ДЕТСКОЕ ПИТАНИЕ С БЕТА-СЫВОРОТКОЙ
INFANT FOOD CONTAINING BETA-WHEY

Настоящее изобретение касается молочных продуктов и способов получения таких продуктов. Молочные продукты по изобретению включают продукты, пригодные для использования в смесях для детского питания.
Коммерческие смеси для кормления младенцев обычно производят, используя молоко, не являющееся человеческим. Однако питательный состав человеческого молока отличается от состава другого молока (например, молока коров, овец, буйволиц или коз).
Отличающееся от человеческого цельное молоко, например коровье, козье или овечье молоко, имеет более высокую долю насыщенных жирных кислот, чем человеческое молоко, и дефицит линолевой кислоты и альфа-линоленовой кислоты, полиненасыщенных жирных кислот, которые необходимы для нормального роста и развития ребенка. К тому же, масляная кислота, которая обнаружена в молочном жире, может вызывать у детей вонючую отрыжку.
Поэтому стандартные детские смеси обычно производят, используя молочные продукты с низким содержанием жира, такие как снятое молоко. Использование молочного продукта с пониженным содержанием жира означает, что в детскую смесь не включают нежелательные компоненты молочного жира, но это также означает, что уровни фосфолипидов и (глико)сфинголипидов значительно ниже содержания этих веществ в человеческом молоке.
3
3
Проводимое в течение последних 5-10 лет исследование показало, что повышение уровней фосфолипидов и (глико)сфинголипидов в детских смесях до уровней, обнаруженных в человеческом молоке (особенно ганглиозида GM, ганглиозида GD, церамидов и сфингомиелин) может быть причиной:
- ускоренного развития кишечника при снижении риска инфицирования;
- предотвращения инфекций посредством модификации кишечной флоры и конкурентного связывания антигенов;
- предотвращения развития аллергий и
- оптимального развития нервной системы.
Следовательно, желательно производить детскую смесь, имеющую достаточные уровни желательных липидов, при этом сокращая до минимума или удаляя нежелательные ингредиенты.
Одним из используемых для достижения этого современных способов является добавление липидсодержащих экстрактов и других индивидуальных ингредиентов к основному составу, получая при этом детскую смесь с желательным питательным профилем. Экстракты липидов можно получить, используя обычные растворители для экстракции (например, WO 94/18289 описывает способ экстракции сфингомиелина из фосфолипидсодержащего жирового концентрата с применением методик экстракции растворителем). Производство таких экстрактов липидов является дорогим. Кроме того, до получения разрешения на их использование в соответствующих органах необходимо провести тщательные исследования токсичности и безопасности.
Другим способом, используемым для достижения этой цели, является включение в детские смеси пахты. Пахта представляет собой водный поток побочного продукта, получаемый одним из трех способов:
1) традиционное производство масла с применением способа маслоделия по Фрицу (Fritz) или периодического способа маслоделия;
2) традиционное производство сливочного масла (также известного как безводный молочный жир или AMF) из сливок, как показано на Фиг.1;
3) производство сливочного масла из сливок с применением способа с двумя сыворотками, как показано на Фиг.2, где пахта получается при смешивании потоков вторичного снятого молока и бета-сыворотки.
Детские смеси, содержащие пахту, включают меньшие количества нежелательных компонентов молочного жира, чем молоко, отличное от человеческого, но более высокие уровни фосфолипидов и (глико)сфинголипидов, чем молочные продукты с пониженным содержанием жира. Однако уровни этих требуемых липидов недостаточно высоки, чтобы использовать пахту в детской смеси с преобладанием молочной сыворотки для достижения таких же уровней фосфолипидов и (глико)сфинголипидов как в человеческом молоке.
Известно, что способом сверхкритической экстракции с использованием диоксида углерода в качестве растворителя экстрагируют нейтральные липиды из порошков пахты. В работе Astaire J. С, Ward R., German J. В. и Jimenez-Flores R. (2003) Concentration of Polar MFGM Lipids from Buttermilk by Microfiltration and Supercritical Fluid Extraction, J. Dairy Sci. 86, 2297-2307 описана сверхкритическая экстракция пахты с использованием в качестве растворителя диоксида углерода и получением продукта, богатого белком с повышенными уровнями полярных липидов. Однако получаемая таким образом порошкообразная пахта еще имеет низкие уровни полярных липидов, не более 2% от веса сухого порошка, и, таким образом, не подходит для детской смеси.
Возможным способом получения подходящего продукта было бы отделение белковых компонентов от липидных компонентов в молочном продукте.
Ранее использовали диметиловый эфир (DME) при экстракции липидов из сырого яичного желтка (Yano и др., патент США 4157404) и высушенного яичного порошка (Yano и др., патент США 4234619). Результатом данного способа является фракционирование липидных и белковых компонентов на отдельные потоки. В патенте США 4157404 Yano утверждает, что тогда как липиды можно экстрагировать из сырых яичных желтков (содержание влаги 75%), белки денатурируют. В патенте США 4234619 Yano утверждает, что белки не денатурируют, если яичный желток является сухим, а фосфолипиды можно экстрагировать только частично.
2
WO 2004/066744 описывает экстракцию липидов из водного молочного потока с применением экстракции растворителем в околокритическом состоянии, при которой растворителем является диметиловый эфир. WO 2004/066744 раскрывает также, что ни сверхкритический СO, ни докритический диметиловый эфир не могут экстрагировать липиды из сухих молочных продуктов на основе концентрата белка сыворотки (WPC) с пригодными выходами. Однако этот документ не раскрывает экстракцию липидов из порошков, богатых мембранным материалом глобул молочного жира.
Попытки извлечь липиды из сухих молочных продуктов с высоким содержанием лактозы (где высокое содержание соответствует по меньшей мере 30% общего веса порошка) посредством экстракции с использованием сжиженного диметилового эфира были неуспешными.
Таким образом, цель настоящего изобретения - обеспечить улучшенные или альтернативные молочные продукты, которые можно использовать в детских смесях, и/или по меньшей мере дать людям полезную альтернативу.
