Низколактозный и безлактозный молочный продукт и способ его получения - RU2551230C2

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к способу разделения компонентов молока на отдельные компоненты и к низколактозному или безлактозному молоку, составленному из этих компонентов. В частности, настоящее изобретение относится к применению технологии нанофильтрации для разделения компонентов молока.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известны способы получения низколактозного молока и безлактозного с использованием мембранной технологии. Также из уровня 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. Обычно, используют четыре основных способа мембранной фильтрации: обратный осмос (RO), нанофильтрация (NF), ультрафильтрация (UF) и микрофильтрация (MF). Из них для отделения лактозы от молока по существу подходит UF. Обратный осмос, обычно, 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.

Из уровня техники известно, что проблема, связанная с мембранными технологиями, состоит, обычно, 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 уровне техники трудно контролировать содержания минеральных веществ и, в частности, бивалентных минеральных веществ, таких как кальций и магний, и в результате применения известных способов происходят большие потери этих бивалентных минеральных веществ, которые, обычно, должны быть возвращены или дополнительно добавлены.

Также часто при проведении мембранных процессах получают, например, вторичные потоки, содержащие минеральные вещества, которые не могут быть эффективно использованы и также увеличивают количество сточных вод, требуют последующей технологической обработки и увеличивают стоимость. Следовательно, продолжает существовать необходимость в способах, в которых бивалентные минеральные вещества по существу могут контролироваться в процессе и восстанавливаться более эффективно, позволяя таким образом осуществлять циркуляцию технологической воды без появления вторичных потоков.

В публикации WO 03/094623 A1 описывается 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.

Также лактоза может быть отделена от молока, в частности, при использовании хроматографии. Однако многие проблемы, возникающие при обработке молока отличаются от таковых, возникающих при обработке сыворотки, такие как легкость осаждения казеина, сохранение мицеллярной структуры казеина, поведение жира и чрезвычайно строгие требования гигиены. Например, в публикации EP 226035 B1 описывается способ отделения лактозы, при котором молоко фракционируют, таким образом, что фракцию лактозы отделяют, а минеральные вещества остаются в белковой фракции или белково-жировой фракции. Способ характеризуется балансировкой катионобменной смолы, таким образом, что ее катионная композиция соответствует таковой молока и молоко разделяют хроматографически на колонке со сбалансированной катионобменной смолой при температуре от около 50 до 80°C при использовании воды для элюирования. Преимуществом способа является то, что все существенные для вкуса молока соединения сохраняются в молоке. Однако хроматографическое отделение лактозы медленный и сложный процесс, который не может быть применен непосредственно на традиционных молокоперерабатывающих предприятиях без инвестиций в дорогостоящее оборудование. Другой проблемой является высокое потребление воды и большое количество химических реагентов.

В патентной публикации KR20040103818 описывается 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 от 45 до 50°C, и подвергают нанофильтрации под давлением 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. Молоко с гидролизованной лактозой содержит белок (3,1%), жир (3,5%), лактозу (0,06%), глюкозу (1,45%) и галактозу (1,29%). В способах, описанных в указанных публикациях и включающих однофазную нанофильтрацию, еще не все моновалентные минеральные вещества достаточно эффективно возвращены в молоко.

В публикации WO 2007/076873 описывается молоко с низким содержанием углеводов, содержащее по существу весь кальций и белок оригинального молока, и способ его получения. При этом способе pH молока регулируют до щелочного показателя от 7,0 до 9,5, молоко подвергают нанофильтрации, UF пермеат подвергают нанофильтрации предпочтительно при температуре около 10°C для снижения риска микробного заражения, NF пермеат объединяют с UF ретентатом и водой и регулируют pH до показателя pH оригинального молока (pH 6,7) добавлением кислоты, предпочтительно лимонной кислоты или фосфорной кислоты. Калорийность продукта составляет от 90 до 250 кДж/100 г. Способ включает множество стадий и требует сильных химических реагентов для регулирования pH и снижения потерь кальция и белка.

В WO 2004/019693 описывается способ отделения различных компонентов при использовании мембранной технологии (ультрафильтрация, нанофильтрация и обратный осмос) и объединение этих компонентов с молочными продуктами, такими как мороженое, йогурт и питьевое молоко.

Также известно использование после удаления лактозы молока в качестве сырьевого материала для получения молочных продуктов с низким содержанием углеводов. Например, в WO 2006/087409 A1 описывается низкокалорийный обезжиренный молочный напиток, обогащенный кальцием, содержащий низкокалорийную молочную основу, состоящую из обезжиренного молока или раствора сывороточного белка или их смеси, из которой углеводы удалены полностью или частично при использовании ультрафильтрации или хроматографии согласно способам, известным из уровня техники. Максимальная калорийность продукта составляет в пределах 20 ккал/100г.

