученной из первого ретентата MF, до низкой температуры (T) в диапазоне 0-15 градусов Цельсия и поддержание температуры первой композиции в пределах данного диапазона в течение (t) по меньшей мере 0,5 часа с получением посредством этого охлажденной первой композиции;
e) осуществление микрофильтрации охлажденной первой композиции с получением посредством этого второго ретентата и второго фильтрата, при этом второй фильтрат обогащен в отношении бета-казеина; и
f) факультативно, осуществление MF-диафильтрации второго ретентата MF;
g) факультативно, осуществление одного или нескольких дополнительных этапов обработки второй композиции, полученной из второго фильтрата, например, дополнительных этапов очистки и/или концентрирования,
с обеспечением посредством этого композиции, содержащий бета-казеин.
Композиция, содержащая бета-казеин, получаемая посредством способа согласно изобретению, предпочтительно содержит по меньшей мере 30% (вес./вес.) бета-казеина относительно общего количества белка. Например, композиция, содержащая бета-казеин, может содержать по меньшей мере 50% (вес./вес.) бета-казеина относительно общего количества белка. Композиция, содержащая бета-казеин, может содержать по меньшей мере 60% (вес./вес.) бета-казеина относительно общего количества белка. В качестве альтернативы композиция, содержащая бета-казеин, может содержать по меньшей мере 70% (вес./вес.) бета-казеина относительно общего количества белка, например, по меньшей мере 80% (вес./вес.) бета-казеина.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения композиция, содержащая бета-казеин, содержит количество бета-казеина в диапазоне 30-100% (вес./вес.) относительно общего количества белка. Например, композиция, содержащая бета-казеин, может содержать количество бета-казеина в диапазоне 50-95% (вес./вес.) относительно общего количества белка. Композиция, содержащая бета-казеин, может, например, содержать количество бета-казеина в диапазоне 55-90% (вес./вес.) относительно общего количества белка. В качестве альтернативы композиция, содержащая бета-казеин, может содержать количество бета-казеина в диапазоне 60-80% (вес./вес.) относительно общего количества белка.
Композиция, содержащая бета-казеин, согласно изобретению предпочтительно содержит по меньшей мере 50% (вес./вес.) бета-казеина относительно общего количества казеина. Например, композиция, содержащая бета-казеин, может содержать по меньшей мере 70% (вес./вес.) бета-казеина относительно общего количества казеина. Композиция, содержащая бета-казеин, может содержать по меньшей мере 80% (вес./вес.) бета-казеина относительно общего количества казеина. В качестве альтернативы композиция, содержащая бета-казеин, может содержать по меньшей мере 90% (вес./вес.) бета-казеина относительно общего количества казеина. Например, композиция, содержащая бета-казеин, может содержать по меньшей мере 95% (вес./вес.) бета-казеина относительно общего количества казеина, например, по меньшей мере 97% (вес./вес.) бета-казеина.
Способ может быть также использован для получения концентрата белка сыворотки, например, посредством сбора первого фильтрата и/или дополнительных фильтратов после MF-диафильтрации первого ретентата. Кроме того, способ может быть использован для получения обедненного бета-казеином изолята мицеллярного казеина, например, посредством сбора второго ретентата и/или последующего ретентата, полученного посредством осуществления холодной MF-диафильтрации второго ретентата. Например, способ может быть использован для получения композиции, содержащей бета-казеин, концентрата белка сыворотки и обедненного бета-казеином изолята мицеллярного казеина.
1
2
i-1
i
1
2
i-1
i
1
2
i-1
i
В контексте настоящего изобретения фраза «Y и/или X» означает «Y или X» или «Y и X». Аналогично, фраза «n, n, …, n и/или n» означает «n» или «n» или … или «n» или «n» или любое сочетание компонентов n, n, … n и n.
В контексте настоящего изобретения термин «мицелла казеина» относится к сферическому агрегату видов казеина, таких как альфа-s1-казеин, альфа-s2-казеин, бета-казеин и каппа-казеин. Виды казеина мицеллы, как правило, удерживаются вместе ионами кальция и гидрофобными взаимодействиями. Большая часть казеина простого молока находится в форме мицелл казеина.
Человеческая версия бета-казеина является мажорным белком, содержащимся в человеческом молоке. Однако в коровьем молоке коровья версия бета-казеина составляет лишь приблизительно 28-32% (вес./вес.) от общего количества белка. Молекула бета-казеина связывается с кальцием в его фосфорилированных областях, которые являются хорошо сохраненными. Бета-казеин может, например, присутствовать в виде связанного с мицеллами казеина бета-казеина или в виде свободного бета-казеина. Термин «свободный бета-казеин» относится к казеину, которые не связан с мицеллами казеина. Свободный бета-казеин может, например, являться свободными молекулами бета-казеина или так называемыми субмицеллами, которые в основном содержат ряд соответствующих бета-казеинов.
pre
Как сказано выше, этап а) способа включает регулировку температуры молока до температуры (T) предварительного нагрева, составляющей по меньшей мере 20 градусов Цельсия, с обеспечением посредством этого теплого молока. Этап а) может рассматриваться как этап предварительного нагрева молока перед соприкосновением молока с фильтром микрофильтрации.
Молоко, обеспеченное на этапе а), предпочтительно является жидким молоком, полученным из млекопитающего. В данном контексте термин «молоко» включает сырое молоко, цельное молоко, снятое молоко, обезжиренное молоко, молоко пониженной жирности и необезжиренное молоко. Термин молоко также включает свежее молоко или молоко на основе сухого молока, перерастворенного в воде.
Содержания твердых веществ молока могут быть, например, модифицированы посредством разбавления или концентрирования, то есть молоко может быть, например, концентрированным молоком или разбавленным молоком.
Обезжиренное молоко является не содержащим жира или снятым молочным продуктом. Молоко пониженной жирности, как правило, определяется в качестве молока, которое содержит от приблизительно 1% до приблизительно 2% жира. Необезжиренное молоко зачастую содержит приблизительно 3,25% жира.
Источники молока включают, помимо всего прочего, корову, овцу, козу, самку буйвола, самку верблюда, ламу, кобылу и самку оленя.
В некоторых вариантах осуществления изобретения молоко содержит или даже состоит из коровьего молока.
В некоторых вариантах осуществления изобретения осуществляли пастеризацию и/или бактофугацию молока для устранения или по меньшей мере снижения микробиологической нагрузки молока.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения молоко на этапе а) содержит 1-4,5% (вес./вес.) казеина, 0,1-1% (вес./вес.) белка молочной сыворотки и 0,001-4% (вес./вес.) молочного жира. В еще более предпочтительных вариантах осуществления изобретения молоко на этапе а) содержит 2-4,5% (вес./вес.) казеина, 0,2-1% (вес./вес.) белка молочной сыворотки и 0,01-0,5% (вес./вес.) молочного жира.
Несмотря на то, что в теории может быть использовано молоко всех видов млекопитающих, особенно предпочтительно, чтобы молоко было недавно выдоено из источника молока, например, из коров. Например, молоку может быть не более 5 дней, то есть не более 5 дней с момента доения. Предпочтительно, молоку может быть не более 4 дней. Например, молоку может быть не более 3 дней. Еще более предпочтительно, молоку может быть не более 2 дней. Например, молоку может быть не более 1 дня.