Настоящее изобретение касается способов получения молочных продуктов, которые имеют меньшее содержание нейтральных липидов, или более высокое содержание полярных липидов, или то и другое. Эти продукты можно использовать в качестве ингредиентов в детских смесях.
Таким образом, изобретение касается способа получения молочного продукта с уменьшенным содержанием нейтрального липида на основе бета-сыворотки, предусматривающего следующие стадии:
1) получения сухой бета-сыворотки и
2) подвергания бета-сыворотки процессу экстракции диоксидом углерода в околокритическом состоянии.
Используемый здесь термин "бета-сыворотка" обозначает водный ингредиент молочного продукта, отделенный от потоков молочных продуктов, содержащих более 60% жира, посредством фазовой инверсии из эмульсии «масло-в-воде» в эмульсию «вода-в-масле». Предпочтительным исходным материалом для производства бета-сыворотки являются сливки; бета-сыворотку получают, например, при производстве из сливок сливочного масла (известного также как безводный молочный жир или AMF), как показано на Фиг.2.
Предпочтительно, сухая бета-сыворотка является порошкообразной.
Предпочтительно, давление диоксида углерода в околокритическом состоянии составляет по меньшей мере 73,2 бар, а температура находится в диапазоне от 304,2 до 373К (сверхкритическая область); или давление диоксида углерода выше или равно давлению паров, а температура находится в диапазоне от 273 до 304,1К (до критическая область). Более предпочтительно, давление диоксида углерода составляет по меньшей мере 250 бар, а температура находится в диапазоне от 313 до 353К.
Содержание лактозы в бета-сыворотке предпочтительно снижают перед процессом экстракции. Предпочтительно, содержание лактозы снижают ультрафильтрацией. В особо предпочтительном варианте изобретения, во время ультрафильтрации, содержание лактозы дополнительно снижают диафильтрацией.
Содержание лактозы предпочтительно снижают до значения 30% или менее по сухому веществу перед стадией экстракции диоксидом углерода в околокритическом состоянии. Более предпочтительно, содержание лактозы снижают до значения 25% или менее по сухому веществу перед стадией экстракции диоксидом углерода в околокритическом состоянии. Еще предпочтительнее, содержание лактозы снижают до 20% или менее по сухому веществу перед стадией экстракции диоксидом углерода в околокритическом состоянии. Наиболее предпочтительно, содержание лактозы снижают до 10% или менее по сухому веществу перед стадией экстракцией диоксидом углерода в околокритическом состоянии.
Предпочтительно, обедненный нейтральными липидами молочный продукт на основе бета-сыворотки обогащен фосфолипидами, сфинголипидами и гликолипидами. Предпочтительно, молочный продукт содержит около 50-70% белка (TN×6,38), предпочтительно по меньшей мере 60% белка (ТN×6,38); 5-25% фосфолипидов и гликолипидов, предпочтительно 15-25% фосфолипидов и гликолипидов; и 0-10% нейтральных липидов, предпочтительно около 5% нейтральных липидов. Наиболее предпочтительно, чтобы молочный продукт содержал менее чем около 5% нейтральных липидов.
Изобретение касается также способа получения обедненного нейтральными липидами молочного продукта, предусматривающего следующие стадии:
(1) получения сухого исходного молочного материала с высоким содержанием жира и низким содержанием лактозы;
(2) подвергания исходного материала процессу экстракции диоксидом углерода в околокритическом состоянии, и
последующее фракционирование молочного продукта с получением фракции, обогащенной липидами, и фракции, обедненной липидами, включающее стадию:
(3) подвергания обедненного липидами молочного экстракции жидким диметиловым эфиром.
Предпочтительно, давление диоксида углерода в околокритическом состоянии составляло по меньшей мере 73,2 бар, а температура находится в интервале от 304,2 до 373К (сверхкритическая область); или давление диоксида углерода выше или равно давлению паров, а температура находится в интервале от 273 до 304,1К (докритическая область). Более предпочтительно, давление диоксида углерода составляет по меньшей мере 250 бар, а температура находится в интервале 313 до 353К.
Диметиловый эфир предпочтительно сжижают и повышают его давление по меньшей мере до давления пара при температуре экстракции, и еще предпочтительнее до давления по меньшей мере на 10 бар, превышающего давление паров. Предпочтительно, температура находится в интервале 273-373К и еще предпочтительнее - в интервале 293-353К.
Выражение "высокое содержание жира" обозначает содержание более 10 вес.% жира от веса сухих веществ, предпочтительно более 15 вес.% жира от веса сухих веществ и наиболее предпочтительно более 20 вес.% жира от веса сухих веществ.
Выражение "низкое содержание лактозы" означает, что содержание лактозы меньше или равно 30 вес.% по сухому веществу. Более предпочтительным является содержание лактозы 25 вес.% или меньше по сухому веществу. Более предпочтительным является содержание лактозы 20 вес.% или меньше по сухому веществу. Наиболее предпочтительным является содержание лактозы 10 вес.% или меньше по сухому веществу.
Содержание лактозы в бета-сыворотке предпочтительно снижают перед процессом экстракции. Предпочтительно снижают содержание лактозы ультрафильтрацией. В особо предпочтительном варианте изобретения при ультрафильтрации дополнительно снижают содержание лактозы диафильтрацией.
Предпочтительным исходным молочным материалом с высоким содержанием жира и низким содержанием лактозы является бета-сыворотка с пониженным содержанием лактозы. Альтернативным исходным молочным материалом с высоким содержанием жира и низким содержанием лактозы является пахта с пониженным содержанием лактозы.
Исходный молочный материал с высоким содержанием жира и низким содержанием лактозы предпочтительно подвергают распылительной сушке перед стадией использования диоксида углерода в околокритическом состоянии. В альтернативном варианте исходный молочный материал с высоким содержанием жира и низким содержанием лактозы подвергают лиофилизации или вакуумной сушке перед стадией экстракции диоксидом углерода в околокритическом состоянии.
Фракция, обогащенная липидами, предпочтительно содержит по меньшей мере 50% фосфолипидов и гликолипидов и существенно уменьшенное количество нейтральных липидов. Более предпочтительно, если фракция, обогащенная липидами, содержит по меньшей мере 80% фосфолипидов и гликолипидов и по существу не содержит нейтральных липидов.
