НИЗКОЛАКТОЗНЫЙ И БЕЗЛАКТОЗНЫЙ МОЛОЧНЫЙ ПРОДУКТ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
LOW-LACTOSE AND LACTOSE-FREE MILK PRODUCT AND ITS MANUFACTURE METHOD

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к безлактозному или низколактозному молочному продукту и способу его получения. Лактоза в молочном сырье гидролизована полностью или частично, и белки, минеральные вещества и сахара разделены на отдельные фракции. В частности, настоящее изобретение относится к применению технологии мембранной фильтрации для разделения белков, минеральных веществ и сахаров.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известны способы получения безлактозного или низколактозного молока с использованием мембранных технологий. Также в предшествующем уровне техники известен традиционный ферментативный способ расщепления лактозы, включающий стадию добавления лактазы из грибов или дрожжей в молоко, таким образом, что более 80% лактозы расщепляется на моносахариды, то есть, глюкозу и галактозу.
Существует несколько способов мембранной фильтрации растворов для удаления лактозы из молочного сырья. Как правило, используют четыре основных способа мембранной фильтрации: обратный осмос (RO), нанофильтрацию (NF), ультрафильтрацию (UF) и микрофильтрацию (MF). Из них для отделения лактозы от молока по существу подходит UF. Обратный осмос, как правило, применяют для концентрирования, ультра- и микрофильтрацию для фракционирования и нанофильтрацию для обоих, и для концентрирования и для фракционирования. Способ удаления лактозы на основе мембранной фильтрации описан в публикации WO 00/45643, где, например, лактозу удаляют ультрафильтрацией и диафильтрацией. При проведении процессов фильтрации, часто возникает проблема получения побочных фракций, таких как фракции пермеата или лактозы. В опубликованной патентной заявке US 2007/0166447 описывается применение содержащей лактозу фракции NF ретентата, полученной, как побочная фракция, в качестве сырьевого материала для ферментации, например, при получении йогурта.
Последние исследования были сосредоточены на мембранной фильтрации молока и применении такого фильтрованного с низким содержанием углеводов молока при получении молочных продуктов, таких как сыр, мороженое и йогурт. Традиционные, известные многостадийные способы мембранной фильтрации включают несколько различных процессов, включающих отдельное добавление воды, которая не является водой из молочного сырья, для разбавления компонентов молока и для получения подходящей сладости в молочных продуктах с низким содержанием углеводов (то есть, лактозы). В частности, из предшествующего уровня техники известно, что проблема связана с продуктом, содержащим жидкость, которая полностью получена не из оригинального молочного сырья и не может называться молоком. Также известны способы, в которых остаточную лактозу не удаляют из молочного сырья до проведения мембранной фильтрации.
Из уровня техники известно, что проблема, связанная с мембранными технологиями, состоит, как правило, в том, что во время ультрафильтрации из молока удаляется не только лактоза, но также и некоторые минеральные вещества, которые оказывают значительное воздействие на вкус молока и молочных продуктов, полученных из него. В частности, в предшествующем уровне техники проблема состоит в контроле содержания минеральных веществ и избыточной потере в результате известных процессов, следовательно, эти минеральные вещества, как правило, должны быть возвращены или добавлены отдельно.
Также часто при проведении мембранных процессов получают, например, вторичные потоки, содержащие сахара и минеральные вещества, которые не могут быть эффективно использованы и также увеличивают количество сточных вод, требуют последующей обработки и увеличивают стоимость.
В публикации WO 2005/074693 описывается применение мембранной технологии при получении безлактозного молока. Он представляет собой традиционный способ, в котором ретентат ультрафильтрации разбавляют водой с получением в результате содержания лактозы около 3,0%. Остаточную лактозу гидролизуют ферментативно.
В WO 03/094623 A1 описан способ, в котором молочный продукт подвергают ультрафильтрации, нанофильтрации и концентрированию с использованием обратного осмоса, после которого минеральные вещества, удаленные во время ультрафильтрации, возвращают в UF ретентат. Остаточную лактозу полученного таким образом низколактозного молочного продукта гидролизуют лактазным ферментом до моносахаридов, получая, таким образом, по существу безлактозный молочный продукт. При этом способе лактозу удаляют из молока без оказания негативного воздействия на органолептические свойства полученного молочного продукта. При таком способе потеря бивалентных минеральных веществ, таких как кальций и магний, может быть значительной. Также при таком способе появляются вторичные потоки, содержащие минеральные вещества, которые не могут быть использованы в способе и которые требуют последующей обработки. Для решения этих проблем необходимы более простые и более эффективные способы.
В KR 20040103818 описан способ получения низколактозного молока, включающий нанофильтрацию молока, гидролизованного лактазой для частичного удаления галактозы и глюкозы, и добавление воды в прошедший нанофильтрацию ретентат для достижения подходящей сладости. У Choi et al. (Asian-Aust. J. Anim. Sci 20 (6) (2007) 989-993) описывается способ получения молока с гидролизованной лактозой, где молочное сырье подвергают гидролизу β-галактозидазой (5 000 единиц лактазной активности/г, Validase, Valley Research) частично (0,03%; 4°C, 24 часа) или «полностью» (0,1%; 40 ч), тепловой обработке для инактивации ферментов (72°C, 5 минут), охлаждают до температуры в пределах от 45 до 50°C, и подвергают нанофильтрации под давлением в пределах от около 9 до 10 бар (от 130 до 140 фунтов на квадратный дюйм; фактор концентрирования 1,6). В NF ретентат добавляют воду и проводят тепловую обработку при температуре 65°C в течение 30 минут. Способы, описанные в указанных публикациях и включающие стадию гидролиза, тепловую обработку фермента, нанофильтрацию и добавление воды, не подходят в качестве таковых для получения молочных продуктов без отдельного добавления воды. Также способ включает отдельную тепловую обработку для инактивации фермента и для решения микробиологических проблем на стадии фильтрации (то есть, на NFфильтрации в теплых условиях). Строгие требования гигиены в процессе получения молока также накладывают ограничения на промышленные способы. При промышленной обработке молочного сырья и мембранных способах, например, для решения микробиологической проблемы, как правило, желательна температура 10°C.
