СПОСОБ ГУМАНИЗИРОВАНИЯ ОБЕЗЖИРЕННОГО МОЛОКА ЖИВОТНЫХ
METHOD FOR HUMANISATION OF SKIMMED MILK OF ANIMALS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к обработке обезжиренного молока животных, которая идеально подходит для получения молочных смесей, основных продуктов детского питания и/или пищевых продуктов, подходящих для кормления детей старше года, а также к продуктам, получаемым такой обработкой.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Человеческое (грудное) молоко является "золотым стандартом" детского питания. Обработку молока животных, например, коровьего молока, для приближения его состава к грудному молоку, называют в данной области «гуманизированием» молока животных. Способ гуманизирования молока животных включает изменение соотношения казеина и сывороточных белков, содержащихся в молоке животных (например, приблизительно 80:20 для коровьего молока) до требуемого соотношения для детского питания, составляющего в грудном молоке, например, от 75:25 до 30:70, или обычно приблизительно 40:60, которое является соотношением, присутствующим в грудном молоке на 0-6 месяце послеродового периода. Кроме того, содержание минеральных веществ в молоке животных обычно выше, чем содержание, обнаруженное в грудном молоке. Таким образом, гуманизирование молока животных также включает снижение содержания минеральных веществ.
Получение продуктов, подходящих для использования в детском питании обычно включает смешивание различных индивидуально очищенных компонентов в соответствующих соотношениях, или влажных или сухих. Современные способы производства требуют множество молочных компонентов от промежуточных поставщиков, включая обезжиренное молоко или его концентрат, включая сухое обезжиренное молоко, деминерализованную сыворотку или ее концентрат, включая сухую деминерализованную сыворотку, концентраты сывороточного белка или изоляты, обычно в виде порошков, и чистую лактозу, обычно в виде порошка, для получения питательно сбалансированной детского питания.
В публикации WO 96/08155 описывается способ обработки обезжиренного молока для производства порошкообразного сыра и сухого молока, в которых сывороточные белки удалены из обезжиренного молока микрофильтрацией (МФ) и ультрафильтрацией (УФ). На стадии ультрафильтрации используют коэффициенты объемного концентрирования 20-100. Не описывается повторное объединение МФ-ретентата и УФ-пермеата для получения детского питания, и не уделяется внимания концентрации минеральных веществ и микроэлементов, таких как фосфор.
В патенте США 5503865 раскрывается способ обработки обезжиренного молока, включающий микрофильтрацию или ультрафильтрацию. Их пермеат можно деминерализовывать, например ионным обменом и/или электродиализом с целью получения обезжиренного молочного продукта, пригодного для использования в молочных смесях. Комбинация методов фильтрации не раскрывается.
В публикации WO 2008/127104 описывается получение сывороточного белка сыворотки, содержащей остаточный бета-казеин, проведением микрофильтрации коровьего молока через мембрану с размером пор 0,3-0,5 мкм при температуре 10-20°C, необязательно с последующей стадией концентрирования. Увеличение пористости вызывает нежелательное высокое содержание казеина в потоке сыворотки.
В способе по патенту США 5169666 используются еще более низкие температуры (4°С), при которых микрофильтрацию проводят через мембраны с размером пор 0,1-0,2 мкм. При этой температуре значительное количество (бета-)казеина диссоциирует из мицелл казеина и попадает в МФ-пермеат. Кроме нежелательного высокого содержания казеина МФ-пермеат также имеет слишком высокое содержание золы, чтобы подходить для использования в молочных смесях. Меры по дальнейшему снижению содержания золы не описываются.
В патенте ЕР 1133238 описывается способ, в котором молоко животных подвергают микрофильтрации через мембрану, имеющую пористость 0,1-0,2 мкм, после чего МФ-пермеат деминерализовывают электродиализом. Содержание минеральных веществ в электродиализированном МФ-пермеате является очень низким, и требуется последующее обогащение минеральными веществами и микроэлементами для получения детского питания.
В публикации WO 2009/059266 описывается способ получения казеина из обезжиренного молока микрофильтрацией с использованием МФ-мембраны, имеющей пористость 20-200 кДа и VCF 5-6. УФ МФ-пермеата можно использовать для разделения фракции сывороточного белка на α-лактальбумин и β-лактоглобулин.
В публикации WO 2013/068653 описывается способ обработки обезжиренного молока для получения основ молочных смесей, включающий МФ молока и УФ МФ-пермеата. На стадии МФ используют коэффициенты объемного концентрирования 2-10, а на стадии УФ 10-80. Содержащий лактозу УФ-пермеат подвергают нанофильтрации (НФ) и используют без дальнейших стадий удаления минеральных веществ при получении основ молочных смесей. Несмотря на то, что это не признается авторами, такой способ будет приводить к конечному продукту, который имеет недопустимо высокое содержание минеральных веществ, в частности слишком высокое содержание двухвалентных ионов, которые не должны проникать через НФ-мембрану. Это отражено в приведенных в качестве примера молочных смесях, раскрытых в таблицах 2-7 WO 2013/068563, причем все они имеют содержание золы 0,34 вес.% или выше, в пересчете на конечный жидкий продукт, которое является неприемлемо высоким.
В данной области существует потребность в способе, который обеспечивает эффективное и рентабельное получение продуктов детского питания из обезжиренного молока животных, который преодолевает вышеуказанные недостатки, в частности в отношении стоимости требуемых стадий деминерализации и сушки и содержания минеральных веществ в конечном продукте.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Авторы изобретения установили, что обезжиренное молоко животных можно гуманизировать эффективным и дешевым способом, требующим минимума стадий обработки и обеспечивающим условия для максимального использования компонентов в обезжиренном молоке животных.
Изобретение относится к способу получения продукта-основы детского питания, включающему:
(a) микрофильтрацию (МФ) обезжиренного молока животных через мембрану, имеющую пористость 0,10-0,35 мкм и работающую с коэффициентом объемного концентрирования 1,5-8, с получением ретентата (МФР) и пермеата (МФП);
(b) ультрафильтрацию (УФ) МФП, происходящего со стадии (а) через мембрану, имеющую отсечение по молекулярной массе не более 25 кДа и работающую с коэффициентом объемного концентрирования 1,5-8, с получением ретентата (УФР) и пермеата (УФП);
(c) объединение МФР, происходящего со стадии (а), и УФР, происходящего со стадии (b), в результате которого получают композицию, имеющую весовое соотношение казеина и сывороточного белка 20:80-70:30.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Современные производители детского питания и продукта-основы детского питания в значительной степени зависят от поставок и использования высокоочищенных компонентов, таких как очищенная лактоза, деминерализованные сывороточные белки и минеральные вещества, для получения указанных композиций смешиванием этих поставляемых компонентов. Авторы настоящего изобретения разработали способ обработки обезжиренного молока животных для производства продукта-основы детского питания, который в основном исключает использование отдельных высококачественных, чистых компонентов.
Способ по настоящему изобретению имеет несколько преимуществ по сравнению с существующими способами получения продукта-основы детского питания, например потери в выходе лактозы и сыворотки во время обработки обезжиренного молока и сыворотки снижаются, например, во время общепринятой деминерализации сыворотки и кристаллизации лактозы, сложности, связанные с загрязнением мембран и отложением белкового материала, уменьшаются, применение добавок химических веществ снижается, и сточные воды в значительной степени рециркулируются в способе. В частности способ по настоящему изобретению можно осуществлять в виде способа с замкнутым циклом, в котором почти не образуются отходы. Таким образом, количество отходов и сточных потоков значительно снижается по сравнению с общепринятым способом. Кроме того, снижается потребность в энергоемких стадиях сушки и деминерализации. Более конкретно, в то время как выход лактозы в общепринятых способах очистки для производства молочных продуктов находится в диапазоне около 83-85%, в способе по настоящему изобретению выход лактозы можно повысить до более, чем 90%. Кроме того, выход казеина и сывороточных белков, а также выход минеральных веществ можно повысить до, по меньшей мере, 90 вес.% или даже выше 95 вес.%. Здесь выход представляет собой количество компонента, присутствующего в поступающем обезжиренном молоке, которое содержится в конечных основных продуктах детского питания и/или других пищевых композициях для детского питания. Таким образом, в настоящем способе используют практически все питательные компоненты обезжиренного молока животных. Следовательно, способ по настоящему изобретению оказывает более низкое влияние на окружающую среду по сравнению с общепринятым способом получения продукта-основы детского питания.
Способ по изобретению идеально подходит для получения продукта-основы детского питания. В контексте настоящего изобретения «продукт-основа детского питания» представляет собой жидкую или порошкообразную композицию, подходящую для получения молочных смесей или других пищевых композиций, подходящих для кормления младенцев. Предпочтительно настоящий способ предназначен для получения продукта-основы для молочных смесей первой ступени, молочных смесей второй ступени или молочных смесей третьей ступени, которые содержат все или почти все незаменимые компоненты в необходимых количествах для детского питания. Композиция, в которой присутствует один или более компонентов детского питания в очень малых количествах (то есть ниже нормируемого значения), также считается основным продуктом детского питания в контексте настоящего изобретения. Термин «на уровне нормируемого значения» предназначается для указания того, что содержание конкретного компонента в композиции является таким, что при получении детского питания из указанной композиции содержание этого конкретного компонента находится в пределах нормативных диапазонов этого компонента. Такие законодательные требования для молочных смесей и продукта-основы детского питания известны специалистам в данной области и могут быть получены, например, из документов EFSA и/или FDA (например, директивы ЕС 91/321/EEC, или директивы ЕС 2006/141/EC, или Свода федеральных требований, издание 21, глава 1, часть 107 Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США).
В способе по настоящему изобретению используются экономически эффективные методы мембранной фильтрации, такие как микрофильтрация (МФ), ультрафильтрация (УФ), нанофильтрация (НФ) и обратный осмос (ОO). МФ, как известно в данной области, представляет собой тип фильтрации через мембрану, имеющую пористость от 0,1-10 мкм. УФ, как известно в данной области, представляет собой тип фильтрации через мембрану, имеющую пористость 1-100 нм или отсечение по молекулярной массе (MWCO) от около 5 кДа до около 500 кДа. НФ, как известно в данной области, представляет собой тип фильтрации через мембрану, имеющую MWCO ниже приблизительно 1000 Да, обычно ниже 150 Да. ОО, как известно в данной области, представляет собой метод фильтрации, который обеспечивает проникновение только молекул растворителя, при этом удерживая все растворенные вещества. Каждую из этих стадий фильтрации можно дополнить диафильтрацией (ДФ), которая известна в данной области. Эти стадии фильтрации разделяют поступающий жидкий поток на пермеат и ретентат, при этом обычно определенные растворенные вещества концентрируются в ретентате, а другие могут проникать вместе с растворителем. «Коэффициент объемного концентрирования» или «VCF» представляет собой коэффициент, при котором жидкую композицию концентрируют во время фильтрации, то есть общий объем поступающего потока до фильтрации, разделенный на общий объем ретентата после фильтрации независимо от общего содержания сухих веществ. Таким образом, если 5 л жидкой композиции фракционируют через МФ-мембрану на 4 л пермеата и 1 л ретентата, то данный МФ-процесс проводится с VCF 5/1=5. VCFы определяются по фактическому объему в поступающем потоке, таким образом, исключая необязательно добавленную ДФ-воду.