В предпочтительном варианте обедненная липидами фракция обогащена мембранными белками глобул молочного жира и содержит 65-79% (TN×6,38) белка от веса порошка, 8-12% лактозы, 5-11% жира, включая фосфолипиды (4-9% фракции), более предпочтительно около 72% белка (TN×6,38), 9% лактозы, 8% жира, включая фосфолипиды (6% фракции), 5% золы и 4% влаги.
Изобретение также касается способа получения фракции, обогащенной липидами, и фракции, обедненной липидами, включающего следующие стадии:
(1) получение исходного молочного материала с высоким содержанием жира и низким содержанием лактозы; и
(2) обработка исходного материала способом экстракции с использованием жидкого диметилового эфира.
Обедненная липидами фракция содержит все мембранные белки глобул молочного жира и поэтому может использоваться в детских смесях, принося пользу здоровью, что, более строго, связано с мембранными белковыми компонентами глобул молочного жира.
Диметиловый эфир предпочтительно сжижают, и повышают его давление по меньшей мере до давления пара при температуре экстракции и, более предпочтительно, до давления по меньшей мере на 10 бар, превышающего давление паров. Предпочтительно, чтобы температура имела значение в интервале 273-373К, и более предпочтительно - в интервале 293-353К.
Выражение "высокое содержание жира" означает содержание более 10 вес.% жира от веса сухих веществ, предпочтительно более 15 вес.% жира от веса сухих веществ и наиболее предпочтительно более 20 вес.% жира от веса сухих веществ.
Выражение "низкое содержание лактозы" означает, что содержание лактозы меньше или равно 30% по сухому веществу. Более предпочтительным является содержание лактозы 25% или менее по сухому веществу. Более предпочтительным является содержание лактозы 20% или менее по сухому веществу. Наиболее предпочтительным является содержание лактозы 10% или менее по сухому веществу.
Содержание лактозы в бета-сыворотке предпочтительно снижают перед процессом экстракции. Предпочтительно снижают содержание лактозы в бета-сыворотке или исходном материале ультрафильтрацией. В особо предпочтительном варианте изобретения при ультрафильтрации дополнительно снижают содержание лактозы диафильтрацией.
Предпочтительным исходным молочным материалом с высоким содержанием жира и низким содержанием лактозы является бета-сыворотка с пониженным содержанием лактозы. Альтернативным исходным молочным материалом с высоким содержанием жира и низким содержанием лактозы является пахта с пониженным содержанием лактозы.
Исходный молочный материал с высоким содержанием жира и низким содержанием лактозы предпочтительно высушивают распылением перед стадией экстракции жидким диметиловым эфиром. В альтернативном варианте исходный молочный материал с высоким содержанием жира и низким содержанием лактозы высушивают замораживанием или вакуумированием перед стадией экстракции жидким диметиловым эфиром.
2
В одном варианте фракция, обогащенная липидами, содержит по меньшей мере 40% фосфолипидов и гликолипидов. В данном способе нейтральные липиды не извлекают первоначально при помощи CO, и так как DME экстрагирует и полярные, и нейтральные липиды, то DME-экстракт липидов содержит примерно такое же соотношение нейтральных липидов к фосфолипидам, как и исходный материал. Например, для сырья, имеющего соотношение нейтральных липидов к фосфолипидам около 1,2, состав DME-экстракта липидов на основе 3% влажности составляет 80-90% жира, включая фосфолипиды (35-45% фракции), 5-9% золы, 2-5% лактозы и 2-3% влаги.
Фракция, обедненная липидом, обогащена мембранными белками глобул молочного жира и содержит около 60-80% белка (TN×6,38) от веса порошка, 6-12% лактозы, 5-11% жира, включая фосфолипиды (5-9% фракции), предпочтительно 73% белка (TN×6,38), 9% лактозы, 8% жира, включая фосфолипиды (7% фракции), 5% золы и 3% влаги.
Содержание белка в продуктах, описанных в данной спецификации, рассчитывают как общий азот (TN) в образце, умноженный на коэффициент 6,38.
Изобретение также касается продуктов, полученных способами по настоящему изобретению, и композиций и детских смесей, содержащих такие продукты.
Используемый здесь термин "детская смесь" включает смеси, предназначенные для младенцев возраста 0-12 месяцев, смеси, предназначенные для детей возраста 6-12 месяцев (следующая смесь) и смеси, предназначенные для детей ясельного возраста и детей 1-7 лет (молоко/сухое молоко для взрослеющих детей).
Предпочтительно изобретение касается детской смеси, содержащей:
a) 30-60% лактозы;
b) 15-35% растительных масел;
c) 0-40% порошкообразного снятого молока;
а) 0-40% концентрата белка молочной сыворотки;
е) 1-50% продукта, полученного способом по настоящему изобретению.
Более предпочтительно изобретение касается детской смеси, содержащей:
a) 40-60% лактозы;
b) 20-30% растительных масел;
c) 10-15% порошкообразного снятого молока;
а) 6-8% 80% концентрата белка молочной сыворотки (WPC80)
е) 1-5% продукта, полученного способом по настоящему изобретению.
Детская смесь может также содержать 2-4% по меньшей мере одного из следующих компонентов:
a) предварительно приготовленная смесь витаминов;
b) предварительно приготовленная смесь минералов;
c) лецитин;
а) антиоксидант;
e) стабилизатор;
f) нуклеотиды.
В предпочтительном варианте детские смеси можно приготовить таким образом, чтобы обеспечить от 2700 до 3000 кДж/л.
Изобретение также касается детской смеси, содержащей в качестве ингредиента бета-сыворотку. Предпочтительная детская смесь содержит:
a) 30-60% лактозы;
b) 15-35% растительных масел;
c) 0-40% порошкообразного снятого молока;
а) 0-40% концентрата белка молочной сыворотки;
е) 1-50% порошкообразной бета-сыворотки.
Более предпочтительная детская смесь содержит:
a) 40-60% лактозы;
b) 20-30% растительных масел;
10-15% порошкообразного снятого молока;
c) 6-8% 80% концентрата белка молочной сыворотки (WPC80);
d) 1-10% порошкообразной бета-сыворотки.