Использование недавно выдоенного молока для настоящего способа является преимущественным, поскольку это приводит к меньшей деградации бета-казеина и, следовательно, повышенному выходу бета-казеина, чем из более старого молока.
pre
pre
pre
pre
Температура, T, предварительного нагрева составляет по меньшей мере 20 градусов Цельсия. Например, T может составлять по меньшей мере 30 градусов Цельсия. В качестве альтернативы T может составлять по меньшей мере 40 градусов Цельсия. Tможет, например, составлять по меньшей мере 50 градусов Цельсия.
pre
pre
pre
pre
Необходимыми могут являться еще более высокие температуры предварительного нагрева, таким образом, T может составлять по меньшей мере 60 градусов Цельсия. Например, T может составлять по меньшей мере 70 градусов Цельсия. В качестве альтернативы T может составлять по меньшей мере 80 градусов Цельсия. T может, например, составлять по меньшей мере 100 градусов Цельсия.
pre
pre
pre
pre
В некоторых вариантах осуществления изобретения T находится в диапазоне 20-180 градусов Цельсия. Например, T может находиться в диапазоне 20-60 градусов Цельсия. В качестве альтернативы T может находиться в диапазоне 60-120 градусов Цельсия. В некоторых вариантах осуществления T находится в диапазоне 120-180 градусов Цельсия.
pre
pre
Продолжительность предварительного нагрева, t, может изменяться в зависимости от температуры, T, предварительного нагрева, используемой в процессе. Однако предпочтительно, чтобы молоко достаточно предварительно нагрелось для обеспечения связи свободного бета-казеина и мицелл казеина.
pre
pre
Авторы настоящего изобретения заметили признаки того, что слишком короткое время предварительной обработки нагрева и/или слишком низкая температура предварительной обработки приводит к сниженному выходу бета-казеина. Авторы изобретения обнаружили, что можно увеличить выработку бета-казеина посредством управления t и T.
pre
pre
pre
Чем выше температуры, используемые во время предварительного нагрева, тем более короткое время нагрева необходимо для предоставления эффективного повторного связывания свободного бета-казеина и мицелл казеина. Если T находится в диапазоне 20-60 градусов Цельсия, время поддержания может, например, находиться в диапазоне от 1 минуты до 1 часа. Если T находится в диапазоне 60-120 градусов Цельсия, время выдержки может, например, находиться в диапазоне от 0,5 секунды до 5 минут. Если Tнаходится в диапазоне 120-180 градусов Цельсия, время поддержания может, например, находиться в диапазоне от 0,05 секунды до 4 секунд.
pre
В некоторых вариантах осуществления изобретения T находится в диапазоне 20-60 градусов Цельсия, время выдержки может, например, находиться в диапазоне от 1 минуты до 1 часа.
Теплое молоко может также содержать обычные карбогидраты, жир и минералы, содержащиеся в молоке млекопитающих.
В контексте настоящего изобретения термины «способ» и «процесс» используются взаимозаменяемо.
pre
pre
pre
pre
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения температура молока поддерживается в пределах диапазона температуры предварительного нагрева в течение интервала времени, t, не более 24 часов. В качестве альтернативы t может составлять не более 5 часов. t может, например, составлять не более 1 часа. Например, t может составлять не более 0,5 часа.
Диапазон температуры предварительного нагрева является диапазоном температур, в котором молоко предварительно нагревается перед соприкосновением с фильтром MF на этапе b).
pre
pre
pre
Еще более короткая t может быть использована, например, если температура предварительного нагрева относительно высокая. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления изобретения t составляет не более 30 минут. В качестве альтернативы t может составлять не более 10 минут или даже быть короче, например, не более 5 минут.
pre
pre
pre
pre
Очень короткая t может быть использована, например, если T превышает 60 градусов Цельсия. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления изобретения tсоставляет не более 1 минуты. В качестве альтернативы t может составлять не более 0,5 минуты или даже быть короче, например, не более 0,1 минуты.
pre
pre
pre
pre
Например, молоко может поддерживаться в диапазоне температуры предварительного нагрева в течение интервала времени, t, в диапазоне от 1 секунды до 24 часов. В качестве альтернативы t может поддерживаться в диапазоне от 10 секунд до 5 часов. t может, например, поддерживаться в диапазоне от 30 секунд до 1 часа. Например, t может поддерживаться в диапазоне от 1 минуты до 0,5 часа.
pre
pre
pre
pre
Как сказано выше, относительно короткая t может быть использована, например, если температура предварительного нагрева относительно высокая. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления изобретения t находится в диапазоне от 1 секунды до 30 минут. В качестве альтернативы t может находиться в диапазоне от 10 секунд до 10 минут. t может, например, находиться в диапазоне от 20 секунд до 5 минут.
pre
pre
pre
pre
В некоторых вариантах осуществления изобретения диапазон температуры предварительного нагрева составляет 40-60 градусов Цельсия и t составляет не более 2 часов. Например, диапазон температуры предварительного нагрева может составлять 40-60 градусов Цельсия и t может составлять не более 0,5 часа. Диапазон температуры предварительного нагрева может, например, составлять 40-60 градусов Цельсия и t может составлять не более 0,2 часа. В качестве альтернативы диапазон температуры предварительного нагрева может, например, составлять 40-60 градусов Цельсия и t может составлять не более 0,1 часа.
pre
pre
pre
pre
В еще одних вариантах осуществления изобретения диапазон температуры предварительного нагрева составляет 60-120 градусов Цельсия и t составляет не более 0,2 часа. Например, диапазон температуры предварительного нагрева может составлять 60-120 градусов Цельсия и t может составлять не более 2 минут. Диапазон температуры предварительного нагрева может, например, составлять 60-120 градусов Цельсия и t может составлять не более 30 секунд. В качестве альтернативы диапазон температуры предварительного нагрева может, например, составлять 60-120 градусов Цельсия и t может составлять не более 10 секунд.
pre
pre
pre
pre
В еще одних вариантах осуществления изобретения диапазон температуры предварительного нагрева составляет 120-180 градусов Цельсия и t составляет не более 20 секунд. Например, диапазон температуры предварительного нагрева может составлять 120-180 градусов Цельсия и t может составлять не более 2 секунд. Диапазон температуры предварительного нагрева может, например, составлять 120-180 градусов Цельсия и t может составлять не более 0,5 секунды. В качестве альтернативы диапазон температуры предварительного нагрева может, например, составлять 120-180 градусов Цельсия и t может составлять не более 0,2 секунды.
Этап b) включает осуществление микрофильтрации теплого молока с обеспечением посредством этого первого фильтрата MF и первого ретентата MF.
MF этапа b) выполняется с использованием фильтра, который удерживает по меньшей мере значительную часть мицелл казеина, а предпочтительно в основном все, но обеспечивает возможность прохождения белка молочной сыворотки.
Предварительный нагрев молока, выполненный во время этапа а), приводит к образованию связи основной части, а предпочтительно в основном всего, доступного бета-казеина с мицеллами казеина.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения фильтр для теплой MF имеет номинальный размер пор в диапазоне 0,005-0,3 микрометра. Например, фильтр для теплой MF может иметь номинальный размер пор в диапазоне 0,007-0,2 микрометра. В качестве альтернативы фильтр для теплой MF может иметь номинальный размер пор в диапазоне 0,01-0,1 микрометра. Фильтр для теплой MF может, например, иметь номинальный размер пор в диапазоне 0,01-0,05 микрометра.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения фильтр MF используется в режиме поперечного потока.
Подходящая система микрофильтрации может быть, например, найдена в книге «Tetra Pak Dairy processing Handbook», 2003 г., (ISBN 91-631-3427-6), которая включена в данную заявку посредством ссылки во всех отношениях.
Больше подробностей относительно реализации микрофильтрации и MF-диафильтрации может быть найдено в книгах «Tetra Pak Dairy processing Handbook», 2003 г., (ISBN 91-631-3427-6), и «Membrane filtration and related molecular separation technologies», Werner Kofod Nielsen, APV Systems, 2000 г., ISBN 87-88016757, которые включены в данную заявку посредством ссылки во всех отношениях.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения способ согласно настоящему изобретению включает этап с), то есть этап осуществления MF-диафильтрации первого ретентата.
Авторы настоящего изобретения установили, что использование диафильтрации вместе с первым этапом микрофильтрации является преимущественным, поскольку это обеспечивает возможность смыва белка сыворотки, который иначе может проявиться в качестве примесей в конечном бета-казеиновом продукте. Несмотря на то, что данные примеси могут быть удалены позже в процессе, авторы настоящего изобретения установили, что это как легче, так и удобнее сделать перед вторым этапом микрофильтрации.