Во всех случаях, когда определенная композиция упоминается в добавление к «происходящий с» определенной стадии способа, например, МФП, происходящий со стадии (а), указанная композиция может представлять собой композицию, которую непосредственно получают указанной стадией способа, обычно или в виде пермеата, или в виде ретентата. Кроме этого, если такую непосредственно полученную композицию подвергают одной или более дополнительным стадиям обработки, таким как частичное упаривание и/или обогащение дополнительной водой или другими компонентами, композиция по-прежнему относится к происходящей с этой определенной стадии способа. Таким образом, если пермеат со стадии МФ (а) частично упаривают до того, как его вводят на стадию УФ (b), то поступающий поток на стадию УФ относится к МФР, происходящему со стадии (а).
Исходным сырьем для настоящего способа является обезжиренное молоко животных, предпочтительно бычье обезжиренное молоко. Обезжиренное молоко животных, то есть обезжиренное молоко, отличное от грудного, предпочтительно крупного рогатого скота, можно использовать как таковое, в разбавленной или концентрированной форме, в виде концентрата обезжиренного молока, который необязательно является разбавленным, или в виде восстановленного сухого обезжиренного молоко.
Обезжиренное молоко животных можно предварительно обработать, как известно в данной области, например, для снижения бактериальной обсемененности обезжиренного молока животных. Подходящие методы включают тепловую обработку (например, стерилизацию или пастеризацию) или бактериальную микрофильтрацию. Такую бактериальную микрофильтрацию, предпочтительно через мембрану, имеющую пористость 1,0-2,0 мкм, используют для удаления бактериального загрязнения не подвергнутого тепловой обработке обезжиренного молока животных.
Стадия МФ (а)
На стадии микрофильтрации обезжиренное молоко животных разделяют на два отдельных потока, каждый из которых обогащен определенным типом белка; получают МФ-ретентат (МФР), обогащенный казеином, и MФ-пермеат (МФП), обогащенный сывороточным белком. Такое фракционирование белков по типам вызывает сопутствующие изменения в обоих потоках относительно состава питательных микроэлементов и распределения минеральных веществ.
Стадию МФ (а) осуществляют через мембрану, которая позволяет фракционировать казеин и сывороточные белки. Предпочтительно такая мембрана имеет пористость 0,10-0,35 мкм. Предпочтительно используют керамическую мембрану или спиральную (органическую) мембрану. При использовании керамической мембраны пористость предпочтительно составляет 0,10-0,30 мкм, а при использовании спиральной органической мембраны пористость предпочтительно составляет 0,10-0,35 мкм, более предпочтительно 0,15-0,35 мкм. Согласно особенно предпочтительному варианту осуществления используют керамическую или спиральную мембрану с пористостью 0,15-0,25 мкм, наиболее предпочтительно используют спиральную мембрану с пористостью 0,15-0,25 мкм. Стадию МФ (а) предпочтительно проводят с коэффициентом объемного концентрирования (VCF) 1,5-8, предпочтительно 2-5, более предпочтительно 2-4, наиболее предпочтительно 2,5-3,5. Стадию МФ предпочтительно проводят при температуре ниже 75°С, более предпочтительно от 1°C до 60°C, еще более предпочтительно от 5°C до 25°C, наиболее предпочтительно от 7°C до 15°C. Проведение стадии МФ (а) при температуре ниже 25°С, или даже ниже 15°С, является особенно предпочтительным, поскольку при таких температурах некоторое количество β-казеина, как установлено, отделятся от казеиновых мицелл, проникает через МФ-мембрану и оказывается в МФП, обогащенном сывороточным белком. Если используют данный пермеат предпочтительно после следующей стадии способа, такой как УФ, для получения продукта-основы детского питания, то фракция β-казеина в казеиновом компоненте увеличивается, что более напоминает грудное молоко. Таким образом, аминокислотный состав продукта-основы детского питания более похож на аминокислотный состав грудного молока. Кроме того, при более высоких температурах, например, выше 25°С, повышается вероятность бактериальной обсемененности обезжиренного молока животных, обработанного по изобретению, что является неприемлемым при получении пищевых продуктов для младенцев.
Согласно предпочтительному варианту осуществления стадию микрофильтрации (а) дополняют диафильтрацией (ДФ). Диафильтрацию может осуществлять разбавлением МФ-ретентата, по меньшей мере, один раз определенным количеством воды или разбавлением поступающего обезжиренного молока животных определенным количеством воды и проведением МФ разбавленного обезжиренного молока животных. Количество используемой ДФ-воды предпочтительно находится в диапазоне от 50 до 500 вес.% в пересчете на общий вес поступающего обезжиренного молока животных, более предпочтительно находится в диапазоне от 100 до 350 вес.% поступающего обезжиренного молока животных, наиболее предпочтительно находится в диапазоне от 150 до 250 вес.% поступающего обезжиренного молока животных. ДФ-воду можно добавить сразу в поступающее обезжиренное молоко животных или МФР, или общее количество ДФ-воды можно добавить в несколько фракций. После каждого добавления ДФ-воды в поступающее обезжиренное молоко животных или МФР разбавленную жидкую композицию подвергают МФ. Авторы изобретения неожиданно обнаружили, что увеличение количества ДФ-воды более 500 вес.%, в пересчете на общий вес поступающего обезжиренного молока животных, отрицательно влияет на состав МФ-ретентата, поскольку повышалось общее содержание белка в МФР (другие растворенные вещества, такие как лактоза и минеральные вещества, проникают в большей степени), а соотношение казеина и сывороточных белков снижалось, что указывает на то, что большее количество казеина проникает через МФ-мембрану и/или увеличивается загрязнение МФ-мембраны казеином. Поскольку и то и другое является нежелательным в способе по изобретению, то предпочтительно поддерживается количество ДФ-воды менее 500 вес.% поступающего обезжиренного молока животных. Составы МФР были улучшены использованием менее 500 вес.% ДФ-воды, дополнительно улучшены использованием менее 350 вес.% ДФ-воды, и еще дополнительно улучшены использованием менее 250 вес.% ДФ-воды. Кроме того, при не использовании или использовании очень маленького количества ДФ-воды содержание сывороточного белка в МФР обычно возрастает до менее предпочтительных уровней, что не улучшает фракционирование казеина и сывороточных белков. Соответственно, меньшее количество сывороточных белков может проникать через МФ-мембрану и выход сывороточных белков в МФР уменьшается, что снижает эффективность способа по изобретению. Таким образом, предпочтительно использовать более чем 50 вес.% ДФ-воды в пересчете на общий вес поступающего обезжиренного молока животных, более предпочтительно более чем 100 вес.% поступающего обезжиренного молока животных, наиболее предпочтительно более чем 150 вес.% поступающего обезжиренного молока животных.
Описанные выше параметры, такие как пористость, температура, VCF и количество ДФ-воды, каждый по отдельности, но предпочтительно в комбинации, позволяют оптимизировать получение МФ-пермеата (МФП) и МФ-ретентата (МФР), которые идеально подходят для получения детского питания, такого как детское питание первой ступени, детское питание второй ступени или детское питание третьей ступени. Белковая фракция МФР, происходящего со стадии (а), содержит очень мало сывороточного белка, предпочтительно менее 15 вес.%, более предпочтительно менее 10 вес.% в пересчете на вес белковой фракции МФР, и содержит много казеина. Предпочтительно белковая фракция содержит, по меньшей мере, 85 вес.% казеина, более предпочтительно белковая фракция содержит, по меньшей мере, 90 вес.% казеина. Общее содержание сухих веществ в МФР обычно находится в диапазоне от 5 до 20 вес.%, предпочтительно находится в диапазоне от 7 до 15 вес.% в пересчете на общий вес МФР.
Некоторое количество остаточного сывороточного белка всегда присутствует в МФР, происходящем со стадии (а), прежде всего, поскольку не вся жидкость, содержащая сывороточный белок, проходит через МФ-мембрану. В зависимости от конкретного состава обезжиренного молока животных и характера предварительной обработки может изменяться количество сывороточного белка в МФР, происходящем со стадии (а). Предпочтительно VCF тщательно выбирают для получения МФР, имеющего содержание сывороточного белка менее 15 вес.% в пересчете на вес белковой фракции.
Пред проведением стадии объединения (с) МФР, происходящий со стадии (а), предпочтительно подвергают стадии концентрирования (f) с получением концентрированного МФР. Концентрирование МФР, происходящего со стадии (а), предпочтительно можно проводить ОО, НФ, УФ и/или упариванием, более предпочтительно ОО или УФ, наиболее предпочтительно ОО. Таким образом, концентрированный МФР, например ОО-ретентат (ООР), НФ-ретентат (НФР) или УФ-ретентат (УФ2Р), считается МФР, происходящим со стадии (а), который подвергают объединению на стадии (с). Концентрирование МФР, происходящего со стадии (а), можно проводить любым способом, известным в данной области, для получения концентрированного МФР, обычно имеющего общее содержание сухих веществ 12-30 вес.%, более предпочтительно 17-24 вес.%. Обратный осмос, нанофильтрацию или ультрафильтрацию МФР, происходящего со стадии (а), предпочтительно проводят с использованием VCF 1,5-8, более предпочтительно 1,7-3, и при температуре 40-90°С, более предпочтительно 45-60°С. Авторы изобретения обнаружили, что повышение температуры также значительно облегчает фракционирование, поскольку увеличение содержания сухих веществ МФР, обогащенного казеином, вызывает увеличение его вязкости. Вязкость можно снизить повышением температуры.
Для стадии концентрирования (f), особенно предпочтительным является обратный осмос (стадия (f1)) МФР, происходящего со стадии (а), поскольку его пермеат (ООП) по существу содержит растворитель, в частности воду, и ничего другое. Стадию ОО (f1) предпочтительно проводят с использованием VCF 1,5-8, более предпочтительно 1,7-3, и при температуре 40-90°С, более предпочтительно 45-60°С. Как будет дополнительно описано ниже, он является одним из предпочтительных вариантов осуществления способа по изобретению для рециркуляции воды, происходящей со стадий концентрирования, и использования ее в качестве ДФ-воды на другой стадии фильтрации настоящего способа, такой как стадия МФ (а). ООП идеально подходит в этом отношении, поскольку он в основном представляет собой чистую воду, в то время как НФП может содержать значительные количества одновалентных ионов. Состав ООР аналогичен составу МФР, происходящего со стадии (а), только имеет повышенное общее содержание сухих веществ. Можно использовать любой ОО, как известно в данной области. Стадия ОО (f1) МФР, происходящего со стадии (а), является особенно предпочтительной, в случае если способ по изобретению осуществляют, например, для получения вторичного продукта, который дополнительно описан ниже, поскольку весь питательный материал, происходящий со стадии (а), сконцентрирован в ООР, происходящем со стадии (f1). По меньшей мере, часть данного ООР затем используют на стадии объединения (с). В одном варианте осуществления согласно изобретению оставшаяся часть считается дополнительным потоком.
В альтернативном варианте осуществления УФ (стадия (f2)) МФР, происходящего со стадии (а), является предпочтительной в качестве стадии концентрирования (f), поскольку пермеат (УФ2П) содержит минеральные вещества и лактозу. Стадия УФ (f2) предпочтительно применяется с мембраной, имеющей отсечение по молекулярной массе не более 25 кДа, более предпочтительно не более 10 кДа, и предпочтительно, по меньшей мере, 2,5 кДа, более предпочтительно, по меньшей мере, 5 кДа, VCF 1,5-8, более предпочтительно 1,7-3, и проводится при температуре 40-90°С, более предпочтительно 45-60°С. УФ2П, полученный из МФР, происходящего со стадии (а), является по существу таким же, как УФП, происходящий со стадии (b), и, таким образом, оба УФ2Па удобно объединить и затем обрабатывать вместе, как описано ниже для УФ2П, происходящего со стадии (b). В одном варианте осуществления согласно изобретению УФ2П считается дополнительным потоком. Белковый состав УФ2Р аналогичен составу МФР, происходящего со стадии (а), и, таким образом, может быть использован в качестве МФР, происходящего со стадии (а). По меньшей мере, часть УФ2Р затем можно использовать на стадии объединения (с). В одном варианте осуществления согласно изобретению оставшаяся часть считается дополнительным потоком. УФ2Р содержит в основном казеин, обычно, по меньшей мере, 75 вес.% казеина, предпочтительно, по меньшей мере, 85 вес.% казеина, более предпочтительно, по меньшей мере, 90 вес.% казеина, наиболее предпочтительно УФ2Р содержит, по меньшей мере, 95 вес.% казеина в пересчете на общий сухой вес УФ2Р. Оставшаяся часть УФ2Р может содержать компоненты, такие как сывороточные белки, лактоза, минеральные вещества и тому подобное. Таким образом, часть УФ2Р, которая не используется на стадии объединения (с), является ценным продуктом, а также может называться мицеллярным казеином.