Наиболее предпочтительная детская смесь содержит:
a) 40-60% лактозы;
b) 20-30% растительных масел;
c) 10-15% порошкообразного снятого молока;
d) 6-8% 80% концентрата белка молочной сыворотки (WPC80);
e) 2-5% порошкообразной бета-сыворотки.
Детская смесь может также содержать 2-4% по меньшей мере одного из следующих компонентов:
a) предварительно приготовленная смесь витаминов;
b) предварительно приготовленная смесь минералов;
c) лецитин;
d) антиоксидант;
e) стабилизатор;
f) нуклеотиды.
В предпочтительном варианте детские смеси можно приготовить таким образом, чтобы обеспечить от 2700 до 3000 кДж/л.
Изобретение также касается детской смеси, содержащей в качестве ингредиента фракцию, полученную из бета-сыворотки, обогащенную полярными липидами, или обедненную нейтральными липидами, или то и другое.
Предпочтительная детская смесь содержит:
a) 30-60% лактозы;
b) 15-35% растительных масел;
c) 0-40% порошкообразного снятого молока;
d) 0-40% концентрата белка молочной сыворотки;
e) 1-50% фракции, полученной из бета-сыворотки, обогащенной полярными липидами, или обедненной нейтральными липидами, или то и другое.
Более предпочтительная детская смесь содержит:
a) 40-60% лактозы;
b) 20-30% растительных масел;
c) 10-15% порошкообразного снятого молока;
d) 6-8% 80% концентрата белка молочной сыворотки (WPC80);
e) 1-5% фракции, полученной из бета-сыворотки, обогащенной полярными липидами, или обедненной нейтральными липидами, или то и другое.
Детская смесь может также содержать 2-4% по меньшей мере одного из следующих компонентов:
a) предварительно приготовленная смесь витаминов;
b) предварительно приготовленная смесь минералов;
c) лецитин;
d) антиоксидант;
e) стабилизатор;
f) нуклеотиды.
В предпочтительном варианте детские смеси можно приготовить таким образом, чтобы обеспечить от 2700 до 3000 кДж/л.
Можно употреблять продукты, композиции и детские смеси настоящего изобретения, принося пользу здоровью.
Например, предполагается следующая польза здоровью:
- ускорение развития кишечника,
- снижение риска инфекций,
- модификация кишечной флоры и конкурентное связывание антигенов,
- предотвращение инфекций,
- предотвращение развития аллергий,
- оптимизация развития нервной системы,
- лечение дерматологического состояния,
- оптимизация развития иммунной системы,
- поддержание оптимальной иммунной функции,
- предотвращение или лечение рака ободочной кишки.
Заявители обнаружили, что уровни фосфолипидов и ганглиозидов в бета-сыворотке делают ее подходящей для использования при обогащении детских смесей. Заявители также обнаружили, что молочные продукты, которые имеют высокое содержание жира, но низкое содержание лактозы (включая бета-сыворотку с низким содержанием лактозы), можно обработать для снижения уровней нейтральных липидов, или повышения уровней полярных липидов, или того и другого, получая, таким образом, продукты, которые еще более подходят для обогащения детских смесей.
Описанные в изобретении способы используют методики обработки и экстракции, которые не оставляют токсических остатков, поэтому не требуется дополнительная обработка конечного молочного продукта.
Кроме того, применение ультрафильтрации и экстракции диоксидом углерода в околокритическом состоянии, в качестве растворителя подразумевает, что легче получить разрешение соответствующих органов на использование этого продукта, когда в продукте остается минимальное количество растворителя (или не остается совсем) по сравнению с использованием обычных растворителей, таких как ацетон и этанол. Кроме того, обычные растворители в значительной степени денатурируют белки, делая использование этих растворителей неподходящим для производства молочных продуктов для применения в детских смесях.
Используемый здесь термин "молочный" означает содержащий молоко или относящийся к молоку и его продуктам. Термин включает человеческое, коровье, буйволиное и козье молоко, но не ограничивается этими животными.
Каждое вещество имеет свою собственную "критическую" точку, при которой жидкое и парообразное состояния вещества становятся идентичными. Выше критической точки, но близко к ней вещество находится в текучем состоянии, которое имеет свойства и жидкостей, и газов. Текучая среда имеет плотность, такую же, как в жидкости, и вязкость и диффузивность, такую же, как в газе. Используемый здесь термин "сверхкритическая" относится к области давление-температура выше критической точки вещества. Используемый здесь термин "докритическая" относится к области давление-температура с давлением, равным или выше давления пара для данной жидкости, но ниже критической температуры. Используемое здесь выражение "близко к критической" включает "сверхкритическую" и "докритическую" области и касается давления и температур вблизи критической точки.
На чертежах:
Фиг.1 - блок-схема традиционного способа получения сливочного масла из сливок и производство пахты в этом процессе.
Фиг.2 - блок-схема способа получения сливочного масла из сливок и производство бета-сыворотки в этом процессе.
ПРИМЕРЫ
Следующие примеры дополнительно иллюстрируют практическое применение изобретения.
Пример 1: экстракция порошкообразного концентрата белка сыворотки.
Данный пример показывает, что экстракция липидов из порошка с высокими концентрациями белков сыворотки дает очень низкие выходы липидов. Порошкообразные концентраты белка сыворотки, содержащие 80,26 вес.% белка, 6,83 вес.% липида и 3,57% влаги, экстрагируют растворителями: диоксидом углерода, пропаном и диметиловым эфиром (DME) в околокритическом состоянии. В таблице 1 приведены используемые растворители, давление, температура, вес сухих веществ, вес используемого растворителя и экстрагируемых сухих веществ и выходы липидов.
Выходы липидов очень низкие, и повышение температуры экстракции не увеличивает выход экстракции до желательного уровня.
2
Пример 2: экстракция порошков бета-сыворотки со стандартным содержанием лактозы сверхкритическим CO.