MF-диафильтрация этапа с) может включать разбавление первого ретентата первым разбавителем и осуществление микрофильтрации разбавленного первого ретентата для получения первого ретентата диафильтрации и первого фильтрата диафильтрации. Мицеллы казеина все еще удерживаются фильтром MF, тогда как белок молочной сыворотки проходит через фильтр микрофильтрации и в первый фильтрат диафильтрации. Разбавление ретентата и последующая микрофильтрация могут быть повторены несколько раз, при этом каждый раз обеспечивается ретентат, имеющий более низкое содержание белка молочной сыворотки, чем в предыдущем цикле.
Следует понимать, что данные этапы фильтрации могут являться отдельными этапами, выполненными один за другим в периодическом процессе, или они могут быть выполнены одновременно в непрерывном процессе.
Использование MF-диафильтрации является преимущественным, поскольку она обеспечивает вымывание большей части белка молочной сыворотки из исходного сырья. MF-диафильтрация также является преимущественной, поскольку она может быть проведена при относительно низкой вязкости и, следовательно, не подвергает мицеллы казеина избыточным силам сдвига.
MF и MF-диафильтрация, как правило, проводятся с использованием низкого давления, например, с использованием давления не более 5 бар и предпочтительно не более 4 бар. Например, MF и MF-диафильтрация могут быть проведены с использованием давления не более 3 бар. В качестве альтернативы MF и MF-диафильтрация могут быть проведены с использованием давления не более 2 бар. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения MF и MF-диафильтрация могут быть проведены с использованием давления не более 1 бара, например, не более 0,5 бара.
Фильтр для MF-диафильтрации может являться таким же или подобным фильтру для исходной MF теплого молока.
Температура сырья и последующих ретентатов MF-диафильтрации предпочтительно поддерживается в пределах диапазона высокой температуры во время по меньшей мере части MF-диафильтрации и, например, во время всей MF-диафильтрации. Это осуществляется для предотвращения вымывания бета-казеина из ретентата во время диафильтрации этапа с).
2+
2+
2+
2+
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения по меньшей мере часть MF-диафильтрации включает применение первого разбавителя, имеющего концентрацию Са по меньшей мере 0,01 г/кг. Например, первый разбавитель может иметь концентрацию Са по меньшей мере 0,02 г/кг. В качестве альтернативы первый разбавитель может иметь концентрацию Са по меньшей мере 0,04 г/кг. Первый разбавитель может, например, иметь концентрацию Са по меньшей мере 0,1 г/кг.
Применение разбавителей, которые содержат значительное количество ионов кальция, судя по всему, снижает вымывание бета-казеина во время этапа теплой MF/MF-диафильтрации и улучшает общий выход бета-казеина в ходе данного процесса.
Первый разбавитель может, например, иметь рН в диапазоне 5-9 и предпочтительно в диапазоне 6-8. Например, первый разбавитель может иметь рН, равный приблизительно 7. Первый разбавитель предпочтительно не содержит или имеет по меньшей мере очень низкое содержание белка.
В некоторых вариантах осуществления изобретения первый разбавитель содержит или даже состоит из фильтрата, полученного в результате ультрафильтрации (UF) молока или сыворотки.
В качестве альтернативы первый разбавитель может являться деминерализованной водой или водопроводной водой.
wMF,
wMF
wMF
wMF
Температура, используемая во время теплых MF и MF-диафильтрации, T составляет по меньшей мере 20 градусов Цельсия. Например, T может составлять по меньшей мере 30 градусов Цельсия. В качестве альтернативы T может составлять по меньшей мере 40 градусов Цельсия. T может, например, составлять по меньшей мере 45 градусов Цельсия.
wMF
wMF
wMF
Необходимыми могут являться еще более высокие температуры во время теплых MF и MF-диафильтрации, таким образом, T может составлять по меньшей мере 50 градусов Цельсия. Например, T может составлять по меньшей мере 55 градусов Цельсия. В качестве альтернативы T может составлять по меньшей мере 60 градусов Цельсия.
wMF
wMF
wMF
wMF
В некоторых вариантах осуществления изобретения T находится в диапазоне 20-65 градусов Цельсия. Например, T может находиться в диапазоне 30-60 градусов Цельсия. В качестве альтернативы T может находиться в диапазоне 35-55 градусов Цельсия. В некоторых вариантах осуществления T находится в диапазоне 40-55 градусов Цельсия.
wMF
wMF
wMF
wMF
wMF
wMF
wMF
Продолжительность, t, теплой MF и факультативной теплой MF-диафильтрации предпочтительно поддерживается как можно более короткой. Таким образом, t предпочтительно составляет не более 12 часов. Например, t может составлять не более 5 часов. В качестве альтернативы t может составлять не более 2 часов. t может составлять не более 1 часа. Например, t может составлять не более 0,5 часа. В качестве альтернативы t может составлять не более 0,1 часа.
Ретентат предпочтительно охлаждается до температуры ниже 20 градусов Цельсия после выхода из блока MF-диафильтрации или, если диафильтрация не используется, после выхода из блока MF.
cold
cold
Как сказано выше, этап d) включает регулировку температуры первой композиции, полученной из первого ретентата MF, до низкой температуры (T) в диапазоне 0-15 градусов Цельсия и поддержание температуры первой композиции в пределах данного диапазона в течение интервала времени (t) по меньшей мере 0,5 часа с получением посредством этого охлажденной первой композиции.
Первая композиция предпочтительно является жидкой водной композицией. Первую композицию получают из первого ретентата MF в том смысле, что по меньшей мере 50% (вес./вес.) мицелл казеина первой композиции происходит из первого ретентата MF и/или из его ретентата MF-диафильтрации.
Например, по меньшей мере 75% (вес./вес.) мицелл казеина первой композиции может происходить из первого ретентата MF и/или из его ретентата MF-диафильтрации. Предпочтительно, по меньшей мере 90% (вес./вес.) мицелл казеина первой композиции происходит из первого ретентата MF и/или из его ретентата MF-диафильтрации. Еще более предпочтительно, по меньшей мере 95% (вес./вес.) мицелл казеина первой композиции происходит из первого ретентата MF и/или из его ретентата MF-диафильтрации, например, в основном все мицеллы казеина.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения первая композиция является первым ретентатом MF и/или его ретентатом MF-диафильтрации.
Однако в других вариантах осуществления изобретения могут быть осуществлены один или несколько дополнительных этапов обработки первого ретентата MF и/или его ретентата MF-диафильтрации, которые приводят к формированию первой композиции. Такие дополнительные этапы обработки могут, например, включать регулировку температуры, концентрирование, разбавление, деминерализацию и/или регулировку рН.
В некоторых вариантах осуществления изобретения приготовление первой композиции включает концентрирование первого ретентата MF и/или его ретентата MF-диафильтрации.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения первая композиция содержит общее количество казеина по меньшей мере 90% (вес./вес.) относительно общего количества белка первой композиции. Например, первая композиция может содержать общее количество казеина по меньшей мере 92% (вес./вес.) относительно общего количества белка первой композиции. В качестве альтернативы первая композиция может содержать общее количество казеина по меньшей мере 94% (вес./вес.) относительно общего количества белка первой композиции. Первая композиция может, например, содержать общее количество казеина по меньшей мере 96% (вес./вес.) относительно общего количества белка первой композиции, например, приблизительно 98% (вес./вес.).
Первая композиция, как правило, содержит общее количество белка молочной сыворотки не более 10% (вес./вес.) относительно общего количества белка первой композиции. Например, первая композиция может содержать общее количество белка молочной сыворотки не более 8% (вес./вес.) относительно общего количества белка первой композиции. В качестве альтернативы первая композиция может содержать общее количество белка молочной сыворотки не более 6% (вес./вес.) относительно общего количества белка первой композиции. Первая композиция может, например, содержать общее количество белка молочной сыворотки не более 4% (вес./вес.) относительно общего количества белка первой композиции.