Поскольку предпочтительно только часть МФР, происходящего со стадии (а), используют на стадии объединения (с), то в контексте настоящего изобретения оставшаяся часть МФР считается дополнительным потоком. Аналогично, в случае если таковые образуются, НФП и/или УФП также считаются дополнительными потоками. В одном особенно предпочтительном варианте осуществления способ по изобретению представляет собой способ с замкнутым циклом, в котором все фракции, полученные во время различных стадий фильтрации, используются в конечных продуктах. Таким образом, все дополнительные потоки объединяют во вторичный продукт, как дополнительно рассмотрено ниже. Для данного варианта осуществления стадия концентрирования (f) предпочтительно является стадией ОО (f1).
МФП, происходящий со стадии (а), обычно имеет общее содержание сухих веществ 0,5-5 вес.%, предпочтительно 1-3 вес.% в пересчете на общий вес МФП. Весьма предпочтительно подвергнуть МФП, происходящий со стадии (а), стадии концентрирования (g) перед тем, как подвергнуть его стадии УФ (b). Концентрирование МФП, происходящего со стадии (а), предпочтительно проводят ОO, НФ и/или упариванием, наиболее предпочтительно ОO. Соответственно, концентрированный МФП, например, ОO-ретентат (ОO2Р) или НФ-ретентат (НФР), считается МФП, происходящим со стадии (а), который подвергают УФ на стадии (b). Концентрирование МФП, происходящего со стадии (а), можно проводить любым способом, известным в данной области, для получения концентрированного МФП, обычно имеющего общее содержание сухих веществ 4-10 вес.%, более предпочтительно 6-9 вес.%. Обратный осмос или нанофильтрацию МФП, происходящего со стадии (а), предпочтительно проводят с использованием VCF 1-8, более предпочтительно 2-5. Обратный осмос МФП, происходящего со стадии (а), является особенно предпочтительным в качестве стадии концентрирования (g), поскольку его пермеат (ОO2П) по существу состоит из растворителя, в частности воды, и ничего другого. Как будет дополнительно описано ниже, он является одним из предпочтительных вариантов осуществления способа по изобретению для рециркуляции воды, происходящей со стадий концентрирования, и использования ее в качестве ДФ-воды на другой стадии фильтрации настоящего способа, такой как стадия МФ (а). ООП идеально подходит в этом отношении, поскольку он в основном представляет собой чистую воду, в то время как НФП может содержать значительные количества одновалентных ионов. Состав ОО2Р аналогичен составу МФП, происходящего со стадии (а), только имеет повышенное общее содержание сухих веществ. Можно использовать любой ОО, как известно в данной области.
Таким образом, было установлено, что поддержание пористости и VCF на стадии МФ (а), и предпочтительно температуры и количества ДФ-воды в пределах указанных диапазонов приводит и к обогащенному МФР, оптимально состоящему из казеина, и к обогащенному МФП, оптимально состоящему из сывороточного белка, что обеспечивает получение продукта-основы детского питания с минимумом стадий способа.
Стадия УФ (b)
Согласно изобретению МФП, происходящий со стадии (а), подвергают ультрафильтрации (УФ) на стадии (b), при этом большая часть жидкости и низкомолекулярных растворенных веществ оказываются в УФ-пермеате (УФП), в то время как УФ-ретентат (УФР) содержит по существу весь сывороточный белок в меньшем объеме. Мелкие молекулы, которые проникают через УФ-мембрану, представляют собой, например, лактозу, одновалентные и поливалентные ионы.
Поступающий на стадию УФ поток представляет собой жидкую композицию, происходящую из МФП. Ультрафильтрацию на стадии (b) можно осуществлять с использованием любой УФ-мембраны, известной в данной области, включая керамические мембраны, трубчатые и органические спиральные мембраны. Предпочтительно УФ-мембрана является органической спиральной мембраной. УФ-мембрана имеет отсечение по молекулярной массе, которое позволяет белкам, предпочтительно сывороточным белкам, оставаться в ретентате и позволяет низкомолекулярным растворенным веществам, например, лактозе, проникать через мембрану. Стадию УФ (b) предпочтительно осуществляют с использованием мембраны, имеющей отсечение по молекулярной массе не более 25 кДа, более предпочтительно не более 10 кДа, и предпочтительно, по меньшей мере, 2,5 кДа, более предпочтительно, по меньшей мере, 5 кДа. Стадия УФ (b) предпочтительно проводится с использованием коэффициента объемного концентрирования 1,5-8, предпочтительно 3-7, более предпочтительно 3-6. Стадию УФ (b) предпочтительно проводят при температуре ниже 40°С, более предпочтительно в диапазоне от 5°С до 25°С, еще более предпочтительно в диапазоне от 7°C до 15°C.
Описанные выше параметры, такие как MWCO, температура и VCF, каждый по отдельности, но предпочтительно в комбинации, позволяют оптимизировать получение УФ-пермеата (УФП) и УФ-ретентата (УФР), происходящих со стадии УФ (b), которые идеально подходят для получения детского питания, такого как детское питание первой ступени, детское питание второй ступени или детское питание третьей ступени. УФР, происходящий со стадии УФ (b), обычно содержит 25-50 вес.%, предпочтительно 30-40 вес.% сывороточных белков в пересчете на общий сухой вес УФР. Таким образом, УФР является обогащенным сывороточными белками. Содержание лактозы и минеральных веществ (одновалентных и поливалентных ионов) в УФР снижается по сравнению с поступающим MФП, происходящим со стадии (а), поскольку данные компоненты проникают через УФ-мембрану. Однако авторы изобретения неожиданно обнаружили, что при использовании VCF ниже 8, предпочтительно ниже 7, более предпочтительно ниже 6, оставшиеся значительные количества лактозы и минеральных веществ в УФР, обогащенном сывороточным белком, обеспечивают эффективное получение основных продуктов детского питания из него без превышения максимальных уровней этих компонентов (особенно минеральных веществ) в конечных продуктах. Использование более высоких VCFов на стадии УФ (b) снижает содержание лактозы и минеральных веществ в УФР до значений, которые ниже требуемых для молочных смесей и тому подобного, в результате чего будет необходимо значительное обогащение. Кроме того, обогащенный лактозой УФП, который получают при использовании более высоких значений VCF, имеет высокое содержание минеральных веществ, которое необходимо снизить до содержания лактозы, пригодного для получения основных продуктов детского питания. При проведении стадии УФ (b) с более низкими VCFми, такими как ниже 1,5 или ниже 3, не удаляется достаточное количество минеральных веществ из МФР, происходящего со стадии (а), в результате чего содержание определенных минеральных веществ в конечном основном продукте детского питания будет слишком высоким, в частности содержание поливалентных ионов будет слишком высоким. В случае если содержание одновалентных ионов в УФР будет слишком высоким для получения продукта-основы детского питания, данное содержание можно снизить НФ, как описано ниже.
УФР со стадии (b) обычно имеет общее содержание сухих веществ 5-20 вес.%, предпочтительно 10-15 вес.%. Весьма предпочтительно подвергнуть УФР стадии концентрирования (е) пред тем, как подвергнуть его стадии объединения (с), что приводит к более рентабельному способу, например, вследствие снижения затрат на упаривание и смешивание на конечных стадиях. Стадия концентрирования (е) предпочтительно представляет собой OO, НФ и/или упаривание, наиболее предпочтительно НФ. Таким образом, концентрированный УФР, например, OO-ретентат (OOР) или НФ-ретентат (НФ2Р), считается УФР, происходящим со стадии УФ (b), который подвергается объединению на стадии (с). Концентрирование УФР можно проводить любым способом, известным в данной области, для получения концентрированного УФР, обычно имеющего общее содержание сухих веществ 15-35 вес.%, более предпочтительно 20-30 вес.%. В случае если стадия концентрирования (е) представляет собой OO или НФ, то предпочтительно используется VCF 1-6, более предпочтительно 1,5-3. Нанофильтрация УФР является особенно предпочтительной в качестве стадии концентрирования (е), поскольку в ее пермеате (НФ2П) снижается содержание одновалентных ионов, которые способны проникать через НФ-мембрану. Таким образом, содержание одновалентных ионов в УФР, происходящем со стадии (b), снижается, обеспечивая эффективное получение продукта-основы детского питания. Такое дополнительное снижение содержания одновалентных ионов в УФР, происходящем со стадии (b), может потребоваться в зависимости от свойств и конкретного состава поступающего обезжиренного молока. Таким образом, УФР, происходящий со стадии (b), все еще может иметь слишком высокое содержание, например, ионов натрия и калия, и, таким образом, на состав конечного продукта может оказать положительный результат концентрирование УФР, происходящего со стадии (b), методом НФ в качестве стадии (е). Поскольку НФ-пермеат (НФ2П), происходящий со стадии (е), обычно представляет собой раствор одновалентных ионов в воде, то он непосредственно не подходит в качестве ДФ-воды. Следовательно, предпочтительно удалить одновалентные ионы из НФ2П методом OO, соответственно концентрированием одновалентных ионов в OO3Р и получением по существу чистой воды в виде OO3П. Предпочтительно, НФ в качестве стадии (е) применяется со спиральной мембраной, имеющей отсечение по молекулярной массе не более 500 Да, предпочтительно не более 300 Да, и, по меньшей мере, 100 Да, предпочтительно, по меньшей мере, 150 Да, и обычно проводится с использованием коэффициента объемного концентрирования 1,5-8, предпочтительно 1,8-5. НФ предпочтительно проводят при температуре ниже 40°C, более предпочтительно 3-30°C, еще более предпочтительно 5-20°C. При использовании НФ в УФР, происходящем со стадии (b), дополнительно концентрируется сывороточный белок и снижается содержание одновалентных ионов. Оставшаяся часть НФ2П и необязательно OO3Р, которые получены в предпочтительном способе стадии концентрирования (е) УФР, происходящего со стадии (b), считаются дополнительными потоками по настоящему изобретению.
УФП обогащен лактозой и минеральными веществами, и обычно имеет общее содержание сухих веществ 3-10 вес.%, предпочтительно 5-7 вес.%. Лактоза, присутствующая в УФП, выгодно используется для обогащения конечного продукта-основы детского питания, предпочтительно объединением УФП, происходящего со стадии (b), предпочтительно деминерализованного УФП, и с МФР, происходящим со стадии (а), и с УФР, происходящим со стадии (b), во время стадии объединения (с). Поскольку не вся лактоза, присутствующая в УФП, происходящем со стадии (b), может быть необходима для получения продукта-основы детского питания, имеющего требуемое содержание лактозы, то в одном варианте осуществления выгодно разделить УФП на первую часть, которая обрабатывается для обеспечения эффективного получения продукта-основы детского питания, и на вторую часть, которая обрабатывается иначе для других пищевых продуктов, предпочтительно для молочных смесей третьей ступени, как будет дополнительно описано ниже. Как упоминалось ранее, УФ2П предпочтительного варианта (f2) для стадии концентрирования (f) МФР, происходящего со стадии (а), можно объединить с УФП, происходящим со стадии (b). Такое объединение проводят или до разделения УФП, происходящего со стадии (b), на первую часть и на вторую часть, или после разделения УФП, происходящего со стадии (b). Предпочтительно если объединение проводят после разделения УФП, происходящего со стадии (b), то такое объединение происходит со второй частью УФП, происходящего со стадии (b).