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, одной из фаз которых является нанофильтрация для получения молочных продуктов с низким содержанием углеводов, в которых остаточную лактозу не удаляют из молочного сырья до проведения мембранной фильтрации.

Очень трудно получить полностью без пороков по вкусу и структуре, отвечающие ожиданиям потребителей по органолептическим показателям молочные продукты, получаемые экономично и просто без потерь поливалентных минеральных веществ.

Авторы настоящего изобретения неожиданно разработали способ получения низколактозных или безлактозных молочных продуктов, полностью свободных от пороков по органолептическим показателям без больших затрат. Способ по изобретению позволяет осуществить контроль бивалентных минеральных веществ более эффективно и просто по сравнению с традиционными способами без излишне больших затрат и позволяет минимизировать потери. Дополнительно способ по изобретению позволяет избежать появления вторичных потоков, требующих последующей технологической обработки, что делает способ более эффективным.

СУЩЕСТВО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение предлагает новое решение, позволяющее избежать потерь кальция и белка, которые обычно возникают при получении низколактозных и безлактозных молочных продуктов и с низким содержанием углеводов, и проблем, связанных с органолептическими свойствами, в частности, вкусом, такие молочные продукты получают способом, включающим гидролиз лактозы молочного сырья, разделение на различные фракции: белки, сахара и минеральные вещества полученного гидролизованного молочного сырья пофазовым проведением нанофильтрации, таких как тип мембраны, температура, давление и/или диафильтрация и также применение мембранной технологии и/или способов хроматографического разделения для целесообразного дальнейшего разделения. Из разделенных фракций может быть получен желаемый молочный продукт.

В одном аспекте настоящее изобретение относится к способу разделения молока на отдельные компоненты, имеющему признаки, указанные в независимом пункте формулы изобретения. Также настоящее изобретение относится к низколактозному или безлактозному молочному продукту, полученному из этих компонентов, и способу получения такого молочного продукта. При использовании способа по изобретению можно упростить и улучшить способ получения низколактозных или безлактозных молочных продуктов, при этом потери бивалентных минеральных веществ, в частности кальция и магния, по существу минимизированы, и отсутствует необходимость в добавлении/отдельном внесении минеральных веществ и/или белка.

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 низколактозных или безлактозных молочных продуктов, и по существу более эффективно возмещение бивалентных минеральных веществ.

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 молочного сырья и пофазовое проведение нанофильтрации гидролизованного молочного сырья по меньшей мере при двух различных параметрах нанофильтрации, таких как температура и/или давление, и/или стадией диафильтрации и/или при использовании по меньшей мере двух различных типов нанофильтрационных мембран, минимизирует потерю минеральных веществ и эффективно контролируется соотношение кальция и белка. Следовательно, настоящее изобретение относится к способу разделения компонентов молочного сырья - гидролизованного обезжиренного молока за счет различной проницаемости нанофильтрационных мембран и различных условий обработки. Изменение параметров может происходить одномоментно или постоянно, или постепенно при определенной скорости, при этом заданное изменение/изменение параметров фазы также понимается, как одна из фаз.

Молочный продукт, полученный способом по изобретению, имеет желаемые (заданные) органолептические свойства, содержит мало углеводов и содержит количество кальция, сравнимое с таковым в обычном молоке.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1a - фракция минеральные вещества-сахар при хроматографическом разделении при температуре 65°C (Finex CS09GC смола, скорость потока 160 мл/час, подаваемый материал 20 мл, NF ретентат второй нанофильтрации °Brix 16%).

Фиг.1b - фракция минеральные вещества - сахар при хроматографическом разделении при температуре 10°C (Finex CS09GC смола, скорость потока 160 мл/час, подаваемый материал 20 мл, NF ретентат второй нанофильтрации °Brix 16%).

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном аспекте настоящее изобретение относится к способу разделения компонентов молока, способ характеризуется a) гидролизом лактозы молочного сырья с получением гидролизованного молочного сырья и b) проведением пофазовой нанофильтрации гидролизованного молочного сырья по меньшей мере с двумя фазами, при этом по меньшей мере часть ретентата NF Ret I и/или пермеата NF Perm I, полученного на первой фазе, подвергают второй фазе нанофильтрации с получением ретентата NF Ret II и пермеата NF Perm II второй фазы,

и, если требуется, последующими фазами нанофильтрации, которым подвергают по меньшей мере часть некоторых ретентатов и/или пермеатов с предшествующих фаз нанофильтрации или их комбинацию с получением фракций ретентата NF Ret III и т.д. и фракций пермеата NF Perm III и т.д. нанофильтрации, соответственно, указанным последующим фазам для разделения белков, сахаров и минеральных веществ на эти различные фракции.