В некоторых вариантах осуществления изобретения первая композиция содержит общее количество белка по меньшей мере 0,1% (вес./вес.) относительно общего веса первой композиции. Например, первая композиция может содержать общее количество белка по меньшей мере 0,5% (вес./вес.) относительно общего веса первой композиции. Первая композиция может, например, содержать общее количество белка по меньшей мере 1% (вес./вес.) относительно общего веса первой композиции. В качестве альтернативы первая композиция может содержать общее количество белка по меньшей мере 2% (вес./вес.) относительно общего веса первой композиции.
В некоторых вариантах осуществления изобретения первая композиция содержит общее количество белка в диапазоне 0,1-20% (вес./вес.) относительно общего веса первой композиции. Например, первая композиция может содержать общее количество белка в диапазоне 0,5-10% (вес./вес.) относительно общего веса первой композиции. Первая композиция может, например, содержать общее количество белка в диапазоне 1-7% (вес./вес.) относительно общего веса первой композиции. В качестве альтернативы первая композиция может содержать общее количество белка в диапазоне 2-6% (вес./вес.) относительно общего веса первой композиции, например, в диапазоне 3-4% (вес./вес.).
В некоторых вариантах осуществления изобретения первая композиция содержит общее количество бета-казеина по меньшей мере 1% (вес./вес.) относительно общего количества белка. Например, первая композиция может содержать общее количество бета-казеина по меньшей мере 10% (вес./вес.) относительно общего количества белка. Первая композиция может содержать общее количество бета-казеина по меньшей мере 20% (вес./вес.) относительно общего количества белка. В качестве альтернативы первая композиция может содержать общее количество бета-казеина по меньшей мере 30% (вес./вес.) относительно общего количества белка.
В некоторых вариантах осуществления изобретения первая композиция содержит общее количество бета-казеина в диапазоне 1-50% (вес./вес.) относительно общего количества белка. Например, первая композиция может содержать общее количество бета-казеина в диапазоне 10-45% (вес./вес.) относительно общего количества белка. Первая композиция может, например, содержать общее количество бета-казеина в диапазоне 20-45% (вес./вес.) относительно общего количества белка. В качестве альтернативы первая композиция может содержать общее количество бета-казеина в диапазоне 30-40% (вес./вес.) относительно общего количества белка.
Общее количество бета-казеина может быть определено в соответствии с Bobe и др. (Bobe и др.; «J Agric Food Chem», 16 февраля 1998 г., 46(2):458-463).
Общее количество казеина может быть определено в соответствии с ISO 17997-1:2004, «Milk - Determination of casein-nitrogen content - Part 1: Indirect method (Reference method)».
В некоторых вариантах осуществления изобретения первая композиция содержит общее количество бета-казеина по меньшей мере 20% (вес./вес.) относительно общего количества казеина. Например, первая композиция может содержать общее количество бета-казеина по меньшей мере 25% (вес./вес.) относительно общего количества казеина. Первая композиция может, например, содержать общее количество бета-казеина по меньшей мере 30% (вес./вес.) относительно общего количества казеина. В качестве альтернативы первая композиция может содержать общее количество бета-казеина по меньшей мере 35% (вес./вес.) относительно общего количества казеина.
В некоторых вариантах осуществления изобретения первая композиция содержит общее количество бета-казеина в диапазоне 20-50% (вес./вес.) относительно общего количества казеина. Например, первая композиция может содержать общее количество бета-казеина в диапазоне 25-45% (вес./вес.) относительно общего количества казеина. Первая композиция может, например, содержать общее количество бета-казеина в диапазоне 30-45% (вес./вес.) относительно общего количества казеина. В качестве альтернативы первая композиция может содержать общее количество бета-казеина в диапазоне 35-40% (вес./вес.) относительно общего количества казеина.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения способ согласно настоящему изобретению включает этап с) и первая композиция содержит или даже состоит из ретентата диафильтрации или его белкового концентрата.
В контексте настоящего изобретения белковый концентрат жидкости содержит более высокую концентрацию белков, чем жидкость как таковая, но имеет в основном такое же молярное соотношение между отдельными белками. Белковый концентрат может быть, например, получен посредством осуществления ультрафильтрации, обратного осмоса или испарения растворителя в отношении жидкости.
cold
Температура первой композиции регулируется до температуры, T, в диапазоне низкой температуры 0-15 градусов Цельсия для обеспечения отделения связанного с мицеллами казеина бета-казеина от мицелл казеина. Первая композиция может быть либо непосредственно охлаждена, либо может быть приготовлена из компонентов, которые уже были охлаждены, как было установлено в данной заявке.
Диапазон низкой температуры может, например, составлять 1-12 градусов Цельсия. Например, диапазон низкой температуры может составлять 2-10 градусов Цельсия. Диапазон низкой температуры может, например, составлять 3-7 градусов Цельсия, например, приблизительно 5 градусов Цельсия.
cold
Первая композиция предпочтительно поддерживается в диапазоне низкой температуры в течение, t, по меньшей мере 0,5 часа перед этапом е).
cold
cold
cold
cold
cold
cold
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения первая композиция поддерживается в диапазоне низкой температуры в течение интервала времени, t, по меньшей мере 1 часа перед этапом е). Например, t может составлять по меньшей мере 2 часа. В качестве альтернативы t может составлять по меньшей мере 3 часа, например, по меньшей мере 4 часа. Еще большее время может быть использовано, таким образом, первая композиция может, например, поддерживаться в диапазоне низкой температуры в течение интервала времени, t, по меньшей мере 15 часов перед этапом е). Например, t может составлять по меньшей мере 30 часов. В качестве альтернативы t может составлять по меньшей мере 60 часов, например, по меньшей мере 80 часов.
Первая композиция может также содержать обычные малые молекулы, например, карбогидраты и минералы, содержащиеся в молоке млекопитающих.
Этап е) включает осуществление MF охлажденной первой композиции с получением посредством этого второго ретентата и второго фильтрата, при этом второй фильтрат обогащен в отношении бета-казеина.
Второй фильтрат обогащен в отношении бета-казеина в том смысле, что он содержит более высокий весовой процент бета-казеина относительно общего количества казеина, чем охлажденная первая композиция.
Микрофильтрация этапа е) может, например, использовать такую же систему микрофильтрации, включая фильтр MF, который был использован для микрофильтрации теплого молока.
Предпочтительно, что температура охлажденной первой композиции и полученного в результате ретентата поддерживается в пределах диапазона низкой температуры во время холодной MF этапа е).
cold
cMF
cold
cMF
cold
cMF
Однако в некоторых вариантах осуществления температура охлажденной первой композиции повышается непосредственно перед второй микрофильтрацией. Авторы настоящего изобретения заметили признаки того, что увеличение температуры охлажденной первой композиции до температуры в диапазоне 15-60 градусов Цельсия непосредственно перед этапом второй микрофильтрации имеет преимущество увеличения емкости блока микрофильтрации, что снижает потребление энергии процесса без значительной потери в выходе бета-казеина. Таким образом, в некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения T находится в температурном диапазоне 0-15 градусов Цельсия и T находится в диапазоне 15-60 градусов Цельсия. Например, T может находиться в температурном диапазоне 0-15 градусов Цельсия и T может находиться в диапазоне 15-50 градусов Цельсия. В качестве альтернативы T может находиться в температурном диапазоне 0-15 градусов Цельсия и T может находиться в диапазоне 15-30 градусов Цельсия.
В контексте настоящего изобретения термин «непосредственно перед второй микрофильтрацией» означает, что проходит не более 10 минут перед соприкосновением первой композиции с мембраной блока фильтрации, выполняющего вторую фильтрацию, предпочтительно не более 5 минут и еще более предпочтительно не более 2 минут, например, не более 1 минуты.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения способ включает этап f), то есть этап осуществления MF-диафильтрации второго ретентата MF-диафильтрации для вымывания еще большего количества бета-казеина.