Таким образом, согласно предпочтительному варианту осуществления, по меньшей мере, часть УФП, происходящего со стадии (b), обрабатывают для обеспечения эффективного получения продукта-основы детского питания. Такая обработка обычно включает снижение содержания минеральных веществ на стадии деминерализации (d), то есть снижение содержания одновалентных ионов и снижение содержания поливалентных ионов. Такая деминерализация может проводиться в виде отдельной стадии, на которой удаляются значительные количества и одновалентных, и поливалентных ионов, например, электродиализом или двухстадийного способа, при котором значительные количества одновалентных и поливалентных ионов удаляются в две отдельные стадии, например, ионным обменом или осаждением солей для удаления поливалентных ионов, и НФ для удаления одновалентных ионов. На стадии деминерализации (d) вся лактоза удерживается в УФП, происходящем со стадии (b), при этом в случае если деминерализации УФП является частью способа по изобретению, то деминерализованный УФП считается УФП, происходящим со стадии (b). Таким образом, способ по изобретению предпочтительно включает стадию (d), на которой, по меньшей мере, часть УФП, происходящего со стадии (b) является деминерализированной с получением деминерализованного УФП, и при этом деминерализованный УФП, происходящий со стадии (d), подвергают объединению на стадии (с).
Удаление поливалентных ионов обеспечивает удаление значительных количеств поливалентных ионов. Предпочтительно удаляется, по меньшей мере, 20 вес.%, или предпочтительно 50 вес.%, более предпочтительно, по меньшей мере, 70 вес.% или, по меньшей мере, 80 вес.%, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 90 вес.% поливалентных ионов, присутствующих в поступающем УФП, происходящем со стадии (b). Таким образом, УФП после удаления поливалентных ионов предпочтительно содержит, по меньшей мере, на 50 вес.% меньше поливалентных ионов, предпочтительно, по меньшей мере, на 70 вес.% меньше, более предпочтительно, по меньшей мере, на 80 вес.% меньше, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, на 90 вес.% меньше поливалентных ионов по сравнению с поступающим УФП, происходящим со стадии (b). Удаление одновалентных ионов приводит к удалению значительных количеств одновалентных ионов. Предпочтительно удаляется, по меньшей мере, 20 вес.% одновалентных ионов, более предпочтительно, по меньшей мере, 35 вес.% или, по меньшей мере, 50 вес.%, наиболее предпочтительно удаляется, по меньшей мере, 60 вес.% одновалентных ионов. Таким образом, деминерализованный УФП предпочтительно содержит, по меньшей мере, на 50 вес.% меньше ионов, предпочтительно, по меньшей мере, на 70 вес.% меньше, более предпочтительно, по меньшей мере, на 80 вес.% меньше, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, на 90 вес.% меньше ионов по сравнению с поступающим УФ-пермеатом, происходящим со стадии (b). Удаление поливалентных ионов и одновалентных ионов из УФП, происходящего со стадии (b), является особенно предпочтительным в способе по изобретению для получения продукта-основы детского питания.
Удаление поливалентных ионов и удаление одновалентных ионов, которое также можно называть стадией деминерализации (d), можно осуществлять с использованием любого метода, известного в данной области, например, электродиализа, ионного обмена, осаждения солей, кристаллизации лактозы, методов мембранной фильтрации, таких как нанофильтрация, возможно дополненная диафильтрацией, или их комбинаций. В контексте настоящего изобретения деминерализация также включает кристаллизацию лактозы из УФП, происходящего со стадии (b), и одновременное сохранение значительных количеств поливалентных ионов и одновалентных ионов в растворе. Полученная кристаллическая лактоза относится к деминерализованному УФП в контексте настоящего изобретения, поскольку он происходит со стадии УФ (b) и имеет значительные количества удаленных поливалентных ионов. Предпочтительно стадия деминерализации (d) УФП, происходящего со стадии (b), включает осаждение солей, в частности осаждение фосфата кальция, поскольку особенно фосфат имеет слишком высокое содержание в поступающем обезжиренном молоке животных для основных продуктов детского питания. Предпочтительным методом удаления одновалентных ионов является НФ. Таким образом, согласно особенно предпочтительному варианту осуществления способа по изобретению, по меньшей мере, часть УФП, происходящего со стадии (b), является деминерализованной на стадии (d) комбинацией осаждения солей и НФ. В альтернативном предпочтительном варианте осуществления на стадии деминерализации (d) содержание одновалентных и поливалентных ионов снижается одновременно фильтрацией через мембрану, имеющую MWCO 500-1000 Да, предпочтительно 500-700 Да, при этом VCF обычно выбирают таким образом, что общее содержание сухих веществ ретентата находится в диапазоне 15-30 вес.%, предпочтительно в диапазоне 20-25 вес.%, наиболее предпочтительно около 22 вес.%. Такая фильтрация применяется с незначительно более крупными порами, чем общепринятая НФ, которая обычно имеет пористость не более 300 Да. Такие более крупные поры обеспечивают проникание значительных количеств и одновалентных, и поливалентных ионов, что не достижимо общепринятой НФ, и может сопровождаться проникновением некоторого количества лактозы. Поскольку общее содержание лактозы в УФП, происходящем со стадии (b), обычно выше, чем требуемое количество лактозы, которое должно быть объединено в предпочтительном варианте осуществления стадии (с), то потеря некоторого количества лактозы в пермеате не препятствует эффективности способа по изобретению.
В одном особенно предпочтительном варианте осуществления стадия деминерализации (d) включает:
(d1) нанофильтрацию (НФ), по меньшей мере, части УФП, происходящего со стадии (b), с получением ретентата (НФ3Р) и пермеата (НФ3П);
(d2) проведение осаждения фосфатных солей кальция в НФ3Р, происходящем со стадии (d1);
(d3) удаление осажденных солей с получением деминерализованного УФП.
Согласно данному предпочтительному варианту на стадии деминерализации (d), по меньшей мере, часть УФП сначала подвергают НФ на стадии (d1) для удаления значительных количеств одновалентных ионов и для концентрирования лактозы и поливалентных ионов в НФР. Предпочтительно НФ3П затем подвергают ОO для обеспечения возможности использования полученного ОО4П в качестве ДФ-воды на другой стадии фильтрации в способе по изобретению, в частности на стадии МФ (а). НФ3Р обычно имеет общее содержание сухих веществ 15-30 вес.%, предпочтительно 20-25 вес.%, наиболее предпочтительно около 22 вес.%. Предпочтительно, стадия НФ (d1) применяется со спиральной мембраной, имеющей отсечение по молекулярной массе не более 500 Да, предпочтительно не более 300 Да, и, по меньшей мере, 100 Да, предпочтительно, по меньшей мере, 150 Да, при этом VCF обычно выбирают таким образом, что общее содержание сухих веществ в НФ3Р находится в диапазоне от 15 до 30 вес.%, предпочтительно в диапазоне от 20 до 25 вес.%, наиболее предпочтительно около 22 вес.%. Стадию НФ (d1) предпочтительно проводят при температуре ниже 40°С, более предпочтительно в диапазоне от 3°C до 30°C, еще более предпочтительно в диапазоне от 5°C до 20°C.
Затем НФ3Р подвергают осаждению фосфатных солей кальция на стадии (d2), которую предпочтительно осуществляют нагреванием НФ3Р до температуры 70°С-90°С, предпочтительно 75°С-88°С, наиболее предпочтительно 80°С-85°С. При таких температурах, по меньшей мере, часть фосфата кальция выпадает в осадок, который виден в виде белого осадка. Более высокие температуры обычно не подходят, поскольку они могут вызвать нежелательное ферментативное потемнение. Нагревание можно осуществлять любыми способами, известными в данной области, и предпочтительно осуществляют инжекцией пара в НФ3Р. Осаждение фосфата кальция можно усилить, то есть более значительная фракция фосфата кальция выпадает в осадок, увеличением рН нагретого НФ3Р до значения выше 6,5, предпочтительно в диапазоне 6,8-9,0, более предпочтительно в диапазоне 6,8-7,4, и/или добавлением других солей кальция, таких как хлорид кальция. НФ3Р обычно имеет рН 6,0-6,5, и его увеличение до значения выше 6,5, предпочтительно в диапазоне 6,8-9,0, более предпочтительно в диапазоне 6,8-7,4, может быть достигнуто добавлением основания, предпочтительно водного раствора гидроксида металла, такого как гидроксид натрия, гидроксид калия и/или гидроксид кальция. Предпочтительно, используют концентрированный раствор гидроксида натрия, более предпочтительно 20-35% (вес/объем) раствор NaOH в воде. Только требуется небольшое количество раствора основания, поскольку компоненты, которые могут действовать в качестве буфера, удаляются в результате НФ. В качестве руководства, обычно используют около 0,1-1 вес.% в пересчете на общий вес НФ3Р, предпочтительно 0,3-0,5 вес.% в пересчете на общий вес НФ3Р, около 30% (вес/объем) раствора NaOH в воде. Специалист в данной области способен регулировать это значение для изменения рН НФ3Р различными типами оснований и различными концентрациями. Поскольку содержание кальция необязательно следует снижать так же как содержание фосфата в УФП, происходящем со стадии (b), для получения основных продуктов детского питания и с кальцием и с фосфатом на уровне или ниже требуемых значений, небольшое количество дополнительного кальция, предпочтительно в виде хлорида кальция, цитрата кальция, лактата кальция, гидроксида кальция или их смесей, предпочтительно хлорида кальция, можно добавить в нагретый НФ3Р, что вызывает осаждение большего количества фосфата кальция. Использование гидроксида кальция предпочтительно приводит как к увеличению рН так и добавлению соли кальция, но возможность его применения немного затрудняется его низкой растворимостью. Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления смесь хлорида кальция и гидроксида натрия добавляют в НФ3Р для усиления осаждения фосфата кальция. Таким образом, деминерализованный УФП будет иметь содержание фосфата, которое дополнительно снижается по сравнению с содержанием кальция.
На стадии (d3) осадок, или точнее осажденные соли, удаляют из НФ3Р, происходящего со стадии (d2), с получением деминерализованного УФП. Это предпочтительно осуществляется предварительным охлаждением нагретого НФ3Р до температуры ниже 25°С, более предпочтительно в диапазоне от 5°С до 20°С, наиболее предпочтительно в диапазоне от 8°С до 15°С, до удаления осадка из НФ3Р. Быстрое охлаждение НФ3Р является особенно предпочтительным для снижения рисков нежелательного роста бактерий и минимизации повторного растворения фосфата кальция. Несмотря на то, что менее предпочтительно осадок также можно удалить из НФ3Р при повышенной температуре, например, при температуре выше 25°С. Удаление осадка на стадии (d3) удобно осуществлять разделением методом центрифугирования, декантацией в отстойнике, фильтрацией, например, МФ или УФ. Предпочтительно стадию удаления (d3) осуществляют фильтрацией, более предпочтительно УФ, при которой пропускается лактоза и растворенные минеральные вещества и удерживается осадок, который преимущественно содержит фосфат кальция. Любую УФ-мембрану, известную в данной области, можно использовать, хотя предпочтительным является использование УФ-установки. VCF на стадии УФ (d3) обычно находится в диапазоне 5-20, предпочтительно в диапазоне 10-15. Таким образом, в случае если стадию (d3) осуществляют методом УФ, то УФ-пермеат (УФ3П) содержит по существу всю лактозу, которая первоначально присутствует в поступающем УФП, происходящем со стадии (b), который подвергают стадии деминерализации (d). Таким образом, УФ3П предпочтительно используют в качестве деминерализованного УФП, в частности в качестве УФП, происходящего со стадии (b), на стадии объединения (с). Использованием данного предпочтительного способа стадии деминерализации (d) можно обеспечить снижение содержания фосфатов до 80 вес.%, даже до 90 вес.% в пересчете на содержание фосфата в УФП, происходящем со стадии (b).