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, обычно, 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, безлактозное молоко или низколактозное 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 уровня техники. В одном варианте способа по изобретению гидролиз проводят полностью (полный гидролиз) перед проведением пофазовой нанофильтрации. Во втором варианте способа по изобретению гидролиз проводят частично перед проведением пофазовой нанофильтрации, и гидролиз лактозы частично гидролизованного молочного сырья продолжают одновременно с проведением пофазовой нанофильтрации частично гидролизованного молочного сырья. Гидролиз лактозы может продолжаться, пока не инактивирован фермент лактаза, например, проведением тепловой обработки на последней стадии молочного продукта, состоящего из различных фракций, полученных по изобретению.

Полный гидролиз означает, что содержание лактозы в гидролизованном молочном сырье составляет менее чем 0,5%. Частичный гидролиз означает, что содержание лактозы в гидролизованном молочном сырье составляет более 0,5%.

На стадии b) способа по изобретению гидролизованное молочное сырье, полученное на предыдущей стадии a), подвергают проведению пофазовой нанофильтрации для разделения на различные фракции: белки, сахара и минеральные вещества, в контексте настоящего изобретения проведение пофазовой нанофильтрации означает, что нанофильтрация включает по меньшей мере две фазы. Каждую из фаз проводят при разных технологических параметрах и/или при использовании различных типов мембран. Изменяемые параметры могут представлять собой, например, температуру фильтрации, давление фильтрации, диафильтрацию, и/или фактор концентрирования фильтрации. В каждой фазе параметры могут быть изменены по одному или более. Изменение параметров может происходить одномоментно или постоянно, или постепенно при определенной скорости, при этом заданное изменение параметров фазы также понимается, как одна из фаз. В варианте настоящего изобретения пофазовая нанофильтрация включает изменение температурных параметров и/или типа мембраны. Во втором варианте настоящего изобретения нанофильтрацию объединяют с диафильтрацией (DF), при этом во время нанофильтрации деионизированную воду добавляют в ретентат по меньшей мере на одной из фаз нанфильтрации.

Пофазовая нанофильтрация по изобретению включает по меньшей мере две фазы, получают два или более продукта нанофильтрации, то есть, NF ретентаты, обозначенные ниже NF Ret I, NF Ret II, NF Ret III и т.д., и два или более продукта нанофильтрации, то есть, NF пермеаты, обозначенные ниже NF Perm I, NF Perm II, NF Perm III и т.д. Число означает очередность фазы нанофильтрации, проводимой в способе. Соответственно,

- NF Ret I является ретентатом, полученным на первой фазе.

- NF Ret II является ретентатом, полученным на второй фазе нанофильтрации

- NF Ret III является ретентатом, полученным на третьей фазе нанофильтрации, и т.д..

- NF Perm I является пермеатом, полученным на первой фазе.

- NF Perm II является пермеатом, полученным на второй фазе нанофильтрации.

- NF Perm III является пермеатом, полученным на третьей фазе нанофильтрации, и т.д.

Если требуется, две или более фракции ретентата и пермеата, полученные при пофазовой нанофильтрации, могут быть объединены для последующей фазы нанофильтрации.

В одном варианте изобретения фракции NF ретентата и NF пермеата, полученные при проведении пофазовой нанофильтрации, или их комбинации подвергают дальнейшей обработке при использовании мембранной технологии и/или хроматографии для дополнительного улучшения разделения белков, сахаров и минеральных веществ. Последующая технологическая обработка может относиться, как к одному NF ретентату, так и NF пермеату, полученному на любой фазе нанофильтрации. Также ретентаты и пермеаты могут быть объединены любым способом для указанных последующих процессов. Мембранной технологией, по существу подходящей для использования при последующей обработке, является обратный осмос - RO. Соответственно, RO Ret означает ретентат, полученный при проведении обратного осмоса, а RO Perm означает пермеат, полученный при проведении обратного осмоса. Также различные фракции, полученные при проведении разделения, могут быть подвергнуты выпариванию.

Также, если требуется, в одной или более фазе могут быть объединены различные способы разделения. В одном варианте изобретения белок, сахара и минеральные вещества гидролизованного молочного сырья разделяют при использовании мембранной технологии проведением пофазовой нанофильтрации, предпочтительно на первой фазе в таких условиях, что моносахариды остаются в ретентате в низких пределах, и на второй фазе в таких условиях, что моносахариды остаются в ретентате в высоких пределах. В варианте изобретения первую фазу пофазовой нанофильтрации проводят в теплых условиях при температуре от около 25 до 50°C, в частности, от около 42 до 51°C, и вторую фазу проводят в холодных условиях при температуре от около 5 до 25°C, в частности, от около 10 до 18°C. Согласно второму варианту настоящего изобретения в качестве альтернативы нанофильтрация может быть проведена сначала в холодных условиях и затем в теплых условиях. Известно, что мембранные технологии, обычно, используют при температуре, например, 10°C, которая является температурой промышленного способа, во избежание проблем микробиологического характера.