Авторы настоящего изобретения установили, что преимущественным является выполнение диафильтрации после второго этапа микрофильтрации, поскольку это обеспечивает возможность вымывания еще большего количества бета-казеина из второго ретентата MF и, таким образом, увеличивая выход бета-казеина на кг молочного сырья.
MF-диафильтрация этапа f) может включать разбавление второго ретентата вторым разбавителем и осуществление микрофильтрации разбавленного второго ретентата для получения ретентата диафильтрации и фильтрата диафильтрации. Мицеллы казеина все еще удерживаются фильтром MF, тогда как отделенный бета-казеин проходит через фильтр микрофильтрации и в фильтрат диафильтрации. Разбавление ретентата диафильтрации и последующая микрофильтрация могут быть повторены несколько раз, при этом каждый раз предоставляется ретентат, имеющий более низкое содержание бета-казеина, чем в предыдущем цикле.
Второй разбавитель, как правило, имеет рН в диапазоне 5-9 и предпочтительно в диапазоне 6-8. Например, второй разбавитель может иметь рН, равное приблизительно 7. Второй разбавитель предпочтительно не содержит или имеет исключительно очень низкое содержание белка.
В некоторых вариантах осуществления изобретения второй разбавитель содержит или даже состоит из фильтрата, полученного в результате ультрафильтрации (UF) молока или сыворотки.
В качестве альтернативы второй разбавитель может являться деминерализованной водой или водопроводной водой. Авторы настоящего изобретения заметили признаки того, что применение воды в качестве второго разбавителя на втором этапе MF-диафильтрации увеличивает количество бета-казеина, который высвобождается из мицелл казеина во время второй MF-диафильтрации и, таким образом, судя по всему, увеличивая общий выход бета-казеина на кг молочного сырья.
Фильтрат (фильтраты) диафильтрации этапа f) содержит свободный бета-казеин и может быть объединен со вторым фильтратом.
Второй фильтрат или объединенный второй фильтрат и последующие фильтраты холодной MF-диафильтрации могут быть использованы в качестве композиции, содержащей бета-казеин согласно изобретению.
Предпочтительно, что температура ретентатов поддерживается в пределах диапазона низкой температуры во время холодной MF этапа е), а также во время холодной MF-диафильтрации этапа f), если последняя включена в процесс.
Холодная MF и холодная MF-диафильтрация, как правило, проводятся с применением низкого давления, например, с применением давления не более 5 бар и предпочтительно не более 4 бар. Например, MF и MF-диафильтрация могут быть проведены с применением давления не более 3 бар. В качестве альтернативы MF и MF-диафильтрация могут быть проведены с применением давления не более 2 бар. MF и MF-диафильтрация могут быть, например, проведены с применением давления не более 1 бара, например, не более 0,5 бара.
cMF
cMF
cMF
cMF
cMF
cMF
cMF
Продолжительность, t, холодной MF и факультативной холодной MF-диафильтрации предпочтительно поддерживается как можно более короткой. Таким образом, t предпочтительно составляет не более 12 часов. Например, t может составлять не более 5 часов. В качестве альтернативы t может составлять не более 2 часов. t может составлять не более 1 часа. Например, t может составлять не более 0,5 часа. В качестве альтернативы t может составлять не более 0,1 часа.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения способ включает этап g) осуществления одного или нескольких дополнительных этапов обработки второй композиции, полученной из второго фильтрата, например, дополнительных этапов очистки и/или концентрирования.
Вторая композиция предпочтительно является жидкой водной композицией. Вторую композицию получают из второго фильтрата MF в том смысле, что по меньшей мере 50% (вес./вес.) бета-казеина второй композиции происходит из второго фильтрата MF и/или дополнительного фильтрата (фильтратов), полученного на этапе f).
Например, по меньшей мере 75% (вес./вес.) бета-казеина второй композиции может происходить из второго фильтрата MF и/или дополнительного фильтрата (фильтратов), полученного из MF-диафильтрации на этапе f). Предпочтительно, по меньшей мере 90% (вес./вес.) бета-казеина второй композиции происходит из второго фильтрата MF и/или дополнительного фильтрата (фильтратов), полученного из MF-диафильтрации на этапе f). Еще более предпочтительно, по меньшей мере 95% (вес./вес.) бета-казеина второй композиции происходит из второго фильтрата MF и/или дополнительного фильтрата (фильтратов), полученного из MF-диафильтрации на этапе f), например, в основном весь бета-казеин.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения вторая композиция является вторым фильтратом MF и/или дополнительным фильтратом (фильтратами), полученным из MF-диафильтрации на этапе f). В качестве альтернативы вторая композиция может являться белковым концентратом второго фильтрата MF и/или дополнительного фильтрата (фильтратов), полученного из MF-диафильтрации на этапе f).
Однако в других вариантах осуществления изобретения в отношении второго фильтрата MF и/или дополнительного фильтрата (фильтратов), полученного из MF-диафильтрации на этапе f), могут быть осуществлены дополнительные этапы обработки, которые приводят к формированию второй композиции. Такие дополнительные этапы обработки могут, например, включать регулировку температуры, концентрирование, разбавление, деминерализацию и/или регулировку рН.
В некоторых вариантах осуществления изобретения приготовление второй композиции включает концентрирование второго фильтрата MF и/или дополнительного фильтрата (фильтратов), полученного из MF-диафильтрации на этапе f).
В некоторых вариантах осуществления изобретения концентрирование на этапе g) включает нагрев второй композиции до температуры и в течение интервала времени, достаточных для формирования субмицелл бета-казеина, и последующее осуществление микрофильтрации ультрафильтрации второй композиции, содержащей субмицеллы бета-казеина, в условиях, при которых субмицеллы бета-казеина удерживаются в ретентате и которые обеспечивают возможность прохождения белка сыворотки в фильтрат.
Пороговые значения номинальной молекулярной массы мембраны, используемые для ультрафильтрации, могут, например, находиться в диапазоне 50-750 кДа и предпочтительно в диапазоне 75-400 кДа, например, в диапазоне 100-300 кДа.
В некоторых вариантах осуществления изобретения концентрирование на этапе g) увеличивает весовой процент бета-казеина второй композиции до по меньшей мере 50% (вес./вес.) по сухому весу.
В некоторых вариантах осуществления изобретения концентрирование на этапе g) увеличивает весовой процент бета-казеина второй композиции до 50-85% (вес./вес.) по сухому весу.
В некоторых вариантах осуществления изобретения концентрирование на этапе g) увеличивает содержание твердых веществ второй композиции до по меньшей мере 5% (вес./вес.). Например, концентрирование на этапе g) может увеличить содержание твердых веществ второй композиции до по меньшей мере 10% (вес./вес.). В качестве альтернативы концентрирование на этапе g) может увеличить содержание твердых веществ второй композиции до по меньшей мере 15% (вес./вес.), например, по меньшей мере 20% (вес./вес.).
Концентрирование на этапе g) может, например, включать один или несколько процессов, выбранных из группы, состоящей из ультрафильтрации, нанофильтрации, обратного осмоса, испарения, сушки распылением и лиофильной сушки. Например, концентрирование на этапе g) может, например, включать два или более процессов, выбранных из группы, состоящей из ультрафильтрации, нанофильтрации, обратного осмоса, испарения, сушки распылением и лиофильной сушки.
Настоящий способ может быть, например, реализован в качестве периодического способа или непрерывного способа. Каждый этап может быть реализован в качестве отдельного периода. В качестве альтернативы группы этапов могут быть реализованы в качестве непрерывного подпроцесса. Например, этапы b) и с) могут быть реализованы в качестве непрерывного подпроцесса. В качестве альтернативы или дополнения этапы е) и f) могут быть реализованы в качестве непрерывного подпроцесса.
Системы MF, используемые на этапах MF и/или MF-диафильтрации, предпочтительно являются системами, которые обеспечивают возможность управления температурой сырья и потока ретентата, например, посредством водяного нагрева или водяного охлаждения.
Предпочтительным является управление как температурой, так и продолжительностью различных этапов способа. На фиг. 2 и 3 проиллюстрировано два не имеющих ограничительного характера примера временного и температурного профиля во время данного способа.