Как указано, предпочтительно подвергать только ту часть УФП деминерализации, которая необходима для получения продукта-основы детского питания. Необходимое при этом количество УФП может зависеть от конкретного содержания лактозы в поступающем обезжиренном молоке и содержания лактозы в каждом МФР, происходящем со стадии (а), и УФР, происходящем со стадии (b), а также требуемого содержания лактозы в конечном основном продукте детского питания. Специалист хорошо знает требования к содержанию лактозы в основных продуктах детского питания, и знает, как определить содержание лактозы в различных жидких композициях, и, следовательно, в пределах его или ее уровня знаний определить, какая часть УФП, происходящего со стадии (b), должна быть подвергнута деминерализации. Оставшаяся часть УФП, происходящего со стадии (b), а также НФ3П и/или ОО4Р, которые получены в предпочтительном способе деминерализации, считаются дополнительными потоками по настоящему изобретению. В одном особенно предпочтительном варианте осуществления способ по изобретению представляет собой способ с замкнутым циклом, в котором все фракции, полученные во время различных стадий фильтрации, используют в конечных продуктах. Таким образом, все дополнительные потоки предпочтительно объединяют во вторичный продукт, как дополнительно рассмотрено ниже.
Стадия объединения (с)
УФР, происходящий со стадии (b), МФР, происходящий со стадии (а), и предпочтительно УФП, происходящий со стадии (b), более предпочтительно деминерализованный УФП, происходящий со стадии (d), идеально подходят для объединения с целью получения продукта-основы детского питания с требуемым содержанием белка и лактозы и требуемым весовым соотношением казеина и сывороточного белка. При этом следует понимать, что каждый раз, когда УФР, происходящий со стадии (b), МФР, происходящий со стадии (а), и/или УФП, происходящий со стадии (b), подвергают дополнительным стадиям обработки до стадии объединения (с), таким как стадия концентрирования, они по-прежнему считаются УФР, происходящим со стадии (b), МФР, происходящим со стадии (а), и/или УФП, происходящим со стадии (b), соответственно, в контексте настоящего изобретения. Количества УФР, происходящего со стадии (b), и МФР, происходящего со стадии (а), которые подвергают стадии объединения на стадии (с), выбирают таким образом, чтобы получить конечный продукт, имеющий весовое соотношение казеина и сывороточного белка в диапазоне от 30:70 до 50:50, предпочтительно в диапазоне от 35:65 до 45:55, наиболее предпочтительно в диапазоне около 40:60. Это обычно означает, что все УФР, происходящие со стадии (b), объединяют с частью МФР, происходящего со стадии (а), а оставшаяся часть МФР, происходящего со стадии (а), соответственно считается дополнительным потоком в контексте настоящего изобретения. Количество УФП, происходящего со стадии (b), более предпочтительно деминерализованного УФП, происходящего со стадии (b), выбирают таким образом, чтобы получить требуемое содержание лактозы в конечном продукте, или другими словами на уровне нормируемого значения для основных продуктов детского питания, при этом, учитывая дополнительные следовые количества лактозы, которые могут быть добавлены во время дальнейшего обогащения, например, при обогащении пребиотиками. Как указано ранее, предпочтительно стадии деминерализации (d) подвергается только та часть УФП, происходящего со стадии (b), которая необходима на стадии объединения (с) для получения содержания лактозы, требуемого для основных продуктов детского питания, а оставшаяся часть УФП, происходящего со стадии (b), относится к дополнительному потоку в контексте изобретения.
Объединение можно осуществлять в виде влажного смешивания или в виде сухого смешивания или даже их комбинации. Предпочтительно, объединение осуществляют в виде влажного смешивания, при котором жидкие композиции смешивают в соответствующих количествах. Эти жидкие композиции можно подвергать также дополнительным стадиям обработки до смешивания. Такие дополнительные стадии обработки могут включать, предпочтительно ограничены ими, концентрирование жидкого потока, предпочтительно повышение общего содержания сухих веществ, например, посредством упаривания, или частичного упаривания, или методов фильтрации, таких как нанофильтрация или обратный осмос, тепловую обработку, такую как, например, пастеризация, такая как HTST, ESL или UHT, или стерилизация, например стерилизация сухим жаром или влажным жаром, и/или обогащение дополнительной водой или другими компонентами. Предпочтительно после объединения жидкую композицию высушивают до получения порошка. Альтернативно, стадию объединения (с) осуществляют в виде сухого смешивания, при котором каждую жидкую композицию по отдельности высушивают до смешивания. Менее предпочтительна по экономическим причинам, но также включается в настоящее изобретение сушка одной или более, но не всех, жидких композиций, которые должны быть объединены до стадии (с), и стадию объединения (с) осуществляют смешиванием, по меньшей мере, одной жидкой композиции и, по меньшей мере, одной сухой или высушенной композиции. Сушку жидкой композиции или после или до смешивания можно осуществлять любыми устройствами, известными в данной области, например, распылительной сушкой, сушкой в (псевдоожиженном) слое, сушкой в барабанной сушилке, сублимационной сушкой, вальцовой сушкой и тому подобное. В особенно предпочтительном варианте осуществления сушку осуществляют с использованием распылительной сушки, которой необязательно предшествует частичное упаривание жидкости.
В особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения смешивание проводят с использованием жидких композиций в соответствующих количествах, таким образом, предпочтительно влажным смешиванием, после которого смесь высушивают, предпочтительно распылительной сушкой. Соответственно, требуется только одна стадия сушки для получения порошкообразной основы детского питания. Общепринятые способы получения основных продуктов детского питания включают несколько стадий сушки, например, сушку композиции, содержащей казеин, сушку композиции, содержащей сывороточный белок, сушку лактозы, в частности кристаллизованной лактозы. Сушка, такая как распылительная сушка, является дорогостоящей процедурой, которую обычно проводят при высоких температурах, например, выше 150°С или даже выше 180°C. Сокращение количества стадий распылительной сушки до только одной стадии значительно повышает эффективность способа. Таким образом, способ по изобретению предпочтительно не включает стадию распылительной сушки до стадии объединения (с). Кроме того, дополнительные стадии способа, такие как частичное упаривание, можно проводить до объединения или в период между объединением и распылительной сушкой, согласно данному предпочтительному варианту осуществления изобретения. Такие необязательные дополнительные стадии обработки включают, предпочтительно ограничены ими, концентрирование жидкого потока (то есть повышение общего содержания сухих веществ, например, посредством (частичного) упаривания), тепловую обработку, например пастеризацию, такую как HTST, ESL или UHT, или стерилизацию, например стерилизацию сухим жаром или влажным жаром, и/или обогащение дополнительной водой или другими компонентами.
Способом по изобретению получают продукт-основа детского питания, предпочтительно в виде порошка. Как хорошо известно в данной области, продукт-основа детского питания состоит полностью из белкового материала в требуемом количестве для получения молочных смесей и тому подобного. Предпочтительно другие компоненты, такие как минеральные вещества, витамины, лактоза, пребиотики, также присутствуют в их требуемых количествах, более предпочтительно, по меньшей мере, минеральные вещества присутствуют в требуемых количествах. Здесь требуемое количество определяется по отношению к содержанию белка в основном продукте детского питания как общее содержание сухих веществ детского питания, возможно, измененное, например, добавлением жира.
Весьма предпочтительно после объединения на стадии (с) содержание необходимых компонентов, отличных от казеина и сывороточного белка, находится на уровне нормируемого значения или ниже. Если содержание конкретного компонента ниже нормируемого значения, то можно добавить этот компонент в конечный продукт, однако, если его содержание выше нормируемого значения, то его удаление может быть проблематичным. Таким образом, цель способа по изобретению состоит в том, что содержание каждого компонента: лактозы, жира, золы, фосфора, кальция, магния, натрия, калия и хлорида, находится на уровне или ниже нормируемого значения. Предпочтительно, потребность в обогащении дополнительными минеральными веществами снижается по сравнению с известными способами. Таким образом, предпочтительно содержание, по меньшей мере, одного компонента из фосфора, кальция, магния, натрия, калия и хлорида находится на уровне нормируемого значения, более предпочтительно содержание, по меньшей мере, двух компонентов из фосфора, кальция, магния, натрия, калия и хлорида находится на уровне нормируемого значения, еще более предпочтительно содержание, по меньшей мере, трех компонентов из фосфора, кальция, магния, натрия, калия и хлорида находится на уровне нормируемого значения, еще более предпочтительно содержание, по меньшей мере, четырех компонентов из фосфора, кальция, магния, натрия, калия и хлорида находится на уровне нормируемого значения, наиболее предпочтительно содержание, по меньшей мере, пяти компонентов из фосфора, кальция, магния, натрия, калия и хлорида находится на уровне нормируемого значения. Если содержание одного или более минеральных веществ находится ниже нормируемого значения, то может быть необходимо обогащение этим конкретным минеральным веществом. Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления конечный продукт обогащают компонентами, которые находятся ниже нормируемого значения.
Таким образом, количества ионов, таких как фосфор, натрий, калий, хлор и магний находятся преимущественно в пределах требуемого диапазона, если УФР, происходящий со стадии (b), объединяют с МФР, происходящим со стадии (а), в соответствующем соотношении для получения композиции, имеющей требуемое весовое соотношение казеина и сывороточного белка.
В предпочтительном варианте осуществления способа по изобретению продукт-основа детского питания, происходящий со стадии (с), подвергают дополнительной обработке с получением детского питания первой ступени, детского питания второй ступени или детского питания третьей ступени, предпочтительно с получением детского питания первой ступени, методами, известными в данной области. В результате осуществления способа по изобретению содержание жира может быть ниже нормируемого значения для детского питания первой ступени, поскольку способ осуществляется наиболее эффективно при минимальном содержании жира в поступающем обезжиренном молоке животных. Таким образом, для дополнительной обработки с получением детского питания первой ступени, детского питания второй ступени или детского питания третьей ступени конечный продукт можно обогатить жиром, который обеспечивает обогащение специально предусмотренным жировым компонентом, который идеально подходит для детского питания. Преимущественно обогащение осуществляется пребиотиками, витаминами, пробиотиками и тому подобным, как известно в данной области. Специалист хорошо знает незаменимые и полезные компоненты для детского питания, и как их лучше всего смешивать с основным продуктом. Дополнительная обработка продукта-основы детского питания предпочтительно включает одну или более, более предпочтительно все стадии, концентрирования, влажного и/или сухого смешивания одного из вышеуказанных компонентов, предпочтительно минеральных веществ, витаминов и жиров, гомогенизирования, тепловой обработки, сушки. Добавление и/или обогащение конкретными компонентами может происходить или до, во время или после стадии объединения (с) и/или необязательно до или после стадии сушки.