Следовательно, продолжает существовать необходимость также в способах контроля вторичных потоков и их более эффективного использования по сравнению с настоящим временем, что также дает возможность новых применений. Следовательно, способы становятся еще более эффективными. Однако очень трудно получить молочные продукты, полностью без пороков по вкусу и структуре, отвечающие ожиданиям потребителей по органолептическим показателям, получаемые экономично и просто без отдельного добавления воды.
Авторы настоящего изобретения неожиданно разработали способ получения безлактозных или низколактозных молочных продуктов, полностью свободных от органолептических недостатков, без больших затрат. Способ по изобретению позволяет осуществить более эффективный и простой контроль компонентов молока по сравнению с традиционными способами без излишне больших затрат и позволяет минимизировать потери. Дополнительно способ по изобретению не требует отдельного добавления воды в молочный продукт. Также способ позволяет избежать появления вторичных потоков, требующих последующей обработки, что делает способ более эффективным.
СУЩЕСТВО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к новому решению, позволяющему избежать необходимости отдельного добавления воды, что является проблемой при получении безлактозных и низколактозных молочных продуктов с низким содержанием углеводов и при получении обогащенных белком молочных продуктов и продуктов с модифицированной белковой композицией, и избежать проблем, связанных с органолептическими свойствами, в частности, вкусом, такие молочные продукты получают способом, включающим гидролиз лактозы в молочном сырье, разделение на различные фракции: белки, сахара и минеральные вещества полученного гидролизованного молочного сырья проведением мембранных технологий. Из разделенных фракций может быть получен заданный молочный продукт без какого-либо отдельного добавления воды.
Способ по изобретению относится к получению безлактозного и низколактозного молочного продукты, и характеризуется признаками независимого пункта формулы изобретения. Также настоящее изобретение относится к безлактозному или низколактозному молочному продукту, полученному из различных фракций, полученных способом по изобретению. Посредством способа по изобретению можно упростить и улучшить способ получения безлактозных или низколактозных молочных продуктов, при этом отсутствует необходимость в отдельном добавлении/внесении воды, солей и/или белка, побочные продукты по существу подходят для различных применений с использованием той же самой промышленной установки.
Все побочные продукты, полученные способом по изобретению, представляют собой традиционные молочные продукты, и образовавшиеся вторичные потоки могут быть дополнительно использованы в способе по изобретению. Способ не приводит к получению продуктов или вторичных потоков, которые должны быть подвергнуты обработке или отделены особым способом, что означает, что количество сточных вод минимизировано.
В частности, дополнительно избегаются потери белка и минеральных веществ, типичные для безлактозных или низколактозных молочных продуктов, и по существу в способе улучшено возмещение разведенных водой растворов.
Также настоящее изобретение относится к простому, экономичному, промышленно применимому и не требующему дополнительных затрат способу.
Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что полный или частичный гидролиз лактозы в молочном сырье и проведение мембранной фильтрации гидролизованного молочного сырья позволяет эффективно контролировать сточные воды и соотношение минеральных веществ и белка. Следовательно, настоящее изобретение относится к способу обработки компонентов молочного сырья - гидролизованного обезжиренного молока, позволяющему, таким образом, эффективно утилизировать потоки, получаемые в способе, в том числе к разведенным водным растворам без необходимости отдельного добавления воды в способе.
Молочный продукт, полученный способом по изобретению, имеет заданные органолептические свойства, содержит мало углеводов и содержит питательные компоненты по меньшей мере в количестве, сравнимом с таковым в обычном молоке.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Один объект изобретения относится к способу получения безлактозного или низколактозного молочного продукта, способ включает:
a) гидролиз лактозы в молочном сырье и подвергание молочного сырья мембранной фильтрации,
b) дальнейшую обработку по меньшей мере части одной или более фракций, полученных на стадии a) посредством мембранной технологии,
c) если требуется, подвергание по меньшей мере части одной или более фракций, полученных на стадии a) и/или b) выпариванию и/или хроматографическому разделению для разделения белков, сахаров и минеральных веществ на различные фракции,
d) составление молочного продукта с заданной композицией и сладостью из одной или более фракций, полученных на стадии a), и/или одной или более фракций, полученных на стадии b), и возможно одной или более фракций, полученных на стадии c), и других ингредиентов, по существу без добавления воды и без добавления лактазного фермента в составленный молочный продукт для гидролиза остаточной лактозы в продукте,
e) если требуется, концентрирование продукта, полученного на стадии d), с получением концентрата или порошка.
В контексте настоящего изобретения молочное сырье относится к молоку, сыворотке и комбинациям молока и сыворотки, как таковых или в виде концентрата. В молочное сырье могут быть добавлены ингредиенты, как правило, используемые при получении молочных продуктов, такие как фракции жира, белка или сахаров, или аналогичного им. Следовательно, молочное сырье может представлять собой, например, цельное молоко, сливки, молоко с низким содержанием жира или обезжиренное молоко, прошедшее ультрафильтрацию молоко, прошедшее диафильтрацию молоко, прошедшее микрофильтрацию молоко, прошедшее обработку протеазой молоко, молоко, восстановленное из сухого молока, натуральное молоко или их комбинацию или раствор любых из них. Предпочтительным молочным сырьем является обезжиренное молоко.