Подходящие нанофильтрационные мембраны включают, например, Desal 5 DL (GE Osmonics, США), Desal 5 DK (GE Osmonics, США), TFC® SR3 (мембранные системы Koch (Koch membrane systems), Inc., США), FILMTEC^TM NF (Dow, США). Подходящие мембраны для обратного осмоса включают, например, TFC® HR (мембранные системы Koch (Koch membrane systems Inc., USA) и FILMTEC FT30 (Dow, США).

В одном варианте последующее хроматографическое разделение проводят для одного или более NF ретентата, и в предпочтительном варианте проводят разделение ретентата, полученного на второй фазе нанофильтрации.

Фактор концентрирования (K) представляет массовое соотношение между жидкостью, поданной на фильтрацию, и ретентатом, и его определяют по следующей формуле:

K = подаваемый материал (кг )/Ретентат (кг)

В способе по изобретению предпочтительно фактор K = от 1 до 10, более предпочтительно K = от 2 до 6 при нанофильтрации, если в пофазовой нанофильтрации по изобретению используют диафильтрацию, фактор концентрирования может быть значительно выше.

Способ по изобретению может использоваться как в периодическом, так и в непрерывном процессе производства. Предпочтительно способ по изобретению проводят в периодическом процессе.

В конкретном варианте способа по изобретению пофазовую нанофильтрацию обезжиренного молока с гидролизованной лактозой проводят на первой фазе в теплых условиях (K=3), и NF пермеат (NF Perm I), полученный на первой стадии нанофильтрации, (K=6) на второй фазе нанофильтрации в холодных условиях для удаления минеральных веществ, NF ретентат первой фазы нанофильтрации (NF Ret I) имеет содержание глюкозы 2,5%, галактозы 2,5% и золы 1,4% и содержание сухих веществ 15,5%, и пермеат второй фазы (NF Perm II) имеет содержание глюкозы 0,2%, галактозы 0,2%, и золы 0,2% и содержание сухих веществ 0,5%. При составлении безлактозного молока из указанного NF ретентата (21,3%), указанного NF пермеата (35,4%), и гидролизованного обезжиренного молока (43,2%) может быть получен продукт с заданными органолептическими свойствами. Содержание кальция точно такое же, как в оригинальном молоке (1100 мг/кг). Молоко имеет содержание белка 3,3%, глюкозы 1,6%, галактозы 1,6%, золы 0,7% и содержание сухих веществ 7,3%. Этот вариант настоящего изобретения описан в Примере 3 и составление композиции молока из указанных фракций проиллюстрировано в Примере 8.

Во втором конкретном варианте способа по изобретению после проведения пофазовой нанофильтрации и диафильтрации проводят обратный осмос, прошедший вторую фазу нанофильтрации NF пермеат II имеет содержание глюкоза 0,7%, галактозы 0,7%, и золы 0,2% и содержание сухих веществ 2,0%, и соответственно, NF ретентат II (K=3) имеет содержание глюкозы 3,1%, галактозы 3,1%, и золы 1,1% и содержание сухих веществ 14,4%. Молоко, составленное из указанного NF ретентата и RO ретентата гидролизованного обезжиренного молока (50:50) соответствует нормальному молоку в других отношениях, за исключением углеводов (белок 3,3%, глюкоза 1,7%, галактоза 1,6%, зола 0,7%, сухие вещества 7,5%, кальций 1100 мл/кг). Этот вариант настоящего изобретения описан в Примере 2 и составление композиции молока из указанных фракций проиллюстрировано в Примере 6.

Фракции, полученные способом по изобретению, могут быть использованы для получения по существу безлактозного молока с заданными органолептическими свойствами, композиция которого соответствует композиции гидролизованного молока, за исключением углеводов, путем объединения NF ретентата I (K=1,5) (66,6%) первой фазы нанофильтрации гидролизованного обезжиренного молока, NF пермеата II (27,7%) второй фазы и фракции минеральных веществ (5,7%), отделенной на хроматографической колонке. Содержание кальция точно такое же, как в оригинальном молоке (1100 мг/кг). Молоко имеет содержание белка 3,3%, глюкозы 1,6%, галактозы 1,6%, золы 0,7% и содержание сухих веществ 7,5%. Составление композиции молока из указанных фракций проиллюстрировано в Примере 7.

Второй объект изобретения относится к способу получения низколактозного молочного продукта или безлактозного молочного продукта, включающего по меньшей мере фракции одного ретентата NF: NF Ret II, NF Ret III и т.д. или фракцию NF пермеата: NF Perm II, NF Perm III и т.д., полученные при проведении нанофильтрации гидролизованного молочного сырья, включающей по меньшей мере две фазы.