Способ предпочтительно осуществляется с 1-2000 т обезжиренного молока животных, более предпочтительно 10-200 т, наиболее предпочтительно 50-100 т обезжиренного молока животных, поступающего в час. Способ предпочтительно осуществляется с производительностью 0,1-1000 т, более предпочтительно 0,5-100 т, наиболее предпочтительно 2-40 т УФП, полученного непосредственно со стадии (b) в час.
Способ по изобретению обеспечивает достаточное удаление поливалентных ионов и предпочтительно одновалентных ионов посредством стадии микрофильтрации (а) и стадии ультрафильтрации (b), предпочтительно в комбинации с деминерализацией происходящего посредством этого УФП, так что все минеральные вещества находятся на уровне или ниже их требуемого или нормируемого значения для детского питания. В случае если содержание конкретного минерального вещества находится ниже требуемого уровня, то предпочтительно добавить это минеральное вещество до нормируемого значения, например, в соответствии с директивой ЕС 91/321/EEC или директивой ЕС 2006/141/ЕС или Сводом федеральных требований, издание 21, глава 1, часть 107 Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США.
Способом по изобретению можно получить остаточную воду в нескольких точках, в частности в виде ООП, полученного, например, при концентрировании любого МФР и МФП, происходящих со стадии (а), и УФР и УФП, происходящих со стадии (b), но необязательно также со стадии сушки. В предпочтительном варианте осуществления такая остаточная вода необязательно после дополнительной очистки, например, дополнительной стадией(ями) ОО, рециркулируется в способе по изобретению предпочтительно в виде диафильтрационной воды для разбавления или разведения поступающего обезжиренного молока животных.
Получение вторичного продукта
Согласно особенно предпочтительному варианту осуществления способ по изобретению представляет собой способ с замкнутым циклом, в котором все дополнительные потоки объединяют и обрабатывают с получением вторичного продукта. Таким образом, способом по настоящему изобретению можно получить два отдельных продукта, один из которых представляет собой продукт-основа детского питания. Вторичный продукт предпочтительно представляет собой пищевой продукт, подходящий для кормления младенцев в возрасте от 6 до 36 месяцев, предпочтительно для кормления младенцев в возрасте от 12 до 36 месяцев, или компонент для пищевого продукта, пригодного для кормления младенцев в возрасте от 6 до 36 месяцев, предпочтительно для кормления младенцев в возрасте от 12 до 36 месяцев, наиболее предпочтительно вторичный продукт представляет собой молочную смесь третьей ступени. Дополнительные потоки, полученные настоящим способом, включают часть МФР, происходящего со стадии (а), и часть УФП, происходящего со стадии (b), и могут включать НФПы или ООРы, полученные на стадиях концентрирования. Такие дополнительные потоки предпочтительно объединяют и используют для получения вторичного продукта.
Обычно все сывороточные белки оказываются в основном продукте детского питания посредством использования УФР, происходящего со стадии (b). Таким образом, основной белковый материал вторичного продукта представляет собой казеин из МФР, происходящего со стадии (а). Казеин из МФР, происходящего со стадии (а), является приемлемым в питательном отношении источником белка для младенцев в возрасте от 6 до 36 месяцев. Основным источником углеводов вторичного продукта является лактоза из УФП, происходящего со стадии (b). Любой НФП или ООР, происходящий из способа по изобретению, обычно является богатым полезными минеральными веществами для младенцев в возрасте от 6 до 36 месяцев. Предпочтительно дополнительные потоки, как определено в способе по изобретению, объединяют с получением богатой казеином композиции, которая обычно содержит 50-60 вес.% белка, в пересчете на сухой вес композиции, из которого казеин предпочтительно составляет, по меньшей мере, 80 вес.%, например 85-95 вес.%, в пересчете на общий белок, а содержание углеводов обычно составляет, по меньшей мере, 30 вес.%, например, 30-40 вес.%, в пересчете на сухой вес композиции, в то время как зола, в качестве показателя для содержания минеральных веществ, предпочтительно составляет 7-14 вес.% в пересчете на сухой вес композиции.
Таким образом, объединенные дополнительные потоки являются ценной исходной точкой для получения вторичных пищевых продуктов по изобретению и, таким образом, в одном аспекте настоящее изобретение относится к богатой казеином композиции, содержащей
i) 40-50 г казеина на 100 г сухого веса, предпочтительно 43-48 г казеина на 100 г сухого веса,
ii) 30-40 г лактозы на 100 г сухого веса, предпочтительно 33-38 г лактозы на 100 г сухого веса,
iii) 5-16 г золы на 100 г сухого веса, предпочтительно 7-14 г золы на 100 г сухого веса.
Предпочтительно богатая казеином композиция также содержит
iv) 0-10 г сыворотки на 100 г сухого веса, предпочтительно 2-8 г сыворотки на 100 г сухого веса,
v) 0,1-2 г жира на 100 г сухого веса, предпочтительно 0,5-1,5 г жира на 100 г сухого веса,
vi) 0,1-5 г небелкового азота (NPN) на 100 г сухого веса, предпочтительно 1-4 г NPN на 100 г сухого веса.
В предпочтительном варианте осуществления богатая казеином композиция содержит
- 1-9 мг натрия на г сухого веса, предпочтительно 3-7 мг натрия на г сухого веса,
- 15-30 мг калия на г сухого веса, предпочтительно 20-25 мг калия на г сухого веса,
- 4-14 мг хлора на г сухого веса, предпочтительно 6-11 мг хлора на г сухого веса,
- 14-24 мг кальция на г сухого веса, предпочтительно 15-21 мг кальция на г сухого веса,
- 0,5-2,5 мг магния в г сухого веса, предпочтительно 1-2 мг магния на г сухого веса,
- 9-19 мг фосфора на г сухого веса, предпочтительно 11-17 мг фосфора на г сухого веса.
Данная богатая казеином композиция идеально подходит в качестве компонента детского питания для младенцев в возрасте от 6 до 36 месяцев, предпочтительно для младенцев в возрасте от 12 до 36 месяцев, такого как детское питание третьей ступени. Дополнительные компоненты предпочтительно добавляют в объединенные дополнительные потоки для получения вторичного продукта, такие как сывороточный белок, дополнительная лактоза или другие углеводы, жиры, витамины, минеральные вещества, пребиотики, пробиотики и другие полезные компоненты для младенцев в возрасте от 6 до 36 месяцев, предпочтительно для младенцев в возрасте от 12 до 36 месяцев, которые известны в данной области. Обогащение минеральными веществами может не требоваться или может не требоваться в значительной степени, поскольку дополнительные потоки содержат значительные количества минеральных веществ, особенно в случае если один или более УФП и/или ООР получают в виде дополнительного потока.
Белковая фракция вторичного продукта предпочтительно содержит, по меньшей мере, 50 вес.% казеина, более предпочтительно, по меньшей мере, 55 вес.% казеина, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 60 вес.% казеина, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 65 вес.% казеина, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 70 вес.% казеина, в пересчете на общий вес белка во вторичном продукте, в котором источником казеина является МФР, происходящий со стадии (а) способа по изобретению. В одном варианте осуществления белковая фракция вторичного продукта предпочтительно содержит, по меньшей мере, 80 вес.% казеина, более предпочтительно, по меньшей мере, 85 вес.% казеина, более предпочтительно, по меньшей мере, 90 вес.% казеина, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 95 вес.% казеина, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 99 вес.% казеина, в пересчете на общий вес белка во вторичном продукте, в котором источником казеина является МФР, происходящий со стадии (а) способа по изобретению. Таким образом, предпочтительно добавляют как можно меньше источника белка, отличного от МФР, происходящего со стадии (а), или даже не добавляют белок из другого источника, чем МФР, происходящий со стадии (а). Предпочтительно белок из другого источника содержит сывороточный белок. Предпочтительно белок из другого источника добавляют в таком количестве, чтобы получить весовое соотношение казеина и сывороточного белка 50:50-100:0.
Таким образом, согласно предпочтительному варианту способ по изобретению включает использование части МФР, происходящего со стадии (а), в качестве источника белка при производстве вторичного пищевого продукта, при этом вторичный пищевой продукт содержит не более 50 вес.% белка из другого источника, предпочтительно не более 45 вес.%, предпочтительно не более 40 вес.%, более предпочтительно не более 35 вес.% белка из другого источника. Кроме того, согласно предпочтительному варианту способ по изобретению включает использование части МФР, происходящего со стадии (а), в качестве источника белка при производстве вторичного пищевого продукта, при этом вторичный пищевой продукт содержит не более 20 вес.%, предпочтительно не более 10 вес.% белка из другого источника. Предпочтительно вторичный пищевой продукт подходит для кормления младенцев в возрасте от 6 до 36 месяцев, предпочтительно для кормления для младенцев в возрасте от 12 до 36 месяцев, предпочтительно старше года, более предпочтительно вторичный пищевой продукт представляет собой молочную смесь третьей ступени. Предпочтительно МФР, происходящий со стадии (а), который используют в данном варианте осуществления, представляет собой МФР, который является дополнительным потоком стадии МФ (а), или другими словами, МФР, происходящий со стадии (а), который используют в данном варианте осуществления, представляет собой МФР, который не используют на стадии (с).
В одном варианте осуществления получение вторичного пищевого продукта включает стадию объединения (h), на которой часть МФР, происходящего со стадии (а), предпочтительно дополнительный поток стадии микрофильтрации (а), объединяют с частью УФП, происходящего со стадии (b). Предпочтительно УФП, происходящий со стадии (b), который используют в данном варианте осуществления, представляет собой УФП, который является дополнительным потоком стадии УФ (b), или другими словами, УФП, происходящий со стадии (b), который используют в данном варианте осуществления, представляет собой вторую часть УФП, происходящего со стадии (b), которую не используют на стадии (d).
Особенно предпочтительно стадия объединения (h) дополнительно включает объединение с НФП или ООР, полученными на любой из необязательных стадий (d1), (е), (f1) и (g). Предпочтительно все НФПы или ООРы, полученные на необязательных стадиях (d1), (е), (f1) и (g), объединяют на стадии (h) для получения вторичного пищевого продукта.
В одном варианте осуществления согласно изобретению объединенные дополнительные потоки перед добавлением любого другого компонента, который не получают непосредственно из поступающего обезжиренного молока, подвергают стадии сушки, которую можно осуществлять любыми устройствами, известными в данной области, например, распылительной сушкой, сушкой в слое, сушкой в псевдоожиженном слое, сушкой в барабанной сушилке, сублимационной сушкой, вальцовой сушкой и тому подобным. В особенно предпочтительном варианте осуществления сушку осуществляют распылительной сушкой, которой необязательно предшествует частичное упаривание жидкости.
Настоящее изобретение также относится к пищевому продукту, пригодному для кормления младенцев в возрасте от 6 до 36 месяцев, предпочтительно старше года, предпочтительно детского питания третьей ступени, при этом пищевой продукт содержит не более 10 вес.% белка из другого источника, чем белок, содержащийся в МФР, происходящем со стадии (а). Предпочтительно добавляют как можно меньше источника белка, отличного от МФР, происходящего со стадии (а), или даже не добавляют белок из другого источника, чем МФР, происходящий со стадии (а). Предпочтительно белок из другого источника содержит сывороточный белок. Предпочтительно белок из другого источника добавляют в таком количестве, чтобы получить весовое соотношение казеина и сывороточного белка 90:10-100:0.