На стадии a) способа по изобретению лактозу молочного сырья гидролизуют до моносахаридов, как известно из предшествующего уровня техники. В одном варианте настоящего изобретению стадию гидролиза лактозы и стадию мембранной фильтрации для разделения компонентов молока проводят одновременно. В другом варианте настоящего изобретения гидролиз лактозы проводят перед стадией мембранной фильтрации. В другом варианте настоящего изобретения гидролиз проводят полностью (полный гидролиз) перед проведением мембранной фильтрации. В другом варианте способа по изобретению гидролиз проводят частично перед проведением стадии фильтрации, и гидролиз лактозы частично гидролизованного молочного сырья продолжают одновременно с проведением фильтрации частично гидролизованного молочного сырья, то есть, разделением компонентов молока. Гидролиз лактозы может продолжаться, пока не инактивирован фермент лактаза, например, проведением тепловой обработки на последней стадии составленного молочного продукта, или различных фракций, полученных по изобретению. Согласно варианту настоящего изобретения мембранная фильтрация на стадии a) представляет собой ульрафильтрацию (UF).
Полный гидролиз означает, что гидролизованное молочное сырье полностью свободно от лактозы, то есть содержание лактозы в гидролизованном молочном сырье составляет менее 0,5%. Частичный гидролиз означает, что содержание лактозы в гидролизованном молочном сырье составляет более 0,5%.
На стадии b) способа по изобретению молочное сырье, содержащее лактозу со стадии a), подвергают дальнейшей обработке мембранной фильтрацией для разделения на различные фракции: белки, сахара и минеральные вещества. Стадия b) может включать несколько последовательных стадий мембранной фильтрации. В одном варианте настоящего изобретения стадию b) проводят при изменяющихся условиях мембранной фильтрации, технологических параметрах и/или различных типах мембран. Изменяющиеся условия могут представлять собой, например, температуру фильтрации, давление фильтрации, добавление стадии диафильтрации, и/или фактор концентрирования фильтрации. Условия могут быть изменены по одному или более показателю. Подходящие мембранные технологии для дальнейшей обработки представляют собой, например, нанофильтрацию (NF) и обратный осмос (RO), в частности, нанофильтрацию. Если требуется, две или более фракции ретентата или пермеата, полученные со стадии мембранной фильтрации, могут быть скомбинированы для последующей стадии мембранной фильтрации.
В соответствии со стадией c) способа по изобретению, если требуется, по меньшей мере часть одной или более фракции ретентата и пермемта, полученной на стадии a) и/или b), подвергают дальнейшей обработке выпариванию и/или хроматографическому разделению для дополнительного улучшения разделения белков, сахаров и минеральных веществ. Существенным по изобретению является то, что дальнейшая обработка может быть проведена без добавления воды.
Также при необходимости, в одной или более стадии могут быть скомбинированы различные способы разделения.
В одном варианте настоящего изобретения NF пермеат, полученный при проведении нанофильтрации гидролизованного молочного сырья, используют в качестве воды при диафильтрации (DF) в способе по изобретению. NF пермеат, полученный по изобретению может быть использован не только в способе по изобретению, но также в других способах мембранной фильтрации. В конкретном варианте настоящего изобретения NF пермеат, полученный из UF пермеата при проведении нанофильтрации гидролизованного молочного сырья.
В одном варианте настоящего изобретения ретентат, полученный при проведении ультрафильтрации на стадии a), и пермеат, полученный при проведении нанофильтрации пермеата ультрафильтрации, повторно используют в молочном сырье, обрабатываемом на стадии a).
Белок, сахара и минеральные вещества гидролизованного молочного сырья разделяют посредством мембранной технологии предпочтительно проведением ультрафильтрации на первой стадии при таких условиях, что сахара остаются в ретентате в низких пределах.
TM
Подходящие ультрафильтрационные мембраны включают, например, HFK-131 (Koch membrane systems, Inc., США). Подходящие нанофильтрационные мембраны включают, например, Desal 5 DL (GE Osmonics, США), Desal 5 DK (GE Osmonics, США), TFC SR3 (мембранные системы Koch (Koch membrane system), Inc., США), FILMTEC NF (Dow, США). Подходящие мембраны для обратного осмоса включают, например, TFC HR (мембранные системы Koch (Koch membrane system), Inc., USA) и FILMTEC FT30 (Dow, США).
Фактор концентрирования (K) относится к массовому соотношению между жидкостью, поданной на фильтрацию, и ретентатом, и его определяют по следующей формуле:
K= подаваемый материал (кг)/Ретентат (кг).
В способе по изобретению ультрафильтрацию предпочтительно проводят с фактором K= от 1 до 10, более предпочтительно K= от 2 до 6, и нанофильтрацию предпочтительно проводят с фактором K= от 1 до 10, более предпочтительно K= от 2 до 6. Если используют диафильрацию, фактор концентрирования может быть значительно выше.
В соответствии со стадией d) способа по изобретению безлактозный или низколактозный молочный продукт с заданной композицией и сладостью составляют из одной или более фракций, полученных при проведении мембранной фильтрации(й) гидролизованного молочного сырья и, если требуется, также из одной или более фракций, полученных при проведении дальнейшей обработки выпариванию и/или хроматографическому разделению. Указанные фракции также могут быть использованы при составлении композиций молочных продуктов с низким содержанием углеводов и молочных продуктов, обогащенных белком, и молочных продуктов с модифицированными белковыми композициями. Также в продукт могут быть добавлены другие ингредиенты. Молочный продукт составляют по существу без добавления воды, в таком случае фракция или фракции гидролизованного молочного сырья, полученные способом по изобретению, используют в качестве жидкости, требуемой при составлении композиции продукта. В качестве такой добавляемой жидкости могут быть, в частности, RO пермеат, NF пермеат или вода, конденсировавшаяся во время концентрирования или выпаривания гидролизованного молочного сырья. В одном варианте настоящего изобретения NF пермеат получают при проведении нанофильтрации UF пермеата гидролизованного молочного сырья.