Во втором варианте изобретения молочный продукт получают путем объединения двух или более фракций: ретентата и пермеата, полученных на первой фазе NF Ret I и NF Perm I, соответственно, фракций ретентата второй и последующих фаз нанофильтрации NF Ret II, NF Ret III и т.д., фракций пермеата второй и последующих фаз нанофильтрации NF Perm II, NF Perm III и т.д., фракции ретентата RO Ret, фракции пермеата RO Perm, полученных при проведении обратного осмоса указанных фракций пермеата любой фазы нанофильтрации или их комбинаций, и хроматографически разделенных фракций минеральных веществ и фракций, содержащих сахара, фракций ретентата NF Ret I, NF Ret II, NF Ret III и т.д.

Низколактозный или безлактозный молочный продукт по изобретению может быть в жидкой форме или в форме концентрата или порошка.

В одном аспекте настоящее изобретение также относится к способу получения низколактозного молочного продукта или безлактозному молочному продукту, включающему: a) гидролиз лактозы молочного сырья с получением гидролизованного молочного сырья и b) проведение по меньшей мере двух фаз пофазовой нанофильтрации гидролизованного молочного сырья, при этом по меньшей мере часть ретентата NF Ret I и/или пермеата NF Perm I, полученного на первой фазе, подвергают второй фазе с получением ретентата NF Ret II и пермеата NF Perm II второй фазы, и, если требуется, проведение последующих фаз нанофильтрации по меньшей мере части ретентатов и/или пермеатов с предшествующих фаз нанофильтрации или их комбинации с получением на указанных последующих фазах фракций нанофильтрации ретентата NF Ret III и т.д. и фракций пермеата NF Perm III и т.д., для разделения белков, сахаров и минеральных веществ на эти различные фракции, c) последующую обработку, если требуется, одной или более фракций NF ретентата: NF Ret I, NF Ret II, NF Ret III и т.д. и фракции пермеата NF: NF Perm I, NF Perm II, NF Perm III и т.д. или их комбинаций при использовании мембранной технологии и/или выпаривание, и/или хроматографии, d) составление композиции продукта с заданной композицией из одной или более фракции ретентата и пермеата, полученных при проведении нанофильтрации, включающей по меньшей мере две фазы и, если требуется, из фракции ретентата и/или пермеата, полученного на первой фазе, полученной на стадии b), и, если требуется, из одной или более фракции, полученной на стадии c), и, если требуется, других ингредиентов, e) если требуется, концентрирование продукта, полученного на стадии d), до концентрата или порошка.

Молочный продукт, полученный способом по изобретению, представляет собой низколактозный молочный продукт или безлактозный 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/244 г жидкого молока, с максимальным содержанием лактозы 0,21%), но не более 0,5%. В соответствии с изобретением можно получить молоко с низким содержанием углеводов, в органолептических свойствах которого отсутствуют пороки. Дополнительно, потеря кальция и белка, содержащегося в молочном сырье, минимизирована и отсутствует необходимость в добавлении/отдельном внесении минеральных веществ и/или белка.

Следующие не ограничивающие примеры вариантов настоящего изобретения приведены для его иллюстрации.

Пример 1:Однофазная нанофильтрация гидролизованного обезжиренного молока при использовании мембраны Desal 5 DL (K=3).

Обезжиренное молоко (20 л) гидролизуют (9°C, 18 ч) при использовании лактазы Godo YNL2 (Godo Shusei Company, Япония) с дозировкой 0,08% и подвергают нанофильтрации при использовании мембраны Desal 5 DL (GE Osmonics, США) при температуре от 10 до 18°C и давлении от 12 до 21 бар. Скорость потока пермеата составляет от 5,7 до 9,6 л/м²ч. Нанофильтрацию проводят непрерывно до достижения фактора концентрирования 3 и объема ретентата 6,7 л и объема пермеата 13,3 л.

Образцы берут из подаваемого материала, который состоит из гидролизованного обезжиренного молока, из полученного NF ретентата и NF пермеата, и определяют в образцах содержание от общей массы белка, сухих веществ, глюкозы, галактозы, золы и кальция (Таблица 1).

На основе результатов можно утверждать, что на практике не происходит потеря кальция в пермеате, и он сохраняется в той же самой фракции, что и белок (Таблица 1). Дополнительно, через мембрану проходит высокий процент моносахаридов пермеата. Когда ретентат разводят до исходного содержания белка в молоке, вкус, обычно, считается «пустым», то есть не типичным для молока. Причиной этого является то, что минеральные вещества молока, ушедшие в пермеат во время нанофильтрации, обеспечивают молоко важным свойством чувства сытости. Следовательно, нанофильтрация гидполизованного молока только в одну фазу не позволяет получить безлактозное или низколактозное молоко с нормальным вкусом.

Пример 2: Трех-фазовая нанофильтрация гидролизованного обезжиренного молока (мембрана Desal DK+диафильтрация и мембрана Filmtec NF), объединенная с RO фильтрацией.