2
2
Этот пример показывает, что возможна экстракция нейтральных липидов из порошка бета-сыворотки со стандартным содержанием лактозы, но выход значительно меньше, чем для порошков, где содержание лактозы понижено. В конечном порошке содержание белков и общее содержание фосфолипидов является низким. Порошки бета-сыворотки следующих составов экстрагируют сверхкритическим CO при 300 бар и 313К: партия 1-общий белок 29,4%, лактоза 42,5%, общий жир 19,7%, влага 3,1% и зола 6%; партия 2-общий белок 31,7%, лактоза 44,6%, общий жир 20,6%, влага 2,3% и зола 6,1%. Общий жир состоит из нейтральных липидов, фосфолипидов, ганглиозидов, церамидов и цереброзидов, таких как лактозилцерамид. Результаты экстракции жира и фосфолипидов в экстрактах показаны в таблице 2. Сверхкритический CO экстрагирует только нейтральные липиды, тогда как другие типы жира и, в особенности, фосфолипиды, не растворяются в данном растворителе.
После экстракции порошки имеют следующий состав: партия 1 - общий белок 32,0%, лактоза 47,9%, общий жир 13,6%, влага 3,8% и зола 3%; партия 2-общий белок 34,2%, лактоза 44,2%, общий жир 11,3%, влага 3,5% и зола 6,3%.
Порошок из порции 2 исследуют на денатурацию белка сыворотки. Предполагают, что казеиновый белок не денатурирует. Берут типичный образец порошка и смешивают с водой, получая приблизительно 3% белков сыворотки в растворе. Казеины осаждают соляной кислотой при рН 4,6 и удаляют из раствора центрифугированием. Состав остающихся растворимых белков сыворотки определяют методом хроматографии с обращенной фазой. Количество растворимых белков сыворотки уменьшается от 13,43 г/100 г белка в исходном материале до 8,39 г/100 г белка в экстрагированном порошке. Очень большое снижение наблюдают в природном (неденатурированном) бета-лактоглобулине. Денатурация белка делает порошок менее подходящим для детской смеси, чем продукты, описанные в примере 3.
2
Пример 3: экстракция порошков бета-сыворотки с низким содержанием лактозы сверхкритическим CO.
2
2
Этот пример показывает, что возможна экстракция нейтральных липидов с выходом выше 90% из порошков бета-сыворотки с низким содержанием лактозы. Снижение содержания лактозы в бета-сыворотке осуществляют ультрафильтрацией до показателя объемного концентрирования 8. Содержание белка и общее содержание фосфолипидов конечного порошка является высоким. Сверхкритическим CO при 300 бар и 313К экстрагируют порошки бета-сыворотки с низким содержанием лактозы следующего состава: партия 3 с низким содержанием лактозы - общий белок 48,3%, лактоза 14,4%, общий жир 30,1%, влага 3,0% и зола 4,8%; партия 4 - общий белок 52,0%, лактоза 7,8%, общий жир 31,9%, влага 2,7% и зола 4,8%. Результаты экстракции жира и вес фосфолипидов в экстракте показаны в таблице 3. Сверхкритический СО экстрагирует только нейтральные липиды, тогда как другие типы жира и, в особенности, фосфолипиды, не растворяются в данном растворителе.
2
После экстракции порошки имеют следующий состав: партия 3 - общий белок 57,3%, лактоза 15,1%, общий жир 18,7%, общие фосфолипиды 14,4%, влага 4,1% и зола 5,7%; партия 4 - общий белок 61,6%, лактоза 10,1%, общий жир 21,9%, общие фосфолипиды 16,8%, влага 4,5% и зола 5,6%. Партии 3 и 4, экстрагированные сверхкритическим CO, также имеют повышенные уровни ганглиозидов - 0,7 вес.% Остающаяся разница между общим жиром в остаточном порошке и содержанием фосфолипидов и ганглиозидов состоит по большей части из церамидов и цереброзидов, главным образом, лактозилцерамида.
Порошки из партии 3 (с низким содержанием лактозы) и 4 (с очень низким содержанием лактозы) исследуют на денатурацию белка, чтобы удостовериться, что они подходят для использования в детской смеси примера 2. Количество растворимых белков сыворотки увеличивается от 12,20 г/100 г белка в исходном материале до 13,57 г/100 г белка в экстрагированном порошке для партии 3; и от 12,44 г/100 г белка в исходном материале до 12,94 г/100 г белка в экстрагированном порошке для партии 4. Отсутствие денатурации белка и высокое содержание белка и фосфолипидов в экстрагируемых порошках с низким содержанием лактозы делает их очень подходящими для детской смеси.
2
Пример 4: экстракция порошков бета-сыворотки со стандартным и низким содержанием лактозы сверхкритическим СO, затем диметиловым эфиром в околокритическом состоянии.
2
Этот пример показывает, что экстракция фосфолипидов с высоким выходом из порошка бета-сыворотки, который предварительно экстрагируют сверхкритическим СO, возможна только тогда, когда содержание лактозы в порошке снижено; и что температура экстракции диметиловым эфиром влияет на выход экстракции. Этот пример также показывает, что возможно регулировать конечное содержание фосфолипидов в порошке после экстракции, регулируя температуру экстракции. Частично обезжиренные порошкообразные партии 2 (стандартное содержание лактозы, исходный вес 4318,7 г), 3 (низкое содержание лактозы, исходный вес 2952,6 г) и 4 (очень низкое содержание лактозы, исходный вес 2668,2 г), получаемые в примерах 2 и 3, повторно экстрагируют диметиловым эфиром при 40 бар и 293°К, используя 12,236, 13,828 и 5,117 кг, соответственно; и затем снова экстрагирую диметиловым эфиром при 40 бар и 323К, используя 13,037, 10,962 и 6,965 кг, соответственно. Результаты по выходу экстракции приведены в таблице 4.