Символы, используемые на фиг. 2 и 3, имеют следующее значение:
pre
T = Температура, до которой молоко нагревается во время предварительного нагрева.
pre
pre
t = Продолжительность, в течение которой молоко поддерживается в необходимом интервале T во время предварительного нагрева.
wMF
wMF
wMF
T = Температура молока во время теплой MF. Если теплая MF сопровождается теплой MF-диафильтрацией, температура потока ретентата предпочтительно также равняется T или поддерживается в необходимом интервале T.
wMF
wMP
t = Продолжительность теплой MF. Если теплая MF сопровождается теплой MF-диафильтрацией, t является объединенной продолжительностью теплой MF и теплой MF-диафильтрации.
warm
t = Средняя величина времени во время процесса, при котором мицелла казеина поддерживается при температуре по меньшей мере 20 градусов Цельсия.
cooling
wMF
cold
t = Продолжительность охлаждения ретентата от T до температуры в необходимом интервале T.
cold
T = Температура первой композиции во время этапа замораживания и во время холодной MF/MF-диафильтрации.
cold
t = Продолжительность этапа замораживания.
cMF
t = Продолжительность холодной MF/MF-диафильтрации.
Если способ реализован в качестве непрерывного процесса, продолжительности относительно обработки или конкретных условий молока или ретентатов, содержащих мицеллы казеина, являются средним временем, в течение которого мицелла казеина подвергается упомянутой обработке или конкретному условию.
pre
wMF
pre
wMF
Фиг. 2 отличается от фиг. 3 тем, что она имеет T, которая значительно выше T. В способе в соответствии с фиг. 3 T является приблизительно такой же, как и T.
wMF
Применение короткого предварительного нагрева при относительно высокой температуре предварительного нагрева с последующей теплой MF/MF-диафильтрацией при более низкой T представляет предпочтительный вариант осуществления, поскольку оно, судя по всему, снижает расщепление бета-казеина, вызванное плазмином.
pre
wMF
cold
Несмотря на то, что предпочтительным является то, что способ согласно настоящему изобретению реализован с точным управлением температурой и временем, некоторое колебание температуры может быть допустимым, при условии, что T, T, T остаются в упомянутых в данной заявке интервалах.
warm
Предпочтительно, что время, в течение которого молоко и соответствующие потоки, содержащие мицеллы казеина, выдерживают при высокой температуре, поддерживается минимальным. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления изобретения среднее время, t, в течение которого мицелла казеина поддерживается при температуре по меньшей мере 20 градусов Цельсия, составляет не более 6 часов.
warm
warm
warm
warm
Например, среднее время, t, в течение которого мицелла казеина поддерживается при температуре по меньшей мере 20 градусов Цельсия, может составлять не более 3 часов. Среднее время, t, в течение которого мицелла казеина поддерживается при температуре по меньшей мере 20 градусов Цельсия, может, например, составлять не более 1 часа. В качестве альтернативы среднее время, t, в течение которого мицелла казеина поддерживается при температуре по меньшей мере 20 градусов Цельсия, может составлять не более 0,5 часа. Еще более быстрая обработка является возможной, таким образом, среднее время, t, в течение которого мицелла казеина поддерживается при температуре по меньшей мере 20 градусов Цельсия, может составлять не более 0,1 часа.
Снижение среднего времени при высокой температуре, судя по всему, снизит уровень расщепления плазмином бета-казеина, таким образом, улучшая выработку бета-казеина.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения в отношении ретентата, полученного в результате этапа b) или с), осуществляют этап инактивации плазмина, такой как, например, этап тепловой инактивации. Этап тепловой инактивации может, например, включать регулировку температуры ретентата до температуры в диапазоне 70-100 градусов Цельсия и поддержание температуры молочного сырья в данном диапазоне в течение периода времени в диапазоне 10-500 секунд. Этап тепловой инактивации может, например, включать регулировку температуры ретентата до температуры в диапазоне 85-95 градусов Цельсия и поддержание температуры молочного сырья в данном диапазоне в течение периода времени в диапазоне 10-100 секунд.
Это, судя по всему, является особенно преимущественным для инактивации плазмина после, по меньшей мере, частичного удаления белков молочной сыворотки посредством теплой MF/MF-диафильтрации, поскольку белки молочной сыворотки более склонны к тепловой денатурации, чем казенны.
Инактивация плазмина также приводит к снижению уровня расщепления плазмином бета-казеина и, таким образом, повышает выход бета-казеина.
Потоки, содержащие казеин, например, молоко и последующие ретентаты, содержащие казеин, как правило, имеют рН в диапазоне 6-8 и предпочтительно рН в диапазоне 6,5-7,5. Значения рН, упомянутые в данной заявке, были измерены при 25 градусах Цельсия, если не указано иначе.
Дополнительный аспект изобретения относится к способу получения композиции, содержащей бета-казеин, а также факультативно фракции белка сыворотки и фракции обедненного бета-казеином MCI, при этом способ включает следующие этапы:
1) обеспечение охлажденной композиции, содержащей мицеллы казеина;
2) осуществление микрофильтрации (MF) охлажденной композиции, содержащей мицеллы казеина, с получением посредством этого ретентата, содержащего мицеллы казеина, и обогащенного бета-казеином фильтрата;
3) факультативно, осуществление MF-диафильтрации ретентата, содержащего мицеллу казеина; и
4) факультативно, осуществление одного или нескольких дополнительных этапов обработки третьей композиции, полученной из обогащенного бета-казеином фильтрата,
с обеспечением посредством этого композиции, содержащей бета-казеин.
Композиция, содержащая бета-казеин, может, например, являться третьим фильтратом этапа 2) или очищенным и/или концентрированным продуктом, полученным в результате этапа 3).
Этап 1) обеспечивает охлажденную композицию, содержащую мицеллы казеина. Охлажденная композиция, содержащая мицеллы казеина, предпочтительно имеет одну или несколько характеристик, описанных в контексте охлажденной первой композиции. Охлажденная композиция, содержащая мицеллы казеина, может быть приготовлена в соответствии с этапами a)-d), описанными в данной заявке. В качестве альтернативы охлажденная композиция, содержащая мицеллы казеина, может быть, например, приготовлена посредством перерастворения сухого изолята мицеллярного казеина в первом разбавителе и осуществления охлаждения перерастворенного изолята мицеллярного казеина, как описано на этапе d).
Этап 2) включает осуществление микрофильтрации (MF) охлажденной композиции, содержащей мицеллы казеина, с получением посредством этого ретентата, содержащего мицеллы казеина, и обогащенного бета-казеином фильтрата. Данный этап е) может быть таким же этапом, как и этап е), и приводить к образованию фильтрата, обогащенного относительно бета-казеина.
Этап 3) является факультативным, но все еще предпочтительным, и включает осуществление MF-диафильтрации ретентата, содержащего мицеллы казеина. Этап 3) может иметь любые характеристики, описанные в контексте этапа f).
Этап 4) включает осуществление одного или нескольких дополнительных этапов обработки третьей композиции, полученной из обогащенного бета-казеином фильтрата, например, дополнительных этапов очистки и/или концентрирования. Этап 4) может иметь любые характеристики, описанные в контексте этапа g).
Еще один аспект изобретения относится к композиции, содержащей бета-казеин, получаемой посредством способа в соответствии с любым из предыдущих пунктов.