Еще один аспект настоящего изобретения представляет собой способ получения пищевого продукта, пригодного для кормления младенцев в возрасте от 6 до 36 месяцев, включающий:
(i) микрофильтрацию (МФ) обезжиренного молока животных через мембрану, имеющую пористость 0,10-0,35 мкм и работающую с коэффициентом объемного концентрирования 1,5-8, с получением ретентата (МФР) и пермеата (МФП);
(ii) необязательно обратный осмос (ОO) МФР, происходящего со стадии (i), с получением ретентата (ОO2Р) и пермеата (ОО2П);
(iii) объединение, по меньшей мере, части МФР, происходящего со стадии (i), или ОO2Р, происходящего со стадии (ii), в качестве источника белка с одним или более дополнительными компонентами,
при этом пищевой продукт содержит менее 50 вес.% белка из другого источника, чем белок, содержащийся в МФР, происходящем со стадии (i). Стадию (i) предпочтительно проводят идентично стадии (а). Стадию (ii) предпочтительно проводят идентично стадии (f1). Стадию (iii) можно осуществлять в виде влажного смешивания или в виде сухого смешивания или даже их комбинации. В одном варианте осуществления пищевой продукт со стадии объединения (iii) содержит менее 45 вес.%, более предпочтительно менее 40 вес.%, еще более предпочтительно менее 35 вес.% или даже менее 30 вес.% белка из другого источника, чем белок, содержащийся в МФР, происходящем со стадии (i). В одном варианте осуществления пищевой продукт со стадии объединения (iii) содержит менее 20 вес.%, более предпочтительно менее 15 вес.%, еще более предпочтительно менее 10 вес.% белка из другого источника, чем белок, содержащийся в МФР, происходящем со стадии (i). Белок из другого источника предпочтительно содержит сывороточный белок. Предпочтительно объединение осуществляется в виде влажного смешивания, при котором жидкие композиции смешивают в соответствующих количествах. Эти жидкие композиции можно также подвергать дополнительным стадиям обработки до смешивания. Такие дополнительные стадии обработки могут включать, предпочтительно ограничены ими, концентрирование жидкого потока, предпочтительно повышение общего содержания сухих веществ, например, посредством упаривания, или частичного упаривания, или методов фильтрации, таких как нанофильтрация или обратный осмос, тепловую обработку, такую как, например, пастеризация, такая как HTST, ESL или UHT, или стерилизация, например стерилизация сухим жаром или влажным жаром, и/или обогащение дополнительной водой или другими компонентами. Один или более дополнительных компонентов, которые подвергают стадии объединения (iii), предпочтительно выбирают из сывороточного белка, лактозы, сахарозы или других углеводов, жиров, витаминов, минеральных веществ, УФП, происходящего со стадии (iv), пребиотиков, пробиотиков и других полезных компонентов для младенцев в возрасте от 6 до 36 месяцев, которые известны в данной области.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления способ согласно настоящему аспекту изобретения дополнительно включает:
(iv) ультрафильтрацию (УФ) МФП, происходящего со стадии (i), через мембрану, имеющую отсечение по молекулярной массе не более 25 кДа и работающую с коэффициентом объемного концентрирования 1,5-8, с получением ретентата (УФР) и пермеата (УФП),
при этом стадия (iii) включает объединение, по меньшей мере, с частью УФП, происходящего со стадии (iv). Стадию (iv) предпочтительно проводят идентично стадии (b). Предпочтительно стадия объединения (iii) также включает объединение с одним или более дополнительными потоками, полученными способом получения продукта-основы детского питания из обезжиренного молока животных, например, НФПов или ООРов или того и другого. Предпочтительно объединенный МФР, происходящий со стадии (i), или ОO2Р, происходящего со стадии (ii), и УФП, происходящий со стадии (iv), и любой другой дополнительный поток, полученный способом по изобретению, перед добавлением любого дополнительного компонента, который не получают непосредственно из поступающего обезжиренного молока, подвергают стадии сушки, которую можно осуществлять любыми устройствами, известными в данной области, например, распылительной сушкой, сушкой в слое, сушкой в псевдоожиженном слое, сушкой в барабанной сушилке, сублимационной сушкой, вальцовой сушкой и тому подобным. В особенно предпочтительном варианте осуществления сушку осуществляют распылительной сушкой, которой необязательно предшествует частичное упаривание жидкости.
Способ в соответствии с настоящим аспектом изобретения предназначен для получения пищевого продукта, пригодного для кормления младенцев в возрасте от 6 до 36 месяцев, предпочтительно старше года, предпочтительно для получения детского питания третьей ступени, при этом пищевой продукт содержит менее 50 вес.% белка из другого источника, чем МФР обезжиренного молока животных, предпочтительно менее 45 вес.%, более предпочтительно менее 40 вес.%, еще более предпочтительно менее 35 вес.%, еще более предпочтительно менее 30 вес.% белка из другого источника, чем МФР обезжиренного молока животных, или в одном варианте осуществления пищевой продукт содержит менее 20 вес.%, более предпочтительно менее 15 вес.%, еще более предпочтительно менее 10 вес.% белка из другого источника, чем МФР обезжиренного молока животных. Данный способ представляет собой значительное улучшение по сравнению со способами уровня техники для получения пищевых продуктов, подходящих для кормления детей старше года, которые имеют высокое содержание казеина, например, менее 10 вес.% белка может быть получено из другого источника, чем МФР обезжиренного молока животных. Настоящий способ значительно экономит на сушке пищевого продукта для детей старше года, посредством добавления различных компонентов, которые все получены из того же самого обезжиренного молока животных, например, УФП, происходящего со стадии (iv), и любого НФП и/или ООР, полученного в виде дополнительного потока при получении продукта-основы детского питания из обезжиренного молока животных.
Еще одним аспектом изобретения является (продукт-)основа детского питания, получаемая способом по изобретению, как описано здесь. Еще одним аспектом изобретения является пищевой продукт, подходящий для кормления младенцев в возрасте от 6 до 36 месяцев, предпочтительно старше года, получаемая способом по изобретению, как описано здесь.
ПРИМЕРЫ
Содержания кальция, натрия, калия и магния определяли с использованием метода атомно-абсорбционной спектрометрии (ISO 8070/IDF 119). Содержание фосфора определяли с использованием молекулярно-абсорбционной спектрометрии (ISO 9874/IDF 42). Содержание белка (N×6,38) определяли с использованием FT 001/IDF 20-3, содержание казеина с использованием IDF 29-1/ISO 17997-1:2004, содержание сывороточного белка (NCN, неказеинового азота ×6,38) с использованием FT 003 и небелкового азота (как N) с использованием FT 419/IDF 20 Часть 4.
ПРИМЕР 1. ВЛИЯНИЕ ДИАФИЛЬТРАЦИИ (ДФ) НА МИКРОФИЛЬТРАЦИЮ (МФ) ОБЕЗЖИРЕННОГО МОЛОКА ЖИВОТНЫХ
Изучали влияние объема диафильтрации относительно поступающего обезжиренного молока или объема загрузки обезжиренного молока на содержание белка и состав последующего МФ-ретентата. Результаты представлены в таблице 1.
Было установлено, что при объемах диафильтрации более 200% объема загрузки обезжиренного молока увеличивалось общее содержание белка; однако соотношение казеина и сывороточного белка вышеуказанного объема диафильтрации относительно 200% загрузки обезжиренного молока оказывало отрицательное влияние, как указано, снижением соотношения казеина и сывороточного белка. Данный эффект может быть связан с проблемами загрязнения мембраны, связанного с поддержанием VCF 3 относительно потока загрузки при более высоких объемах диафильтрации.
<b>Таблица 1</b>
<b>Влияние объема диафильтрации по отношению к составу потока МФР</b>
Состав МФР
200%**
267%**
444%**
600%**
общий белок*
75,65
80,93
82,25
84,51
казеин*
69,77
74,46
73,55
73,92
сыворотка*
5,84
6,45
8,7
10,62
небелковый азот*
0,15
0,15
0,14
0,11
лактоза*
16,36
10,9
9,8
7,65
зола*
7,99
8,17
7,95
7,84
*содержание в г/100 г**объем диафильтрации в процентах от объема загрузки обезжиренного молока.
ПРИМЕР 2. МФ ОБЕЗЖИРЕННОГО МОЛОКА ЖИВОТНЫХ
2
Приблизительно 4800 кг пастеризованного (72°С×15 с) бычьего обезжиренного молока (Dairygold, Митчелстаун, Корк, Ирландия) подвергали микрофильтрации по изобретению с использованием пилотной фильтрационной установки Profrac (SPX), оснащенной последовательно двумя спиральными органическими МФ-мембранами 8" 8038 (0,2 мкм, общая площадь поверхности 71,35 м) для тангенциальной фильтрации (Synder Filtration). Процесс фильтрации проводили с использованием давления подачи 0,3 бар и давления контура 2 бар (дельта P 1,7 бар) при ~13°C, с использованием коэффициента объемного концентрирования три (VCF=3) и с использованием объема диафильтрации, соответствующего 75% потока пермеата. Продолжительность опыта составляла 24 ч с получением ретентата, обогащенного мицеллярным казеином, и пермеата, обогащенного сывороточным белком. Массовый баланс загрузки, потоков ретентата и пермеата и анализ их состава приведены в таблицах 2 и 3 соответственно. МФР был обогащен белком до уровня > 75 вес.%, в пересчете на общий сухой вес (содержит около 90 вес.% казеина в пересчете на общий белок), и общее содержание сухих веществ, по меньшей мере, 10 вес.%, в пересчете на общий вес МФР. Концентрации лактоза снизились до уровня -15 вес.%, в пересчете на общий сухой вес, и концентрации минеральных веществ, выраженные в виде золы, находились на уровне 7,4 вес.%, в пересчете на общий сухой вес. Поток МФР, полученный во время МФ, имел значительно более низкое содержание белка; -12,3 вес.%, в пересчете на общий сухой вес, который, как было показано, преимущественно был β-казеином (данные не представлены). Концентрации лактоза были очень высокими на уровне -75 вес.%, в пересчете на общий сухой вес, в то время как содержание минеральных веществ, выраженное в виде золы, составляло -8,3 вес.%, в пересчете на общий сухой вес. Концентрации одновалентных ионов для Na, K, Cl были высокими в потоке пермеата, а концентрации поливалентных ионов для Са и Р были высокими в потоке ретентата, в то время как магний находился в обоих потоках в одинаковых концентрациях.
ПРИМЕР 3. ОО МФ-ПЕРМЕАТА
Часть разбавленного МФП (-6400 кг; 1,79 вес.% сухого вещества (СВ)), полученного во время микрофильтрации, концентрировали до ~ 5,5 вес.% содержания СВ с использованием пилотной фильтрационной установки GEA Модель F, оснащенной последовательно двумя спиральными органическими ОО-мембранами 4" 3838 (Toray Filtration). Процесс фильтрации проводили с использованием давления подачи 23 бар и давления контура 25 бар (дельта P 2 бар) при ~ 10°C, с использованием коэффициента объемного концентрирования приблизительно три (VCF=3,35). Продолжительность фильтрации составляла ~ 16 ч, и получали 115 кг сухого вещества ОО-ретентата, обогащенного сывороточным белком, лактозой и минеральными веществами. Массовый баланс загрузки, потоков ретентата и пермеата и анализ их состава приведены в таблицах 2 и 3 соответственно. Результаты анализа составов ООР аналогичны значениям, представленным в таблице 3 для МФП в пересчете на сухие вещества, поскольку ОО по существу удалял только воду, которая сама по себе подходит для рециркуляции и использования в качестве диафильтрационной воды при загрузке поступающего обезжиренного молока на стадии а.