2
Общий липидный экстракт также имеет существенный уровень ганглиозидов: 2,5 вес.% для партии 4 при 293К; и 1 вес.% для партии 4 при 323°К. После экстракции диметиловым эфиром содержание белка во всех порошках увеличивается по сравнению с исходным материалом. После экстракции СO и диметиловым эфиром порошки имеют следующий состав: партия 2-общий белок 34,6%, лактоза 47,1%, общий жир 8,9%, общие фосфолипиды 6,3%, влага 2,7% и зола 6,7%; партия 3-общий белок 64,4%, лактоза 17,9%, общий жир 8,4%, общие фосфолипиды 5,7%, влага 3,6% и зола 5,4%; партия 4-общий белок 73,2%, лактоза 8,7%, общий жир 7,6%, влага 4,3% и зола 5,1%. Все порошки имеют существенный уровень ганглиозидов, приблизительно 0,4 вес.% Остающаяся разница между общим содержанием жира в остаточном порошке и содержанием фосфолипидов и ганглиозидов состоит, главным образом, из церамидов и цереброзидов, в особенности, лактозилцерамида.
2
Порошок из партии 2 (стандартное содержание лактозы), 3 (низкое содержание лактозы) и 4 (очень низкое содержание лактозы) после экстракции сверхкритическим CO и диметиловым эфиром исследуют на денатурацию белка согласно примеру 2. Содержание растворимых белков сыворотки снижается от 13,43 г/100 г белка для партии 2 до 8,00 г/100 г белка в DME-экстрагированном порошке. Содержание белков сыворотки снижается от 12,20 г/100 г белка в исходном материале до 15,23 г/100 г белка в экстрагированном порошке для партии 3; и от 12,44 г/100 г белка в исходном материале до 16,98 г/100 г белка в экстрагированном порошке для партии 4. Отсутствие денатурации белка и высокое содержание белка и фосфолипидов в экстрагированных порошках с низким содержанием лактозы делает их очень подходящими для детской смеси. Экстракция диметиловым эфиром производит неожиданный эффект, повышая кажущуюся растворимость белка сыворотки, которая сначала понижается при удалении из исходного материала лактозы.
Пример 5: экстракция порошков со стандартным и низким содержанием лактозы диметиловым эфиром.
2
Этот пример показывает, что экстракция нейтральных липидов и фосфолипидов с высоким выходом из порошка бета-сыворотки возможна только тогда, когда содержание лактозы в порошке снижено при использовании диметилового эфира в качестве растворителя без предварительной экстракции порошка сверхкритическим CO; и температура экстракции диметиловым эфиром влияет на выход экстракции. Данный пример также показывает, что возможно регулировать конечное содержание фосфолипидов в порошке после экстракции, регулируя температуру экстракции. Партию 2 (стандартное содержание лактозы, вес исходного материала 4245,6 г) с составом, указанным в примере 2; и партии 3 (низкое содержание лактозы, вес исходного материала 3407,5 г) и 4 (очень низкое содержание лактозы, вес исходного материала 3204,4 г) с составами, указанными в примере 3, экстрагируют диметиловым эфиром при 40 бар и 273К, 293К, используя 13,426, 12,666 и 13,938 кг, соответственно; и затем повторно экстрагируют диметиловым эфиром при 40 бар и 323К, используя 15,727, 11,673 и 11,123 кг, соответственно. Результаты по выходу экстракции приведены в таблице 5.
После экстракции диметиловым эфиром содержание белка во всех порошках увеличивается по сравнению с исходным материалом. После экстракции диметиловым эфиром порошки имеют следующий состав: партия 2-общий белок 34,8%, лактоза 44,2%, общий жир 16,3%, фосфолипиды 8,3%, влага 2,3% и зола 6,2%; партия 3-общий белок 65,1%, лактоза 15,3%, общий жир 8,3%, фосфолипиды 6,7%, влага 2,2% и зола 5,3%; партия 4-общий белок 73,3%, лактоза 8,8%, общий жир 8,3%, общие фосфолипиды 6,8%, влага 2,6% и зола 5,2%. Для партий 3 и 4 разница между общим содержанием жира и содержанием фосфолипидов состоит из ганглиозидов, церамидов и цереброзидов.
Порошок из партии 2 (стандартное содержание лактозы), 3 (низкое содержание лактозы) и 4 (очень низкое содержание лактозы) после экстракции диметиловым эфиром исследуют на денатурацию белка согласно примеру 2. Содержание растворимого белка сыворотки повышается от 13,43 г/100 г белка до 14,38 г/100 г для партии 1; от 12,20 г/100 г белка в исходном материале до 15,47 г/100 г белка в экстрагированном порошке для партии 3; и от 12,44 г/100 г белка, в исходном материале до 15,55 г/100 г белка, в экстрагированном порошке для партии 4. Отсутствие денатурации белка и высокое содержание белка в DME-экстрагированных порошках с низким содержанием лактозы делает их подходящими для широкого применения в пищевых продукта, особенно в спортивном питании. Экстракция диметиловым эфиром производит неожиданный эффект, повышая кажущуюся растворимость белка сыворотки, которая сначала понижается при удалении лактозы из исходного материала. Общий выход экстракции липидов и фосфолипидов является очень низким для порошков с высоким содержанием лактозы (партия 2), если использовать в качестве экстракционного растворителя только диметиловый эфир. Высокое содержание нейтральных липидов делает этот порошок менее подходящим для детской смеси.
Пример 6: уровни фосфолипидов и ганглиозидов в выбранных молочных продуктах
nd
Содержание фосфолипидов в человеческом молоке обычно составляет 200-400 мг/л (Jensen RG (1989) Textbook of Gastroenterology and Nutrition in Infancy, 2 Edition, E. Lebenthal (Ed), Raven Press Ltd, New York, 157-208).
Согласно работе Harzer G, Haug M, Dieterich I & Gentner PR (1983), Changing patterns of human milk lipids in the course of the lactation and during the day, American Journal of Clinical Nutrition, 37, 612-621, в состав фосфолипидов человеческого молока через 36 послеродовых дней входит фосфатидилхолин (PC) 24,9%, фосфатидилэтаноламин (РЕ) 27,7%, фосфатидилсерин (PS) 9,3%, фосфатидилинозит (PI) 5,4% и сфингомиелин (SM) 32,4%.
Таблица 6 показывает фосфолипидный состав для:
- порошкообразной бета-сыворотки (продукт А),
- порошкообразной бета-сыворотки с низким содержанием лактозы (продукт В),
- порошкообразной бета-сыворотки, обедненной нейтральными липидами (продукт С), и
- экстракта липидов (продукт D) и остаточного порошка (продукт E) для продукта С после DME-экстракции.