Как указано выше, композиция, содержащая бета-казеин, согласно изобретению предпочтительно содержит по меньшей мере 30% (вес./вес.) бета-казеина относительно общего количества белка. Например, композиция, содержащая бета-казеин, может содержать по меньшей мере 50% (вес./вес.) бета-казеина относительно общего количества белка. Композиция, содержащая бета-казеин, может содержать по меньшей мере 60% (вес./вес.) бета-казеина относительно общего количества белка. В качестве альтернативы композиция, содержащая бета-казеин, может содержать по меньшей мере 70% (вес./вес.) бета-казеина относительно общего количества белка, например, по меньшей мере 80% (вес./вес.) бета-казеина.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения композиция, содержащая бета-казеин, содержит величину бета-казеина в диапазоне 30-100% (вес./вес.) относительно общего количества белка. Например, композиция, содержащая бета-казеин, может содержать количество бета-казеина в диапазоне 50-95% (вес./вес.) относительно общего количества белка. Композиция, содержащая бета-казеин, может, например, содержать количество бета-казеина в диапазоне 55-90% (вес./вес.) относительно общего количества белка. В качестве альтернативы композиция, содержащая бета-казеин, может содержать количество бета-казеина в диапазоне 60-80% (вес./вес.) относительно общего количества белка.
Композиция, содержащая бета-казеин, согласно изобретению предпочтительно содержит по меньшей мере 50% (вес./вес.) бета-казеина относительно общего количества казеина. Например, композиция, содержащая бета-казеин, может содержать по меньшей мере 70% (вес./вес.) бета-казеина относительно общего количества казеина. Композиция, содержащая бета-казеин, может содержать по меньшей мере 80% (вес./вес.) бета-казеина относительно общего количества казеина. В качестве альтернативы композиция, содержащая бета-казеин, может содержать по меньшей мере 90% (вес./вес.) бета-казеина относительно общего количества казеина. Например, композиция, содержащая бета-казеин, может содержать по меньшей мере 95% (вес./вес.) бета-казеина относительно общего количества казеина, например, по меньшей мере 97% (вес./вес.) бета-казеина.
Настоящее изобретения было описано выше со ссылкой на конкретные варианты осуществления. Однако другие варианты осуществления, отличные от вышеописанных, являются равновозможными в рамках объема изобретения. Различные особенности и этапы различных вариантов осуществления и аспектов изобретения могут быть объединены иными способами, отличными от описанных в данной заявке, если не указано иначе.
ПРИМЕРЫ
Пример 1 - Получение бета-казеина в соответствии с изобретением
Изолят бета-казеина получали в соответствии со способом согласно настоящему изобретению.
Теплая микрофильтрация/MF-диафильтрация:
3
2
2
3
25 м охлажденного непастеризованного снятого молока предварительно нагревали до 55 градусов Цельсия в течение 10 минут в резервуаре для нагрева и хранения и подвергали непрерывной микрофильтрации с применением 6 дюймовых спиральных мембран типа FR6338, произведенных фирмой Synder Filtration, Вакавиль, Калифорния, США, с разделителем в 46 мил и номинальным пороговым значением 800000 дальтон. Расход сырья составлял 4000 л/ч. Оборудование для непрерывной микрофильтрации содержало четыре контура. Общая площадь мембраны составляла 1208 м. Фильтрацию осуществляли в следующих условиях: снятое молоко концентрировали с использованием коэффициента концентрации, равного 1,3. Температуру поддерживали на 50 градусах Цельсия и среднее давление поддерживали на уровне 0,53 бара на двух фильтрующих элементах с давлением подачи 0,15 бара. Фильтрат после микрофильтрации направляли на параллельный процесс ультрафильтрации и фильтрат после процесса ультрафильтрации непрерывно направляли назад на ретентат микрофильтрации для выполнения диафильтрации ретентата микрофильтрации. Осуществляли диафильтрацию, составляющую 287%, то есть объем фильтрата ультрафильтрации, используемый для диафильтрации, в 2,87 раза превышал объем снятого молока, поданного на процесс микрофильтрации. Средняя удельная производительность составляла приблизительно 17 л/м/ч. Обработанный ретентат микрофильтрации непрерывно подвергали тепловой обработке при 74 градусах Цельсия в течение 15 секунд, охлаждали до 6 градусов Цельсия и собирали в резервуаре. Всего 18 м раствора MCI (изолята мицеллярного казеина) собрали в конце процесса микрофильтрации. Содержание белка в растворе MCI составляло 4,1% (грамм белка на 100 грамм раствора).
Ультрафильтрация фильтрата после теплой фильтрации:
2
2
Фильтрат после процесса микрофильтрации собирали в расходном резервуаре для процесса непрерывной ультрафильтрации. Одновременного с процессом микрофильтрации ультрафильтрацию осуществляли с использованием 6 дюймовых спиральных мембран типа HFK-328 6338, произведенных фирмой Koch Membrane Systems, Уилмингтон, Массачусетс, США, с разделителем в 31 мил и номинальным пороговым значением 5000 дальтон. Оборудование для непрерывной ультрафильтрации содержало два контура. Общая площадь мембраны составляла 528 м. Фильтрацию осуществляли в следующих условиях: температуру поддерживали на 50 градусах Цельсия и среднее давление поддерживали в диапазоне от 2,8 до 3,5 бара на трех фильтрующих элементах для подачи фильтрата ультрафильтрации на процесс микрофильтрации с той же скоростью потока, с которой удаляли фильтрат микрофильтрации из процесса микрофильтрации. Средняя удельная производительность составляла приблизительно 30 л/м/ч.
Хранение раствора MCI:
Раствор MCI хранили при 6 градусах Цельсия в течение 60 часов.
Холодная микрофильтрация раствора MCI:
2
2
1200 литров накопленного раствора MCI подвергали микрофильтрации с использованием 6 дюймовых спиральных мембран типа FR6338, произведенных фирмой Synder Filtration, Вакавиль, Калифорния, США, с разделителем в 46 мил и номинальным пороговым значением 800000 дальтон. Общая площадь мембраны составляла 382 м. Фильтрацию осуществляли в следующих условиях: температуру поддерживали приблизительно на 6 градусах Цельсия и среднее давление поддерживали на уровне 0,40 бара на двух фильтрующих элементах с давлением подачи 0,05 бара. Фильтрат после микрофильтрации направляли на параллельный процесс ультрафильтрации и фильтрат после процесса ультрафильтрации непрерывно направляли назад на ретентат микрофильтрации для выполнения диафильтрации ретентата микрофильтрации. Осуществляли диафильтрацию, составляющую 500%, то есть объем фильтрата ультрафильтрации, используемый для диафильтрации, в 5 раз превышал объем раствора MCI, поданного на процесс микрофильтрации. Среднюю удельную производительность измеряли как 5,0 л/м/ч.
Концентрирование фильтрата холодной MF посредством ультрафильтрации:
2
2
Фильтрат после процесса холодной микрофильтрации собирали в расходном резервуаре для процесса ультрафильтрации. Одновременно с процессом холодной микрофильтрации ультрафильтрацию осуществляли с использованием 6 дюймовых спиральных мембран типа HFK-328 6338, произведенных фирмой Koch Membrane Systems, Уилмингтон, Массачусетс, США, с разделителем в 31 мил и номинальным пороговым значением 5000 дальтон. Общая площадь мембраны составляла 176 м. Фильтрацию осуществляли в следующих условиях: температуру поддерживали на 6 градусах Цельсия и среднее давление поддерживали в диапазоне от 1,5 до 3,0 бар на двух фильтрующих элементах для подачи фильтрата ультрафильтрации на процесс микрофильтрации с той же скоростью потока, с которой фильтрат микрофильтрации удаляли из процесса микрофильтрации. Средняя удельная производительность составляла приблизительно 11 л/м/ч. По завершении процесса фильтрации через 3 часа собрали приблизительно 400 литров ретентата ультрафильтрации. Ретентат впоследствии подвергали диафильтрации, при которой 3000 литров водопроводной воды добавляли с такой же скоростью потока, с которой удаляли фильтрат, в целях удаления лактозы. После диафильтрации ретентат концентрировали до тех пор, пока содержание белка в ретентате не составило 3%. Конечный объем ретентата составлял 150 литров. Условия фильтрации были такими же, как описано выше.
Пастеризация и сушка распылением UF-фильтрата, содержащего бета казеин:
Приблизительно 70 литров конечного ретентата после холодной ультрафильтрации подвергали пастеризации при 72 градусах Цельсия в течение 15 секунд. После пастеризации осуществляли одноэтапную сушку распылением белкового раствора с использованием стандартных параметров, включая температуру воздуха на входе 180 градусов Цельсия и температуру воздуха на выходе 90 градусов Цельсия. Получили 2,1 кг порошка.