Также в качестве жидкости частично может быть использована водопроводная вода. В контексте настоящего изобретения используемый термин «по существу без добавления воды» означает, что по меньшей мере 50% водопроводной воды заменено фракцией, полученной при осуществлении способа по изобретению.
Если требуется, безлактозный или низколактозный молочный продукт, полученный способом по изобретению, может быть концентрирован с получением концентрированного молока или сухого молока.
Молочный продукт, полученный способом по изобретению, представляет собой безлактозный или низколактозный молочный продукт. Используемый в описании настоящего изобретения термин "низколактозный" относится к молочному продукту с содержанием лактозы не более 1,0%. Используемый в описании настоящего изобретения термин "безлактозный" относится к молочному продукту с содержанием лактозы не более 0,5 г/порцию (например, 0,5 г/244г жидкого молока, максимальное содержание лактозы составляет 0,21%), но не более 0,5%. В соответствии с настоящим изобретением можно получить молоко с низким содержанием углеводов, в органолептических свойствах которого отсутствуют пороки. Дополнительно, потеря белка, содержащегося в молочном сырье, минимизирована и отсутствует необходимость в добавлении/отдельном внесении минеральных веществ и/или белка.
Способ по изобретению является простым и пригоден для промышленного применения.
Способ по изобретению может быть проведен как периодически, так и непрерывно. Предпочтительно способ по изобретению проводят как периодический.
Второй объект изобретения относится к способу получения безлактозного или низколактозного молочного продукта, содержащего по меньшей мере одну или более фракцию гидролизованного молочного сырья, полученного при проведении одной или более мембранной фильтрации гидролизованного молочного сырья. В одном из вариантов настоящего изобретения безлактозный или низколактозный молочный продукт включает по меньшей мере одну фракцию UF ретентата, UF пермеата, NF ретентата, NF пермеата, DF ретентата, DF пермеата, RO ретентата и RO пермеата. В конкретном варианте настоящего изобретения получают молочный продукт по изобретению, обогащенный белком в форме DF ретентата.
Еще один объект изобретения относится к безлактозному или низколактозному молочному продукту, полученному способом, включающим стадии:
a) гидролиз лактозы в молочном сырье и подвергание молочного сырья мембранной фильтрации,
b) дальнейшую обработку по меньшей мере части одной или более фракций, полученных на стадии a) при проведении мембранной фильтрации,
c) если требуется, подвергание по меньшей мере части одной или более фракций, полученных на стадии a) и/или b), выпариванию и/или хроматографическому разделению для разделения белков, сахаров и минеральных веществ на различные фракции,
d) составление молочного продукта с заданной композицией и сладостью из одной или более фракций, полученных на стадии a), и/или и одной или более фракций, полученных на стадии b), и возможно одной или более фракций, полученных на стадии c), и других ингредиентов, по существу без добавления воды и без добавления лактазного фермента в составленный молочный продукт для гидролиза остаточной лактозы в продукте,
e) если требуется, концентрирование продукта, полученного на стадии d), с получением концентрата или порошка.
Как указано выше, NF пермеат, полученный при проведении нанофильтрации гидролизованного молочного сырья, может быть использован в качестве воды при проведении процессов мембранной фильтрации. Указанный NF пермеат может быть по существу использован при проведении диафильтрации или диафильтраций способа по изобретению. В одном варианте настоящего изобретения NF пермеат получают при проведении нанофильтрации UF пермеата гидролизованного молочного сырья.
Фракция сахаров, содержащая глюкозу и галактозу, и полученная при проведении мембранной фильтрации гидролизованного молочного сырья, может быть использована в качестве подсластителя или в процессах ферментации при получении, например, кисломолочных продуктов. Фракция сахаров может быть получена, как UF пермеат, полученный при проведении ультрафильтрации гидролизованного молочного сырья, или как NF ретентат, полученный при проведении нанофильтрации. Фракция сахаров может быть получена по существу как NF ретентат, полученный при проведении нанофильтрации пермеата ультрафильтрации гидролизованного молочного сырья. По сравнению с фракциями, содержащими лактозу, указанные фракции, содержащие глюкозу и галактозу, полученные как результат гидролиза, находятся в более легко и непосредственно используемой форме для заквасочных культур при получении, например, кисломолочных продуктов. Следовательно, фракции, содержащие глюкозу и галактозу, полученные способом по изобретению, могут быть использованы в качестве ферментируемого сахара или ферментируемых сахаров в процессах ферментации.
Следующие не ограничивающие примеры вариантов настоящего изобретения приведены для его иллюстрации.
Пример 1: Ультрафильтрация гидролизованного обезжиренного молока в холодных условиях (K=1,9).
2
Обезжиренное молоко (40 л) гидролизуют (6°C, 18 ч) посредством лактазы Godo YNL2 (Godo Shusei Company, Япония) с дозировкой 0,15%. Полностью гидролизованное обезжиренное молоко подвергают ультрафильтрации посредством мембраны HFK-131 (Koch Membrane Systems inc., США) при температуре в пределах от 9 до 19°C и давлении в пределах от 4,5 до 5,0 бар. Скорость потока пермеата составляет в пределах от 3,8 до 6,5 л/мч. Ультрафильтрацию проводят непрерывно до достижения фактора концентрирования 1,9, то есть, когда объем UF ретентата составляет 21 л, и объем UF пермеата составляет 19 л.
Образцы забирают из подаваемого материала (гидролизованное обезжиренное молоко), UF ретентата и UF пермеата, и определяют в образцах содержание от общей массы белка, сухих веществ, глюкозы, галактозы, золы (Таблица 1).
UF ретентат используют при составлении композиции молочного напитка (Пример 9; Таблицы 10 и 11).