Эти продукты производят из коровьего молока.
Продукт А (порошкообразную бета-сыворотку) получают, используя способ, показанный на Фиг.2. Продукт В (порошкообразную бета-сыворотку с низким содержанием лактозы) получают ультрафильтрацией продукта А. Продукт С получают, применяя способ, который описан в примере 3. Продукты D и Е получают, применяя способ, который описан для партии 4 в примере 4, за исключением того, что проводят одну стадию DME-экстракции при 55°С.
Общее содержание липидов определяют модифицированным способом по Rose-Gottlieb, где экстракты липидов выпаривают в вакууме и высушивают замораживанием (по сравнению с сушкой в печи низкотемпературная сушка снижает до минимума гидролиз фосфолипидов, который происходит при сушке в печи из-за присутствия аммиака в экстрактах липидов). Общее содержание фосфолипидов рассчитывают, умножая содержание фосфора жирового экстракта по модифицированному способу Rose-Gottlieb на 25,5 (смотри работу McDowell AKR (1958), Phospholipids in New Zealand Modairy products. Journal of Dairy Research, 25, 192-202.)
31
Индивидуальные фосфолипиды определяют методом P ЯМР.
В работе Pan XL & Izumi T (2000) Variation of the ganglioside compositions of human milk, cow's milk and infant formulas. Early Human Development, 57, 25-31, показано, что ганглиозид GD3 и ганглиозид GM3 составляют около 60% общего количества ганглиозидов в человеческом молоке и что общее содержание ганглиозидов в детской смеси, которое определяют по содержанию связанных липидами сиаловых кислот (LBSA), значительно ниже, чем в человеческом молоке. Содержание ганглиозида GD3 плюс ганглиозид GM3 в человеческом молоке составляет 10-16 мг/л в зависимости от стадии лактации (Nakano и др., 2001, Sialic acid in human milk: Composition and functions, Acta Paediatrica Talwanica, 42, 11-17). В таблице 6 показано содержание ганглиозида GD3 и ганглиозида GM3 в продукте А, продукте В, продукте С, продукте D и продукте Е. Уровни ганглиозида GD3 и ганглиозида GM3 рассчитывают следующим образом: образцы растворяют в смеси хлороформ/метанол/вода 6:3:0,45 и фильтруют. Затем ганглиозиды разделяют на фракции GM3 и GD3 методом жесткой анионообменной твердофазной экстракции и определяют количество сиаловых кислот резорциновым методом Свеннерхольма (Svennerholm, L. 1957, Quantitative estimation of sialic acids. II. A colorimetric resorcinol-hydrochloric acid metho, Biochim. Biophys. Acta. 24:604-611). Далее используют содержание сиаловых кислот для расчета концентраций GM3 и GD3.
Таблица 6
Состав полярных липидов для продуктов А-Е
Компонент (вес.%)
А
В
С
D
Е
Общ. содерж. липидов
20,6
33,9
20,9
86,1
6,3
Общ. содерж. фосфолипидов
9,7
15,1
17,5
66,6
5,2
Фосфатидилхолин
2,б<sup>1</sup>
4,1
4,9
13,3
1,7
Фосфатидилэтаноламин
2,7<sup>1</sup>
4,2
4,8
22,0
1,0
Фосфатидилсерин
0,8<sup>1</sup>
1,3
1,7
8,2
0,36
Фосфатидилинозит
0,6<sup>1</sup>
1,0
1,2
6,1
0,35
Сфингомиелин
2,7<sup>1</sup>
4,2
4,4
15,1
1,8
Ганглиозид GD3
0,36
0,58<sup>2</sup>
0,66<sup>3</sup>
2,09
0,28
Ганглиозид GM3
0,04
0,06<sup>2</sup>
0,05<sup>3</sup>
0,34
0,0
<sup>1</sup> Оценка выполнена на основании измеренных значений для LLBSP.
<sup>2</sup> Оценка выполнена на основании средних значений для стандартной
<sup>3</sup> Порошкообразной бета-сыворотки. Выполнена оценка. Результаты для другого образца ВРС60.
Пример 7: детские смеси, содержащие выбранный молочный продукт.
В таблице 7 показано процентное содержание (от веса порошка) каждого продукта (А, В, С, D и Е), которое необходимо добавить к детской смеси, чтобы повысить "общее" содержание ганглиозидов (ганглиозид GD3 плюс ганглиозид GM3) в готовой к употреблению (RTF) детской смеси (IF) на 16 мг/л.
Допущениями являются положения, что базовые уровни этих компонентов в стандартной детской смеси равны 0%, что порошкообразная детская смесь воспроизводит до 13% общих твердых веществ, и что плотность RTF IF составляет 1,0 кг/л.
Степени увеличения содержания продуктов в бета-сыворотке, показанные в таблице 7, также повышают содержание индивидуальных фосфолипидов в детской смеси до уровней, превышающих уровни, обнаруженные в человеческом молоке, единственным исключением является продукт Е, где добавленные уровни РЕ и PS немного ниже уровней, обнаруженных в человеческом молоке (исходные уровни данных компонентов в стандартной детской смеси, вероятно, компенсируют эти недостатки). Отметим, что продукт D можно использовать вместо соевого лецитина, который обычно используют для получения детских смесей быстрого приготовления, облегчая тем самым их восстановление.
Таблица 7
Добавленные уровни полярных липидных компонентов в RTF IF при 13% общем содержании твердых веществ
Добавленный компонент (мг/л)
Человеческое молоко
А
В
С
D
Е
Дополнительная степень (% порошкообразной детской смеси)
NA
3,08
1,92
1,73
0,51
4,40
Общие фосфолипиды
300<sup>4</sup>
388
377
394
442
297
Фосфатидилхолин
75
105
102
110
88
97
Фосфатидилэтаноламин
83
109
105
108
146
57
Фосфатидилсерин
28
34
32
38
54
21
Фосфатидилинозит
16
26
25
27
40
20
Сфингомиелин
97
108
105
99
100
103
Ганглиозиды GD3+GM3
16
16
16
16
16
16
Добавленные нейтральные липиды<sup>5</sup>
NA
436
469
76
129
63
Пример 8: детские смеси
Общее содержание твердых веществ быстрого приготовления=13,0%
Соотношение сыворотка:казеин=60:40 (белок сыворотки составляет по меньшей мере 60,0% общего белка)
6
Целевой белок=14 г/л.