Содержание белка в порошке измеряли как 91% (грамм белка на 100 грамм порошка) и содержание сухого вещества в порошке измеряли как 95% (грамм сухого вещества на 100 грамм порошка). Содержание бета-казеина порошка проанализировали, как описано в Примере 3, и определили как 75% (грамм бета-казеина на 100 грамм белка).
Содержание аминокислоты пролин проанализировали в соответствии с Примером 3 и определили как 13,0 грамм пролина на 100 грамм белка.
Пример 2 - Получение бета-казеина в соответствии с изобретением
Еще один изолят бета-казеина получили в соответствии со способом согласно настоящему изобретению.
Теплая микрофильтрация/MF-диафильтрация:
3
2
2
3
Предварительную обработку и микрофильтрацию охлажденного пастеризованного снятого молока осуществляли в основном как описано в Примере 1, за исключением следующего: применяли 35 м снятого молока и снятое молоко предварительно нагревали до 55 градусов Цельсия в течение 7 минут в резервуаре для нагрева и выдержки. Применяли как 6 дюймовые, так и 8 дюймовые спиральные мембраны и оборудование для непрерывной микрофильтрации содержало пять контуров. Общая площадь мембраны составляла 1399 м. Расход сырья составлял 5000 л/ч. Среднее давление поддерживали на уровне 0,53 бара на двух фильтрующих элементах с давлением подачи 0,15 бара. Осуществляли диафильтрацию, составляющую 327%, то есть объем фильтрата ультрафильтрации, используемый для диафильтрации, в 3,27 раза превышал объем снятого молока, поданного на процесс микрофильтрации. Среднюю удельную производительность измеряли как 16 л/м/ч. Всего 27 м раствора MCI (изолята мицеллярного казеина) собрали в конце процесса микрофильтрации. Содержание белка в растворе MCI составляло 4,6% (грамм белка на 100 грамм раствора).
Ультрафильтрация фильтрата после теплой фильтрации:
2
2
Процесс ультрафильтрации осуществляли в основном как описано в Примере 1, за исключением следующего: применяли мембраны с разделителями в 31 мил, 46 мил и 80 мил. Оборудование для непрерывной ультрафильтрации содержало четыре контура. Общая площадь мембраны составляла 1331 м. Средняя удельная производительность составляла приблизительно 15 л/м/ч.
Хранение раствора MCI:
Раствор МCI хранили при 5 градусах Цельсия в течение 29 часов. Холодная микрофильтрация раствора MCI:
3
2
2
27 м накопленного раствора MCI подвергали непрерывной микрофильтрации с использованием 6 дюймовых и 8 дюймовых спиральных мембран типа FR6338, произведенных фирмой Synder Filtration, Вакавиль, Калифорния, США, с разделителем в 46 мил и номинальным пороговым значением 800000 дальтон. Оборудование для непрерывной микрофильтрации содержало пять контуров. Общая площадь мембраны составляла 1399 м. Фильтрацию осуществляли в следующих условиях: температуру поддерживали на 7 градусах Цельсия и среднее давление поддерживали на уровне 0,58 бара на двух фильтрующих элементах с давлением подачи 0,15 бара. Фильтрат после микрофильтрации направляли на параллельный процесс ультрафильтрации и фильтрат после процесса ультрафильтрации непрерывно направляли назад на ретентат микрофильтрации для осуществления диафильтрации ретентата микрофильтрации. Осуществляли диафильтрацию, составляющую 469%, то есть объем фильтрата ультрафильтрации, используемый для диафильтрации, в 4,69 раза превышал объем раствора MCI, поданного на процесс микрофильтрации. Средняя удельная производительность составляла приблизительно 8 л/м/ч. Обработанный ретентат микрофильтрации непрерывно собирали в резервуаре.
Концентрирование фильтрата холодной MF посредством ультрафильтрации:
2
2
Фильтрат после процесса микрофильтрации собирали в расходном резервуаре для процесса непрерывной ультрафильтрации. Одновременно с процессом микрофильтрации ультрафильтрацию осуществляли с использованием 6 дюймовых спиральных мембран типа HFK-328 6338, произведенных фирмой Koch Membrane Systems, Уилмингтон, Массачусетс, США, с разделителями в 31, 46 и 80 мил и номинальным пороговым значением 5000 дальтон. Оборудование для непрерывной микрофильтрации содержало четыре контура. Общая площадь мембраны составляла 1331 м. Фильтрацию осуществляли в следующих условиях: температуру поддерживали на 7 градусах Цельсия и среднее давление поддерживали в диапазоне от 2,0 до 5,0 бар на трех фильтрующих элементах для подачи фильтрата ультрафильтрации на процесс микрофильтрации с той же скоростью потока, с которой фильтрат микрофильтрации удаляли из процесса микрофильтрации. Ретентат после процесса ультрафильтрации непрерывно подвергали диафильтрации с применением деминерализованной воды. Средняя удельная производительность составляла приблизительно 15 л/м/ч. В конце фильтрации собрали 1400 литров ретентата ультрафильтрации.
Пастеризация и сушка распылением UF-фильтрата, содержащего бета-казеин:
1400 литров ретентата ультрафильтрации концентрировали посредством обратного осмоса (RO) с использованием стандартных рабочих условий. Получили 880 литров концентрата RO и содержание белка в ретентате RO составляло 12%. Ретентат RO подвергали пастеризации при 72 градусах Цельсия в течение 15 секунд. После пастеризации осуществляли одноэтапную сушку распылением белкового раствора с использованием стандартных параметров, включая температуру воздуха на входе 180 градусов Цельсия и температуру воздуха на выходе 88 градусов Цельсия. Получили 125 кг порошка.
Содержание белка в порошке измеряли как 83% (грамм белка на 100 грамм порошка) и содержание сухого вещества в порошке измеряли как 96% (грамм сухого вещества на 100 грамм порошка). Содержание бета-казеина порошка проанализировали, как описано в Примере 3, и определили как 76% (грамм бета-казеина на 100 грамм белка).
Пример 3 - Анализ чистоты бета-казеина и аминокислотного профиля
Определение чистоты бета-казеина
Чистота бета-казеина в порошковых продуктах определяли обращенно-фазовой HPLC, как описано Bobe и др., с использованием колонки С18, доступной от Waters Corporation, Милфорд, Массачусетс, США, и системы водных/ацетонитрильных растворителей. Перед анализом образец растворяли в 6 М мочевине и 20 мМ дитиотреитоле для получения денатурированного и обедненного белкового раствора.
Определение аминокислотного профиля
Аминокислотный профиль порошковых продуктов проанализировали посредством стандартного аминокислотного анализа.
Пример 4 - Анализ посредством капиллярного электрофореза и сравнения с известным уровнем техники
Обогащенный бета-казеином порошок, полученный в Примере 1, сравнили с коммерчески доступным бета-казеиновым продуктом. Данное сравнение осуществляли посредством анализа двух продуктов посредством капиллярного электрофореза.
Полученные электроферограммы показаны на фиг. 4 (продукт согласно Примеру 1) и фиг. 5 (продукт известного уровня техники) и отдельные известные пиковые значения обозначены в Таблице 1.
В общем пиковые значения в электроферограмме для коммерчески доступного продукта намного шире пиковых значений в электроферограмме для продукта согласно Примеру 1. Это демонстрирует, что произошла значительная модификация белков в коммерчески доступном продукте. Пиковые значения в электроферограмме для продукта согласно Примеру 1 являются острыми, что демонстрирует отсутствие или лишь незначительную степень модификации. Также, соотношение других казеинов относительно бета-казеина намного выше для коммерчески доступного продукта по сравнению с продуктом согласно Примеру 1, указанное посредством высокого пикового значения для альфа-S1-казеина (вариант 1) в электроферограмме для коммерчески доступного продукта.