<b>Таблица 1</b>Композиции подаваемого материала, ретентата и пермеата, прошедшего ультрафильтрацию гидролизованного обезжиренного молока
Композиция
Подаваемый материал (гидролизованное обезжиренное молоко)
UF ретентат
UF пермеат
Белок, (%)
3,61
6,34
-
Зола, (%)
0,78
0,99
0,45
Глюкоза, (%)
2,49
2,50
2,62
Галактоза, (%)
2,24
2,34
2,40
Сухие вещества,(%)
9,07
11,8
5,59
Пример 2: Ультрафильтрация гидролизованного обезжиренного молока в теплых условиях (K=4).
2
Обезжиренное молоко (40 л) гидролизуют (6°C, 22 ч) посредством лактазы Godo YNL2 (Godo Shusei Company, Япония) с дозировкой 0,15%. Полностью гидролизованное обезжиренное молоко подвергают ультрафильтрации посредством мембраны HFK-131 (Koch Membrane Systems inc., США) при температуре в пределах от 45 до 50°C и давлении в пределах от 1 до 3,5 бар. Скорость потока пермеата составляет в пределах от 7,8 до 10,3 л/мч. Ультрафильтрацию проводят непрерывно до достижения фактора концентрирования 4, то есть, когда объем UF ретентата составляет 10 л, и объема UF пермеата составляет 30 л.
Образцы забирают из подаваемого материала (гидролизованное обезжиренное молоко), UF ретентата и UF пермеата, и определяют в образцах содержание от общей массы белка, сухих веществ, глюкозы, галактозы, золы (Таблица 2).
UF ретентат используют при составлении композиции молочного напитка (Пример 9; Таблицы 12), при составлении композиции ароматизированного молочного напитка используют (Пример 10; Таблица 13), при составлении композиции молочного напитка, содержащего сывороточный белок, (Пример 11; Таблица 15).
UF пермеат подвергают дополнительной обработке нанофильтрацией (Пример 3).
<b>Таблица 2</b>Композиции подаваемого материала, ретентата и пермеата, прошедшего ультрафильтрацию гидролизованного обезжиренного молока
Композиция
Подаваемый материал (гидролизованное обезжиренное молоко)
UF ретентат
UF пермеат
Белок, (%)
3,64
12,5
-
Зола, (%)
0,78
1,50
0,44
Глюкоза, (%)
2,50
2,17
2,63
Галактоза, (%)
2,20
2,08
2,46
Сухие вещества,(%)
9,05
18,4
5,88
Пример 3: Нанофильтрация пермеата, полученного при проведении ультрафильтрации гидролизованного обезжиренного молока (K=2).
2
Эксперимент Примера 2 непрерывно продолжают проведением нанофильтрации пермеата ультрафильтрации до достижения фактора концентрирования 2 посредством мембраны Filmtec NF (Dow, США) при температуре фильтрации в пределах от 10 до 16°C. Скорость потока пермеата составляет 10 л/мч, и давление в пределах от 11 до 17 бар. Подаваемый материал составляет 29,5 л, NF ретентат составляет 14,5 л, и NF пермеат составляет 15 л.
Образцы забирают из подаваемого материала,NF ретентата и NF пермеата, и определяют в образцах содержание от общей массы белка, сухих веществ, глюкозы, галактозы, золы. Результаты приведены в Таблице 3.
NF пермеат используют в Примере 5 на стадии диафильтрации.
Также NF пермеат используют при составлении композиции молочных напитков (Пример 9; Таблицы 10 и 12).
<b>Таблица 3</b>Нанофильтрация UF пермеата гидролизованного обезжиренного молока. Композиции подаваемого материала, ретентата и пермеата
Композиция
Подаваемый материал (гидролизованный UF пермеат) (Пример 2)
NF ретентат
NF пермеат
Зола, (%)
0,47
0,70
0,20
Глюкоза, (%)
2,55
4,87
0,21
Галактоза, (%)
2,36
4,29
0,15
Сухие вещества,(%)
5,7
10,3
0,62
Пример 4: Двухфазовая нанофильтрация пермеата ультрафильтрации гидролизованного молока (K=4, K=4).
2
Пермеат ультрафильтрации гидролизованного молока подвергают нанофильтрации посредством мембраны Desal 5 DL до достижения фактора концентрирования 4. Температура фильтрации составляет в пределах от 44 до 47°C, скорость потока пермеата составляет 10 л/мч, и давление составляет в пределах от 3 до 6 бар. Подаваемый материал составляет 40 л, NF ретентат I составляет 10 л, и NF пермеат I составляет 30 литров.
Образцы забирают из подаваемого материала, NF ретентата I и NF пермеата I, и определяют в образцах содержание от общей массы сухих веществ, глюкозы, галактозы, золы. Результаты приведены в Таблице 4.
<b>Таблица 4</b>Нанофильтрация пермеата ультрафильтрации гидролизованного молока. Композиции подаваемого материала, ретентата и пермеата
Композиция
Подаваемый материал (гидролизованный UF пермеат)
NF ретентат I
NF пермеат I
Зола, (%)
0,46
0,87
0,31
Глюкоза, (%)
2,51
3,21
2,32
Галактоза, (%)
2,33
3,05
2,19
Сухие вещества,(%)
5,67
8,03
4,83
2
Пермеат (NF пермеат I) первой нанофильтрации подвергают нанофильтрации на второй фазе посредством NF мембраны Filmtec до достижения фактора концентрирования 4. Температура фильтрации составляет в пределах от 10 до 24°C, скорость потока пермеата составляет в пределах от 11 до 3,2 л/мч, и давление составляет в пределах от 11 до 24 бар. Подаваемый материал составляет 28,5 л, NF ретентат II составляет 6 л, и NF пермеат Il составляет 22,5 л.