<b>Таблица 2</b>
<b>Массовый баланс для стадий фильтрации</b>
Общее содержание сухих веществ
Общая масса
Сухое вещество
Поток
г/100 г
кг
кг
Обезжиренный исходный продукт
8,74
4812
420,57
МФ-ретентат
10,67
1574
167,95
МФ-пермеат
1,79
13224
236,71
ОО-ретентат (МФП)
5,53
2085
115,29
ОО-пермеат (МФП)
нет данных
4356
нет данных
УФ-ретентат (ООР)
8,27
400
33,08
УФ-пермеат (ООР)
4,8
1671
80,23
НФ-ретентат (УФР)
19,86
112
22,23
НФ-пермеат (УФР)
1,2
216
2,59
<b>Таблица 3</b>
<b>Анализ составов исходного продукта (SM), потоков ретентата (МФР) и пермеата (МФП)</b>
SM
МФР
МФП
Общее содержание сухих веществ (г/100 г)
8,74
10,67
1,79
Белок (г/100 г сухого вещества)
38,00
78,86
12,29
Зола (г/100 г сухого вещества)
7,82
7,32
8,31
Казеин (г/100 г сухого вещества)
30,40
70,97
3,14
Сыворотка (г/100 г сухого вещества)
7,60
7,89
9,15
Лактоза (г/100 г сухого вещества)
52,10
8,27
74,96
Na (мг/г сухого вещества)
3,60
0,51
5,39
K (мг/г сухого вещества)
17,70
5,82
24,86
Cl (мг/г сухого вещества)
11,03
3,04
15,53
Ca (мг/г сухого вещества)
13,15
21,83
6,99
Mg (мг/г сухого вещества)
1,20
1,16
1,22
P (мг/г сухого вещества)
10,40
14,51
7,32
ПРИМЕР 4. УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИЯ МФП, ООР С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ КОНЦЕНТРИРОВАНИЕМ УФР НАНОФИЛЬТРАЦИЕЙ
ООР из примера 3 (2085 кг) подвергали ультрафильтрации (УФ) с использованием пилотной фильтрационной установки Модель F (GEA), оснащенной последовательно двумя спиральными органическими УФ-мембранами 4" 3838 (Synder Filtration), имеющими отсечение по молекулярной массе (MWCO) 10 кДа. Процесс ультрафильтрации проводили при 10°С с использованием коэффициента объемного концентрирования приблизительно пять (VCF=5,2) с получением ретентата (400 кг), в котором концентрировали сывороточные белки, и пермеата (1671 кг), содержащего высокие концентрации лактозы и золы. Анализ составов УФ-потоков ретентата и пермеата приведен в таблице 4.
Поток УФР имел содержание белка ~ 39 вес.%, в пересчете на общий сухой вес, и имел общее содержание сухих веществ ~ 8,0 вес.%, в пересчете на общий вес потока УФР. Концентрации золы были снижены по сравнению с поступающим потоком МФП, а также содержание лактозы, по существу поток УФР содержал весь истинный белок. Поток УФР был обогащен золой и лактозой по сравнению с и МФП, и УФР, и в то же время УФП не содержал истинного белка, он содержал значительные количества небелкового азота.
Последующее концентрирование УФР до ~ 20 вес.% СВ проводили с использованием пилотной фильтрационной установки Модель F (GEA), оснащенной последовательно двумя спиральными органическими НФ-мембранами 4" 3838 (Synder Filtration), имеющими отсечение по молекулярной массе (MWCO) 150-300 Да. Процесс НФ проводили при 10°С с использованием коэффициента объемного концентрирования приблизительно три (VCF=2,9) с получением ретентата (112 кг), в котором концентрировали сывороточные белки, и пермеата (216 кг), содержащего высокие концентрации одновалентных ионов. Анализ составов потока НФ-ретентата приведен в таблице 4. Массовый баланс для УФР, УФП, НФР и НФП приведен в таблице 2.
<b>Таблица 4</b>
<b>Анализ составов потоков ретентата (УФР) и пермеата (УФП) после УФ и потока ретентата (НФР) после НФ</b>
УФР
УФП
НФР
Общее содержание сухих веществ (г/100 г)
8,27
4,8
19,86
Белок (г/100 г сухого вещества)
38,64
3,24
40,97
Казеин (г/100 г сухого вещества)
8,96
нет данных
8,50
Сыворотка (г/100 г сухого вещества)
29,68
нет данных
32,49
NPN (г/100 г сухого вещества)
0,30
0,43
0,20
Лактоза (г/100 г сухого вещества)
54,78
87,67
54,24
Зола (г/100 г сухого вещества)
6,58
9,09
4,79
Na (мг/г сухого вещества)
5,20
6,64
3,66
K (мг/г сухого вещества)
18,49
29,01
12,14
Cl (мг/г сухого вещества)
10,93
9,65
2,74
Ca (мг/г сухого вещества)
7,09
6,54
6,75
Mg (мг/г сухого вещества)
1,01
1,17
0,97
P (мг/г сухого вещества)
6,33
7,56
5,31
ПРИМЕР 5. ЧАСТИЧНАЯ ДЕМИНЕРАЛИЗАЦИЯ УФП
Согласно изобретению и для улучшения промышленной применимости образца предпочтительно проводить частичную деминерализацию потока УФП. Желательно удалить 70% одновалентных ионов Na и К. Кроме того, желательно удалить 60% поливалентных ионов Р и Mg. Деминерализации УФП достигается посредством применения одной или комбинации следующих стадий, удаления одновалентных ионов с использованием НФ-мембраны, имеющей MWCO 150-500 Да, рН или температуры, вызывающих осаждение солей кальция/магния в виде цитрата и фосфата, или удаления одновалентных и поливалентных ионов сильно/слабо анионными/катионными ионообменными смолами или удаления одновалентных и поливалентных ионов электродиализом.
Состав УФП и требуемого деминерализованного УФП согласно изобретению приведен в таблице 5, деминерализованный УФП имел сниженные концентрации небелкового азота, золы и минеральных веществ по сравнению с загрузкой поступающего УФП, с повышенными концентрациями лактозы, выраженными на основе СВ.
<b>Таблица 5</b>
<b>Анализ состава загрузки УФП и требуемый уровень деминерализации для деминерализованного УФП</b>
УФП
Деминерализованный УФП
Общее содержание сухих веществ (г/100 г)
4,8
20
Белок (г/100 г сухого вещества)
3,24
1,30
Казеин (г/100 г сухого вещества)
нет данных
нет данных
Сыворотка (г/100 г сухого вещества)
нет данных
нет данных
NPN (г/100 г сухого вещества)
0,43
0,17
Лактоза (г/100 г сухого вещества)
87,67
95,98
Зола (г/100 г сухого вещества)
9,09
2,73
Na (мг/г сухого вещества)
6,64
1,99
K (мг/г сухого вещества)
29,01
8,70
Cl (мг/г сухого вещества)
9,65
1,93
Ca (мг/г сухого вещества)
6,54
1,31
Mg (мг/г сухого вещества)
1,17
0,47
P (мг/г сухого вещества)
7,56
3,02
ПРИМЕР 6. ОБЪЕДИНЕНИЕ
Потоки МФР и НФР объединяют в продукт-основа детского питания, имеющий весовое соотношение казеина и сывороточного белка 40:60. Для получения макропитательного состава целевого продукта-основы детского питания, как описано в таблице 5, жидкие потоки 35,5 кг МФР и 108 кг НФР смешивали для соответствия требуемому содержанию белка и соотношению казеина и сыворотки в детского питания. Недостаток содержания лактозы в детского питания, полученной смешиванием потоков МФР и НФР, восполняется смешиванием вышеуказанных потоков с 158 кг деминерализованного УФП, описанного в таблице 5. Для получения полноценной макропитательной композиции предпочтительно добавляют пребиотики и смесь жиров.
Понятно, что полученный продукт-основа детского питания точно соответствует макропитательным требованиям целевой рецептуры, и если концентрации некоторых минеральных веществ падают ниже нормируемого уровня, в частности кальция и хлорида, то их легко можно повысить после стадии объединения, используя их соли.
Кроме того, в таблицы 7 приведены аминокислоты детской детского питания, полученной по изобретению, выраженные в % грудного молока при содержании белка 2 г/100 ккал. Понятно, что концентрации цистеина и триптофана повышены по сравнению с традиционно полученной детской молочной смесью (IMF), в то время как концентрации треонина снижены, поскольку согласно изобретению не используют производные подсырной сыворотки.
<b>Таблица 6</b>
<b>Анализ состава продукта-основы детского питания, полученного смешиванием потоков МФР, УФР и деминерализованного УФП</b>
IMF (целевая)
IMF (по изобретению)
Белок (г/100 г сухого вещества)
11,2-12,5
11,8
Углевод (г/100 г сухого вещества)
48,8-59,6
51,7
Жир (г/100 г сухого вещества)
27,9-30,8
29,2
Зола (г/100 г сухого вещества)
2,00-2,5
1,3
Na (мг/100 г сухого вещества)
120-180
149,46
K (мг/100 г сухого вещества)
490-730
568,10
Cl (мг/100 г сухого вещества)
300-450
133,39
Ca (мг/100 г сухого вещества)
400-600
270,76
Mg (мг/100 г сухого вещества)
35-55
40,31
P (мг/100 г сухого вещества)
230-340
265,37
<b>Таблица 7</b>
<b>Анализ незаменимых аминокислот в детского питания, полученной по изобретению, выраженных в процентах грудного молока, по сравнению с традиционно полученной детской молочной смесью</b>
IMF (традиционно полученная)
IMF (полученная по изобретению)
цистеин
93%
105%
гистидин
124%
137%
изолейцин
108%
126%
лейцин
123%
140%
лизин
155%
167%
метионин
195%
229%
фенилаланин
96%
113%
треонин
141%
130%
триптофан
101%
142%
тирозин
105%
105%
валин
119%
145%
ПРИМЕР 7. ВАЛОРИЗАЦИЯ ПОБОЧНЫХ КОМПОНЕНТОВ МОЛОКА ПО ИЗОБРЕТЕНИЮ В ВИДЕ КАЗЕИНОВОГО БЕЛКОВОГО КОНЦЕНТРАТА
На каждую 1 т детского питания, полученной по изобретению образуются 759 кг сухого вещества (СВ) из сухих веществ молока в виде дополнительного потока. Такие дополнительные потоки включают частей МФР и потоки УФП, и как таковые также включают дополнительные минеральные вещества, удаленные во время деминерализации УФП. Комбинированный смешанный поток называют казеиновым белковым концентратом (СРС), и его состав описан в таблице 8. По сравнению с любым ранее описанным потоком поток СРС имеет самое высокое содержание золы и минеральных веществ за счет концентрирования дополнительных минеральных веществ, удаленных из УФП в этот поток.
Данный поток подходит для использования в качестве источника белка (преимущественно казеина) в рецептурах молочных смесей второй ступени (FO) и третьей ступени (GUM), в результате чего макропитательный состав можно сбалансировать смешиванием СРС с производными сладкой сыворотки, такими как лактоза, сывороточный белковый концентрат и деминерализованная сыворотка, предпочтительно вместе с пребиотиками, смесями жиров и другими питательными микроэлементами.
<b>Таблица 8</b>
<b>Состав казеинового белкового концентрата, полученного смешиванием всех дополнительных веществ молока по изобретению</b>
CPC
Казеин (г/100 г сухого вещества)
45,2
Сыворотка (г/100 г сухого вещества)
5,0
NPN (г/100 г сухого вещества)
2,0
Жир (г/100 г сухого вещества)
1,1
Лактоза (г/100 г сухого вещества)
36,1
Зола (г/100 г сухого вещества)
10,6
Минеральные вещества:
Na (мг/г сухого вещества)
4,7
K (мг/г сухого вещества)
22,6
Cl (мг/г сухого вещества)
8,6
Ca (мг/г сухого вещества)
18,4
Mg (мг/г сухого вещества)
1,5
P (мг/г сухого вещества)
13,9