В обезжиренное молоко (20 л) добавляют 0,06% лактазы YNL2 Godo (Godo Shusei Company, Япония) и гидролизуют в течение 18 часов при температуре 10°C. Содержание остаточной лактозы в обезжиренном молоке составляет 0,03%. Полученное таким образом гидролизованное молоко подвергают нанофильтрации при температуре от 10 до 15°C. Используют фильтрационную мембрану Desal 5 DK (GE Osmonics, США) при давлении от 13 до 19 бар, скорость потока пермеата составляет от 8,4 до 10,5 л/м²ч. Сначала гидролизованное обезжиренное молоко фильтруют при факторе концентрирования 2, что означает количество пермета10 л, удаленное из устройства. После этого следует диафильтрация, то есть, добавляют в NF ретентат I (10 л) деионизированной воды (5л) при той же самой скорости, при которой получают NF пермеат II. Пермеат с первой фазы нанофильтрации и пермеат, полученный при диафильтрации, извлекают и объединяют. Далее объединенную фракцию пермеата называют NF пермеат III.

Образцы берут из подаваемого материала, который представляет собой гидролизованное обезжиренное молоко, из NF пермеата II и ретентата, полученных при диафильтрации, называемого далее NF ретентат II, и проводят анализ образцов для определения содержания белка, сухих веществ, глюкозы, галактозы, золы и кальция (Таблица 2).

Через 4 часа содержание лактозы в NF ретентате составляет <0,01%, таким образом, гидролиз продолжается во время и после нанофильтрации.

Эксперимент проводят с тремя фазами нанофильтрации NF пермеата II с фактором концентрирования 10 при использовании NF мембран Filmtec (Dow, США) при температуре фильтрации от 10 до 20°C. Скорость потока пермеата составляет от 5,3 до 9,4 л/м²ч, и давление от 10 до 21 бар.

Полученный NF пермеат III дополнительно концентрируют проведением обратного осмоса (Filmtec RO-390-FF, Dow, США) при комнатной температуре (около 25°C) с фактором концентрирования 1,35.

В NF пермеате III, NF ретентате III и RO ретентате I определяют содержание сухих веществ, глюкозы и золы от общей массы. Результаты приведены в Таблице 3.

Для составления композиции молока (Пример 6) используют ретентат второй фазы (NF ретентат II; Таблица 2) и RO ретентат (Таблица 3). Также для составления композиции молока может быть использован RO пермеат.

Пример 3: Двухфазовая нанофильтрация гидролизованного обезжиренного молока (мембраны Desal 5 DL (K=3) и Filmtec NF (K=6)).

Обезжиренное молоко, полученное пофазовой нанофильтрацией с гидролизованной лактозой, тестируют с проведением первой фазы в теплых условиях и нанофильтрацией второй фазы NF пермеата I, полученного на первой фазе, в холодных условиях для извлечения минеральных веществ.

Как описано выше, обезжиренное молоко (40 л) гидролизуют (температура 9°C в течение 18 ч) лактазой YNL2 Godo (Godo Shusei Company, Япония), дозировка 0,08%. Гидролизованное обезжиренное молоко подвергают нанофильтрации при температуре от 47 до 51°C. Используют фильтрационную мембрану Desal 5 DL (GE Osmonics, США). Для сохранения постоянной скорости потока повышают давление. Во время эксперимента скорость потока пермеата составляет от 8,1 до 9,6 л/м²ч и давление от 4 до 6,4 бар. Фильтрацию проводят до достижения фактора концентрирования 3.

Образцы берут из подаваемого материала, ретентата и пермеата, и определяют в образцах содержание от общей массы белка, сухих веществ, глюкозы, галактозы, золы и кальция (Таблица 4). Композиции подаваемого материала, ретентата и пермеата.

NF пермеат I (20 л) гидролизованного обезжиренного молока подвергают дальнейшей нанофильтрации с фактором концентрирования 6, в результате получают NF ретентат II и NF пермеат II. Используют нанофильтрационную мембрану Filmtec NF (Dow, США), фильтрацию проводят при температуре от 10 до 25°C. Скорость потока пермеата составляет от 4,3 до 9,6 л/м²ч, и давление фильтрации составляет от 10 до 26 бар.

Образцы берут из подаваемого материала (NF пермеат I), NF ретентата II и NF пермеата II, и определяют в образцах содержание от общей массы белка, сухих веществ, глюкозы, галактозы, золы и кальция (Таблица 5).

Для составления композиции молока (Пример 8) используют ретентат первой фазы (NF ретентат I; Таблица 4) и пермеат второй фазы (NF пермеат II; Таблица 5). Также для составления композиции молока, содержащего сывороточный белок (Пример 10), может быть использован NF ретентат I.

Пример 4: Двухфазовая нанофильтрация гидролизованного обезжиренного молока, мембраны (Desal 5 DL (K=1,5) и Filmtec NF (K=6)).