Образцы забирают из подаваемого материала,NF ретентата II и NF пермеата II, и определяют в образцах содержание от общей массы сухих веществ, глюкозы, галактозы, золы. Результаты приведены в Таблице 5.
<b>Таблица 5</b>Нанофильтрация NF пермеата гидролизованного молока.Композиции подаваемого материала, ретентата и пермеата
Композиция
Подаваемый материал (гидролизованный NF пермеат)
NF ретентат II
NF пермеат II
Зола, (%)
0,29
0,51
0,19
Глюкоза, (%)
2,28
7,56
0,20
Галактоза, (%)
2,11
6,75
0,18
Сухие вещества,(%)
4,56
15,5
0,52
В результате двухфазовой нанофильтрации получают концентрат чистого сахара, такой как NF ретентат II, который имеет более низкое содержание золы. По существу в нем сохранено 80% бивалентных минеральных веществ, кальция и магния NF ретентата I,
NF ретентат II используют в качестве подсластителя в ароматизированном молочном напитке (Пример 10; Таблицы 13 и 14).
NF пермеат II дополнительно концентрируют проведением обратного осмоса и полученный RO пермеат используют при составлении напитка какао с молоком (Пример 10; Таблица 14).
Пример 5. Ультрафильтрация (K=2,2) гидролизованного обезжиренного молока в комбинации с диафильтрацией.
2
Обезжиренное молоко (40 л) гидролизуют (6°C, 18 ч) посредством лактазы Godo YNL2 (Godo Shusei Company, Япония) с дозировкой 0,15%. Полностью гидролизованное обезжиренное молоко подвергают ультрафильтрации посредством мембраны HFK-131 (Koch Membrane Systems inc., США) при температуре в пределах от 8 до 13°C и давлении в пределах от 3,5 до 4,0 бар. Скорость потока пермеата составляет в пределах от 5,3 до 7,5 л/мч. Обезжиренное молоко концентрируют до достижения фактора 2,2; то есть, до достижения объема UF ретентата 18 л и объема UF пермеата 22 л. Затем постепенно в UF ретентат добавляют 14 л NF пермеата по Примеру 3. После стадии диафильтрации объем DF ретентата составляет 24 л и объем комбинированных пермеатов, полученных после диафильтрации и ультрафильтрации составляет 30 л. Далее в одном из Примеров комбинированные UF и DF пермеаты будут названы пермеатом.
Образцы забирают из подаваемого материала (гидролизованное обезжиренное молоко), NF ретентата и NF пермеата, и определяют в образцах содержание от общей массы белка, сухих веществ, глюкозы, галактозы, золы (Таблица 6).
<b>Таблица 6</b>Композиции подаваемого материала, ретентата и пермеата ультрафильтрации и диафильтрации гидролизованного обезжиренного молока
Композиция
Подаваемый материал (гидролизованный UF пермеат) (Пример 2)
NF ретентат
NF пермеат
Белок, (%)
3,58
5,51
-
Зола, (%)
0,77
0,79
0,46
Глюкоза, (%)
2,45
1,38
2,36
Галактоза, (%)
2,38
1,37
2,35
Сухие вещества,(%)
8,95
8,76
5,27
Обогащенный белком безлактозный молочный напиток получают как DF ретентат при циркуляции пермеата нанофильтрации пермеата ультрафильтрации по Примеру 3 обратно в ретентат ультрафильтрации. Также при проведении органолептической оценки DF ретентата он получил оценку, как обладающий хорошим и полным вкусом.
Пример 6. Ультрафильтрация частично гидролизованного обезжиренного молока и гидролиз во время фильтрации (K=2,2).
2
.
Обезжиренное молоко (40 л) гидролизуют (50°C, 1 час) лактоазой L3 Lactoles (Biocon Ltd., Япония), дозировка 0,18%. Частично гидролизованное обезжиренное молоко подвергают ультрафильтрации посредством мембраны HFK-131 (Koch Membrane Systems inc., США), при температуре в пределах от 43 до 45°C и давлении в пределах от 1,0 до 3,5 бар. Скорость потока пермеата составляет в пределах 10 л/мч. Обезжиренное молоко концентрируют до достижения фактора 2,2; то есть, когда объем UF ретентата составляет 18 л, и объем UF пермеата составляет 22 л. Затем UF пермеат циркулируетобратно в UF ретентат. Прогресс гидролиза наблюдается во время концентрирования и циркуляции Фильтрацию проводят непрерывно в течение двух часов. В начале фильтрации содержание лактозы в молоке составляет 0,57% и в конце фильтрации не более 0,01%.
Образцы забирают из подаваемого материала (гидролизованное обезжиренное молоко), UF ретентата после фильтрации и UF пермеата, и определяют в образцах содержание от общей массы белка, сухих веществ, глюкозы, галактозы, золы (Таблица 7).
<b>Таблица 7</b>Композиции подаваемого материала, ретентата и пермеата ультрафильтрации гидролизованного обезжиренного молока
Композиция
Подаваемый материал (гидролизованное обезжиренное молоко)
UF ретентат
UF пермеат
Белок, (%)
3,53
7,11
-
Зола, (%)
0,77
1,08
0,48
Глюкоза, (%)
2,32
2,58
2,59
Галактоза, (%)
2,13
2,50
2,47
Лактоза, (%)
0,57
<0,01
-
Сухие вещества,(%)
8,95
12,5
5,72
Результаты указывают на то, что гидролиз лактозы может продолжать во время непрерывной фильтрации.
Пример 7. Получение безлактозного молочного напитка при одновременном гидролизе и фильтрации.