6,7
Целевой жиp=35, 4-37, 6 г/л.
6
Целевой углeвoд=72,1-72,9 г/л.
4
Среднее значение из диапазона, указанного Jensen (1989). Индивидуальные фосфолипиды рассчитывают на основании этого среднего значения и процентного содержания, указанного Harzer и ДР. (1983).
5
Нейтральные липиды оценивают как разницу между содержанием общих липидов и содержанием фосфолипидов. Однако это завышенная оценка, так как включает гликолипиды (например, церамиды, ганглиозиды). В более широком контексте диапазон ANZFA для жира в RTF IF составляет 21600-45000 мг/кг, то есть влияние добавленных нейтральных липидов на сбалансированный жирнокислотный профиль IF является небольшим, особенно для продуктов С, D и Е.
6
На основании уровней в «Similac Advance with Iron» и «Enfamil LIPIL with Iron», отмечая, что уровни в «Enfamil LIPIL with Iron» приводят как граммы на 100 калорий (сравнить г/100 г), так что RTF-энергетическое содержание 2800 кДж/л для данного продукта является предполагаемым.
7
Оцененные уровни для продуктов «Similac» и «Enfamil», соответственно.
Эти целевые уровни отвечают энергетическим требованиям ANZFA для детской смеси (2700-3000 кДж/л). Предполагается, что разницу между суммарным содержанием белков, углеводов и жиров и 13% общим содержанием твердых целевых веществ составляют предварительно приготовленные смеси витаминов и минералов, антиоксиданты, лецитин (используемый для получения конечной детской смеси в готовом для употребления виде) и, возможно, нуклеотиды/нуклеозиды. Количество этих компонентов обычно составляет около 3% порошкообразной детской смеси.
Смесь масел, используемая при получении детских смесей, обычно содержит смесь растительных масел для обеспечения жирнокислотного профиля, близкого к профилю человеческого молока. Растительные масла, которые обычно используются в детских смесях, представляют собой пальмовый олеин с высоким содержанием олеиновой кислоты, подсолнечное масло с высоким содержанием олеиновой кислоты, сафлоровое масло с высоким содержанием олеиновой кислоты, кокосовое масло и соевое масло. Кроме того, многие из высококачественных брендов также содержат рыбий жир/масло микроводорослей и грибковые масла (fungal oils) в качестве источников докозагексаеновой кислоты и арахидоновой кислоты, соответственно.
Детская смесь 1 (использующая порошкообразную бета-сыворотку - продукт А): питательная смесь содержащая:
а. около 46,54% лактозы;
b. около 26,92% масляной смеси (включающей 45% пальмового олеина с высоким содержанием олеиновой кислоты, 20% соевого масла, 20% кокосового масла и 15% сафлорового масла с высоким содержанием олеиновой кислоты или подсолнечного масла с высоким содержанием олеиновой кислоты);
с.около 13,85% порошкообразного снятого молока (SMP);
d. около 6,54% ALACEN 392 (80% концентрата белка молочной сыворотки);
е. около 3,15% порошка бета-сыворотки (продукт А);
f. около 3,00% предварительно приготовленной смеси витаминов и минералов, лецитина, антиоксидантов/стабилизаторов, необязательных компонентов, например, нуклеотидов.
Детская смесь 2 (использующая порошок бета-сыворотки с низким содержанием лактозы - продукт В): питательная смесь содержащая:
а. около 47,69% лактозы;
b. около 26,92% масляной смеси;
с. около 13,85% SMP;
d. около 6,54% ALACEN 392;
е. около 1,92% порошка бета-сыворотки с низким содержанием лактозы (продукт В);
f. около 3,08% предварительно приготовленной смеси витаминов и минералов, лецитина, антиоксидантов/стабилизаторов, необязательных компонентов, например, нуклеотидов.
Детская смесь 3 (использующая продукт С): питательная смесь, содержащая:
а. около 47,69% лактозы;
b. около 26,92% масляной смеси;
с. около 13,85% SMP;
d. около 6,54% ALACEN 392;
е. около 1,73% продукта С;
f. около 3,27% предварительно приготовленной смеси витаминов и минералов, лецитина, антиоксидантов/стабилизаторов, необязательных компонентов, например, нуклеотидов.
Детская смесь 4 (использующая продукт D): питательная смесь, содержащая:
а. около 46,54% лактозы;
b. около 26,92% масляной смеси;
с. около 16,15% SMP;
d. около 6,77% ALACEN 392;
е. около 0,51% продукта D;
f. около 3,11% предварительно приготовленной смеси витаминов и минералов, лецитина, антиоксидантов/стабилизаторов, необязательных компонентов, например, нуклеотидов.
Детская смесь 5 (использующая продукт Е): питательная смесь, содержащая:
а. около 50,77% лактозы;
b. около 26,92% масляной смеси;
с. около 8,23% SMP;
d. около 6,00% ALACEN 392;
е. около 4,40% продукта Е;
f. около 3,68% предварительно приготовленной смеси витаминов и минералов, антиоксидантов/стабилизаторов, необязательных компонентов, например, нуклеотидов, лецитина.
Приведенные выше примеры являются иллюстрациями практического применения изобретения. Специалисты в данной области понимают, что изобретение можно осуществить со многими вариациями и модификациями. Например, температуры и давления экстракции могут быть различными, как позволяет содержание белка и лактозы в исходном материале.
Также понятно, что молочные продукты по изобретению можно также использовать в продуктах для дерматологической или общей пользы потребителя, включая спортивное питание и пищу для пожилых людей.
Используемое в данном описании выражение "содержащий" или "включающий" означает "состоящий по меньшей мере частично из", то есть при интерпретации утверждений в данном описании, которые включают это выражение, должны присутствовать все необходимые отличительные признаки, предваряемые этим выражением в каждом утверждении, но также могут присутствовать другие отличительные признаки.