Лактозу обезжиренного молока гидролизуют аналогично Примеру 3. Первую фазу пофазовой нанофильтрации гидролизованного обезжиренного молока проводят при температуре 50°C аналогично Примеру 3, за исключением того, что фактор концентрирования составляет 1,5. NF пермеат I, полученный на первой фазе, подвергают нанофильтрации на второй фазе при температуре от 10 до 25°C с фактором концентрирования 6 для извлечения минеральных веществ, как описано в Примере 3.

Определяют содержание белка, сухих веществ, глюкозы, галактозы, золы и кальция в подаваемом материале (гидролизованное обезжиренное молоко), NF ретентате I и NF пермеате I первой фазы нанофильтрации (Таблица 6). Определяют содержание сухих веществ, глюкозы, галактозы и золы в подаваемом материале (NF пермеате I), NF ретентате II и NF пермеате II второй фазы (Таблица 7).

Сахара и минеральные вещества в NF ретентате II отделяют друг от друга хроматографически, как будет описано в Примере 5.

Для составления композиции молока (Пример 7) используют ретентат первой фазы (NF ретентат I; Таблица 6) и пермеат второй фазы (NF пермеат II).

Пример 5: Извлечение минеральных веществ из прошедшего нанофильтрацию концентрированного пермеата.

Концентрированный NF пермеат гидролизованного обезжиренного молока, то есть, ретентат второй фазы (NF ретентат II), подвергают последующей обработке на хроматографической колонке для отделения фракции минеральных веществ и фракции сахаров.

Катионобменную смолу (Finex CS 09 GC, Finex Oy, Финляндия, Na form) смешивают с обезжиренным молоком (1 литр/50 мл смолы) в течение 30 минут. Проводят удаление смолы из обезжиренного молока при использовании деионизированной воды. Сбалансированную смолу (от 180 до 200 мл) помещают в колонку с обогревающей рубашкой (высота 100 см, диаметр 1,5 см) при температуре 65°C. 20 мл концентрата NF ретентата (NF ретентат II) подают в колонку (°Brix около 16; Пример 4). Скорость потока составляет 160 мл/ч, температура 65°C, и в качестве элюента используют водопроводную воду. Фракции из 5 мл собирают и объединяют в две фракции: фракцию минеральных веществ и фракцию сахаров. Аналогичное разделение также проводят при температуре 10°C.

Определяют содержание во фракциях от общей массы золы, галактозы и глюкозы.

На практике достигнуто полное отделение минеральных веществ молока и моносахаридов в концентрированном NF пермеате (NF ретентат II) обезжиренного молока (Таблицы 8 и 9). Сахара отделяют более эффективно при температуре 65°C.

Фракцию минеральных веществ, отделенных при температуре 65°C (фракции от 0 до 50; Таблица 8), используют при составлении композиции безлактозного молока (Пример 7).

Пример 6: Составление композиции безлактозного молока из прошедшего нанофильтрацию ретентата и RO ретентата гидролизованного обезжиренного молока.

Безлактозное молоко составляют из NF ретентата II и RO ретентата I гидролизованного обезжиренного молока по Примеру 2. Композиции и пропорции фракций в композиции наряду с композицией безлактозного молока приведены в Таблице 10. Композиция безлактозного обезжиренного молока соответствует нормальному молоку за исключением углеводов.

Пример 7: Составление композиции безлактозного молока из прошедших нанофильтрацию и хроматографическое разделение фракций гидролизованного обезжиренного молока.

Безлактозный молочный напиток составляют из фракций Примеров 4 и 5, то есть, ретентата первой нанофильтрации гидролизованного обезжиренного молока (NF ретентат I), NF пермеата из NF пермеата, полученного при проведении первой нанофильтрации (NF пермеат II), и фракции минеральных веществ, отделенной хроматографически от NF ретентата второй нанофильтрации. Композиции и пропорции фракций составленного молока наряду с композицией составленного продукта приведены в Таблице 11. (В безлактозном молоке, полученном при проведении способа, содержится жидкость, и нет необходимости отдельно добавлять воду.)

Дополнительно, безлактозное молоко составляют, как указанно выше, за исключением того, что вместо фракции минеральных веществ, отделенных хроматографически, добавляют воду (Таблица 12). Вместо воды может быть использована фракция RO пермеата, полученного при проведении обратного осмоса.

За исключением углеводов композиции молоко соответствуют таковым у полностью гидролизованного молока. Содержание кальция (1100 мг/кг) точно такое же, как в исходном молоке. При проведении органолептического теста было выявлено, что вкус тестируемого молоко богаче по сравнению с нормальным обезжиренным молоком, но в остальном вкус такой же, как у нормального молока. При проведении органолептической оценки продукты были оценены, как хорошие и обладающие вкусом, аналогичным таковому у традиционного обезжиренного молока.