2
2
В обезжиренное молоко (100 л) добавляют 0,2% лактазы YNL2 Godo (Godo Shusei Company, Япония). Непосредственно сразу после добавления фермента начинают фильтрацию молока. Ультрафильтрацию и нанофильтрацию проводят одновременно, таким образом, что UF ретентат и NF пермеат циркулирует обратно в подаваемый на ультрафильтрацию материал. Ультрафильтрацию проводят посредством мембраны HFK- 131 (Koch Membrane Systems Inc., США) при температуре 6°C и давлении в пределах от 3,5 до 4,0 бар. Поток пермеата составляет 5 л/мч. При проведении нанофильтрации используют мембрану Filmtec NF (Dow, США), температура фильтрации составляет 6°C. Скорость потока пермеата составляет 7,5 л/мч и давление в пределах от 18 до 22 бар. Фактор концентрирования ультрафильтрации составляет 1,9, и фактор нанофильтрации составляет 4. Фильтрацию непрерывно проводят до достижения заданного количества углеводов, удаленного из конечного продукта, находящегося в питающем танке фильтра. По окончанию фильтрации концентрация лактозы в молоке составляет 0,09%. Из100 л обезжиренного молока получают 88 л продукта, из которого теоретически 52,5 л составляет UF ретентат и 35,5 л NF пермеат. Количество полученного NF ретентата составляет 12 л.
В продукте определяют содержание белка, сухих веществ, глюкозы, галактозы и золы (Таблица 8).
<b>Таблица 8</b>Композиция безлактозного напитка из обезжиренного молока
Композиция
Безлактозный напиток из обезжиренного молока
Белок, (%)
4,0
Глюкоза, (%)
1,6
Галактоза, (%)
1,5
Зола, (%)
0,7
Сухие вещества,(%)
7,9
Пример 8. Нанофильтрация гидролизованной сыворотки (K=7).
2
Обезжиренную центрифугированную сыворотку (40 л) гидолизуют (9°C, 20 ч) лактазой YNL2 Godo (Godo Shusei Company, Япония), дозировка 0,1%. Полностью гидролизованную сыворотку подвергают нанофильтрации посредством мембраны Desal 5 DL (GE Osmonics, США), при температуре в пределах от 46 до 51°C, и давлении в пределах от 3 до 6,5 бар. Скорость потока пермеата составляет в пределах от 10,0 до 13,5 л/мч. Нанофильтрацию непрерывно проводят до достижения фактора концентрирования 7, то есть, до достижения объема NF ретентата 5,5 л и объема NF пермеата 34,5 л.
Образцы забирают из подаваемого материала (гидролизованной сыворотки), NF ретентата и NF пермеата, и определяют в образцах содержание от общей массы белка, сухих веществ, глюкозы, галактозы, золы (Таблица 9).
<b>Таблица 9</b>Композиции подаваемого материала, ретентата и пермеата нанофильтрации гидролизованной сыворотки
Композиция
Подаваемый материал (гидролизованная сыворотка)
NF ретентат
NF пермеат
Белок, (%)
0,61
4,59
-
Зола, (%)
0,34
1,52
0,28
Глюкоза, (%)
2,05
2,69
1,97
Галактоза, (%)
1,90
2,68
1,84
Сухие вещества,(%)
5,02
10,20
4,10
Композиция NF пермеата, отделенного от гидролизованной сыворотки, в высокой степени соответствует NF пермеату I (Пример 4; Таблица 4), отделенному от пермеата ультрафильтрации молока в соответствующих условиях, если требуется, нанофильтрацию сыворотки продолжают непрерывно на второй фазе по Примеру 4.
NF ретентат используют для составления композиции молочного напитка, содержащего сывороточный белок (Пример 11; Таблица 15).
Пример 9. Составление композиции молочного напитка из ретентата ультрафильтрации гидролизованного обезжиренного молока и пермеата нанофильтрации пермеата ультрафильтрации.
Безлактозный молочный напиток 1 составляют из ретентата ультрафильтрации гидролизованного обезжиренного молока по Примеру 1 и пермеата нанофильтрации Примера 3. В безлактозном молочном напитке 2 пермеат нанофильтрации пермеата ультрафильтрации заменяют водой. Безлактозный молочный напиток 3 составляют из ретентата ультрафильтрации гидролизованного обезжиренного молока и пермеата нанофильтрации пермеата ультрафильтрации Примера 3 и из обезжиренного молока. Дополнительно при составлении композиций используют порошкообразные минеральные вещества молока по публикации EP 1061811 B1.
В Таблицах 10-12 приведены композиции фракций и их пропорции в смесях, а также композиции безлактозных напитков из обезжиренного молока. Композиции безлактозных напитков из обезжиренного молока соответствуют нормальному молоку за исключением углеводов. Вся вода, необходимая для напитков, и часть, необходимая для добавления порошкообразных минеральных веществ молока, может быть заменена пермеатом нанофильтрации пермеата ультрафильтрации.
<b>Таблица 10</b>Составление композиции безлактозного напитка из обезжиренного молока 1 из ретентата ультрафильтрации и пермеата нанофильтрации пермеата ультрафильтрации гидролизованного обезжиренного молока.
UF ретентат (Пример 1)
NF пермеат (Пример 3)
Порошкообразные минеральные вещества молока
Безлактозный напиток из обезжиренного молока
Пропорция (%)
51,9
47,8
0,37
Композиция
Белок (%)
6,34
-
9,12
3,3
Глюкоза (%)
2,50
0,21
23
1,5
Галактоза (%)
2,34
0,15
22
1,4
Зола (%)
0,99
0,20
41
0,8
Сухие вещества (%)
11,8
0,62
96
6,8
<b>Таблица 11</b>Составление композиции безлактозного напитка из обезжиренного молока 2 из ретентата ультрафильтрации гидролизованного обезжиренного молока и воды.
UF ретентат (Пример 1)
Вода
Порошкообразные минеральные вещества молока
Безлактозный напиток из обезжиренного молока
Пропорция (%)
51,3
48,1
0,61
Композиция
Белок (%)
6,34
0
9,12
3,3
Глюкоза (%)
2,50
0
23
1,4
Галактоза (%)
2,34
0
22
1,3
Зола (%)
0,99
0
41
0,8
Сухие вещества (%)
11,8
0
96
6,6
<b>Таблица 12</b>Составление композиции безлактозного напитка из обезжиренного молока 3 из ретентата ультрафильтрации и пермеата нанофильтрации пермеата ультрафильтрации гидролизованного обезжиренного молока.
UF ретентат (Пример 2)
NF пермеат (Пример 3)
Порошкообразные минеральные вещества молока
Обезжиренное молоко
Безлактозный напиток из обезжирен-ного молока
Пропорция (%)
12,1
37,6
0,29
50,0
Композиция
Белок (%)
12,50
-
9,12
3,58
3,3
Глюкоза (%)
2,17
0,21
23
2,45
1,6
Галактоза (%)
2,08
0,15
22
2,38
1,6
Зола (%)
1,50
0,20
41
0,77
0,8
Сухие вещества (%)
18,4
0,62
96
8,95
7,2
Пример 10. Применение ретентата нанофильтрации пермеата ультрафильтрации в качестве подсластителя в напитке какао с молоком.
Безлактозный напиток какао с молоком составляют из безлактозного молока (содержание жира 1%), ретентата нанофильтрации II Примера 4, ретентатата ультрафильтрации гидролизованного обезжиренного молока Примера 2, сахарозы, низколактозных сливок и какао порошка. Низколактозный напиток какао с молоком составляют из RO пермеата по Примеру 4, ретентата нанофильтрации II по Примеру 4, сухого обезжиренного низколактозного молока, сахарозы, безлактозных сливок и какао порошка. В Таблицах 13 и 14 приведены композиции фракций и их пропорции в напитках, а также композиции напитков какао с молоком.
Органолептические характеристики обоих напитков какао с молоком хорошие и полные. В безлактозном напитке какао с молоком 30% требуемой сахарозы может быть заменено ретентатом нанофильтрации II по Примеру 4, и 25% в низколактозном напитке.
<b>Таблица 13</b>Составление композиции безлактозного напитка какао с молоком.
Свободное от лактозы молоко 1,0%
NF ретентат II (Пример 4)
UF ретентат (Пример 2)
Сахароза
Свободные от лактозы сливки
Какао порошок
Свободный от лактозы напиток какао с молоком
Пропорция (%)
53,6
30,2
11,2
3,1
1,1
0,8
Композиция
Белок (%)
3,5
-
12,5
-
2,0
-
3,3
Жир, (%)
1,0
-
-
-
38
-
0,9
Глюкоза (%)
2,3
7,56
2,17
-
1,4
-
3,5
Галактоза (%)
2,3
6,75
2,08
-
1,4
-
3,8
Лактоза, (%)
-
-
-
-
-
-
0
Сахароза, (%)
-
-
-
100
-
3,1
Зола (%)
0,7
0,51
1,5
-
0,5
-
0,7
Сухие вещества (%)
10
15,5
18,4
100
43
100
16,5
<b>Таблица 14</b>Составление композиции низколактозного напитка какао с молоком.
RO пермеат (Пример 4)
NF ретентат II (Пример 4)
Сухое молоко с низким содер-жанием лактозы
Сахароза
Свободные от лактозы сливки
Какао порошок
С низким содержанием лактозы напиток какао с молоком
Пропорция (%)
65,6
19,4
8,4
3,5
2,3
0,80
Композиция
Белок (%)
-
-
35
-
2,0
-
3,0
Жир, (%)
-
-
1,0
-
38
-
0,9
Глюкоза (%)
<0,1
7,56
21
-
1,4
-
3,3
Галактоза (%)
<0,1
6,75
21
-
1,4
-
3,2
Лактоза, (%)
-
-
10
-
-
0,9
Сахароза, (%)
-
-
-
100
-
3,5
Зола(%)
<0,1
0,51
7,7
-
0,5
-
0,9
Сухие вещества (%)
<0,1
15,5
96
100
43
100
16,9
Пример 11. Составление композиции молочного напитка, содержащего безлактозный сывороточный белок из прошедших мембранную фильтрацию фракций гидролизованной сыворотки и обезжиренного молока.
Молочный напиток, содержащий безлактозный сывороточный белок, составляют из NF ретентата гидролизованной сыворотки по Примеру 8, гидролизованного обезжиренного молока, воды и UF ретентата гидролизованного обезжиренного молока по Примеру 2. В Таблице 15 приведены композиции фракций и их пропорции в смесях, а также композиция молочного напитка, содержащего безлактозный сывороточный белок. Молочный напиток, содержащий безлактозный сывороточный белок, содержит меньше углеводов и больше сывороточного белка, пропорция белка в напитке составляет 50% по сравнению с нормальным молоком.
<b>Таблица 15</b>Составление композиции молочного напитка, содержащего безлактозный обезжиренный молочный белок из фракций нанофильтрации и обезжиренного молока.
NF ретентат (сыворотка, Пример 8)
Гидролизованное обезжиренное молоко
Вода
UF ретентат (молоко, Пример 2)
Молочный напиток, содержащий безлактозный белок из обезжиреннойсыворотки
Пропорция (%)
27,3
40,2
27,0
5,5
Композиция
Белок (%)
4,59
3,39
0
12,5
3,3
Глюкоза (%)
1,99
2,27
0
2,17
1,6
Галактоза (%)
1,80
2,23
0
2,08
1,5
Зола (%)
1,52
0,76
0
1,50
0,8
Сухие вещества (%)
10,20
8,78
0
18,4
7,3