Пример 8:Составление композиции низколактозного, безлактозного и с низким содержанием углеводов молока из прошедших нанофильтрацию фракций гидролизованного обезжиренного молока.

Низколактозное, безлактозное и с низким содержанием углеводов молоко по изобретению составляют из фракций Примера 3, то есть, NF ретената I и NF пермеата II. Дополнительно гидролизованное обезжиренное молоко используют при составлении композиции безлактозного молока (Таблица 13), и обезжиренное молоко используют при составлении композиции низколактозного молока, обогащенного белком и кальцием (Таблица 14). С низким содержанием углеводов безлактозное молоко составляют только из NF фракций (Таблица 15). В Таблицах 13-15 приведены композиции и свойства фракций, используемых при составлении молока, наряду с композицией продукта.

За исключением углеводов композиция безлактозного молока, описанная в Таблице 13, соответствует таковой полностью гидролизованного молока. Примечательно, что содержание кальция точно такое же, как в оригинальном молоке. При проведении органолептической оценки продукт был оценен, как хороший и обладающий вкусом, аналогичным таковому у нормального обезжиренного молока.

Молоко, описанное в Таблице 14, имеет содержание белка значительно выше, чем в нормальном молоке, а содержание моносахаридов на таком уровне, что обеспечивает сладость, соответствующую таковой у нормального молока. При проведении органолептического теста было выявлено, что тестируемое молоко богаче по сравнению с нормальным обезжиренным молоком, но в остальном вкус такой же, как у нормального молока.

Продукт, описанный в Таблице 15, имеет композицию, аналогичную таковой у нормального молоко, но без лактозы, и очень низкое содержание глюкозы и галактозы. Несмотря на это, композиция молока имеет неожиданно богатый вкус, хотя не такое сладкое, как нормальное молоко.

Пример 9: Однофазовая нанофильтрация гидролизованной сыворотки при использовании мембраны Desal 5 DL (K=7).

Обезжиренную сыворотку (40 л) гидролизуют (при температуре 9°C в течение 20 часов) лактазой YNL2 (Godo Shusei Company, Япония), дозировка 0,1%, и проводят нанофильтрацию при использовании мембраны Desal 5 DL (GE Osmonics, США) при температуре от 46 до 51°C и давлении от 3 до 6,5 бар. Скорость потока пермеата составляет от 10,0 до 13,5 л/м²ч. Нанофильтрацию проводят до достижения фактора концентрирования 7, объем ретентата сотавляет 5,5 л, и объем пермеата составляет 34,5 л.

Проводят отбор образцов подаваемого материала (гидролизованная сыворотка), ретентата и пермеата, и определяют в них от общей массы содержание белка, сухих веществ, глюкозы, галактозы, золы и кальция (Таблица 16).

Композиция NF пермеата I, отделенного от гидролизованной сыворотки, соответствует NF пермеату, отделенному от гидролизованного молока при соответствующих условиях (Пример 3, Таблица 4). Если требуется нанофильтрация сыворотки может быть непрерывно продолжена на второй фазе, аналогично Примеру 3.

Для составления композиции молока (Пример 10) используют NF ретентат. I.

Пример 10: Составление композиции безлактозного молока, содержащего сывороточный белок из прошедших нанофильтрацию фракций гидролизованной сыворотки и обезжиренного молока.

Безлактозное молоко, содержащее сывороточный белок, составляют из NF ретентата I гидролизованной сыворотки Примера 9, NF ретентата I гидролизованного обезжиренного молока Примера 3, гидролизованного обезжиренного молока и RO пермеата, полученного в Примере 2. Композиции и пропорции фракций в составе наряду с композицией безлактозного молока, содержащего сывороточный белок, приведены в Таблице 17. Безлактозное молоко, содержащее сывороточный белок, содержит меньше углеводов и больше кальция по сравнению с нормальным молоком, наряду с сывороточным белком, пропорция которого в белках молока составляет 40%.

Реферат

Группа изобретений относится к пищевой промышленности. Гидролизуют лактозу молочного сырья. Проводят первую нанофильтрацию гидролизованного молочного сырья для отделения белка в ретентат первой нанофильтрации, а сахаров и минеральных веществ в пермеат первой нанофильтрации. Проводят вторую нанофильтрацию пермеата первой нанофильтрации для отделения сахаров в ретентат второй нанофильтрации, а минеральных веществ в пермеат второй нанофильтрации. Способ получения молочного продукта низколактозного или безлактозного молочного продукта включает получение безлактозного или низколактозного молочного продукта с желаемой композицией, содержащего ретентат первой нанофильтрации и пермеат второй нанофильтрации, полученные заявленным способом. Возможно концентрирование продукта до концентрата или порошка. Группа изобретений обеспечивает эффективный способ разделения белков, сахаров и минеральных веществ, имеющихся в молоке без потерь кальция и белка. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил., 17 табл., 10 пр.

Формула