СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА УГЛЕВОДНО-БЕЛКОВОГО МОДУЛЯ ДЛЯ ДЕТСКОГО ПИТАНИЯ Российский патент 1996 года по МПК A23C21/00 

Изобретение относится к молочной промышленности, в частности к производству углеводно-белкового модуля из творожной сыворотки, используемого при производстве продуктов детского питания.

В молочной промышленности известен способ использования творожной сыворотки для получения сывороточного концентрата с применением карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) для предотвращения снижения растворимости белков и улучшения качества продукта.

Молочную сыворотку очищают от казеиновой пыли и жира, вносят КМЦ в количестве 0,01-0,03% деминерализуют электродиализом при 8-20^оС, вносят КМЦ до общего содержания в сыворотке 0,1-0,3% пастеризуют, сгущают и сушат.

Недостатком данного метода является то, что описанный способ не дает возможности получить концентрат с легкоусвояемым и термостабильным белком.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому способу является способ получения сыворотки деминерализованной, полученной методом электродиализа (СД-ЭД).

Творожную сыворотку очищают от молочного жира и казеиновой пыли при 38-42^оС, затем пастеризуют при 70-72^оС с выдержкой 20 с и охлаждают до 3-5^оС. Перед сгущением сыворотку подогревают до 49-51^оС. Сгущают до массовой доли сухих веществ 23 ± 1% при 60^оС. Затем сгущенную сыворотку подают на электродиализную установку периодического действия с использованием катионо- и анионоселективных мембран. Электродиализ осуществляют при 49-51^оС. Деминерализацию электродиализом осуществляют до достижения массовой доли минеральных веществ: при 70%-ном уровне деминерализации не более 0,63% при 90%-ном уровне не более 0,21% После этого сыворотку направляют на досгущение при температуре не более 60^оС до достижения массовой доли сухих веществ 46 ± 2% охлаждают до 26-30^оС. Сушку сгущенной деминерализованной сыворотки осуществляют на распылительной сушильной установке с температурой на входе 170-190^оС, на выходе 75-85^оС.

Недостатком этого способа является то, что он не приводит к получению концентрата с легкоусвояемым и термостабильным белком.

Использование в этом способе деминерализации электродиализом приводит к значительной потере белка (до 30%), который осаждается на мембранах электродиализной установки при одновременном увеличении энергоемкости процесса, а следовательно, и его удорожанию.

Целью изобретения является улучшение качества детских продуктов за счет получения легкоусвояемого и термостабильного сывороточного белка и снижения содержания минеральных солей.

Поставленная цель достигается тем, что в способе производства углеводно-белкового модуля для детского питания, предусматривающем очистку творожной сыворотки от казеиновой пыли и жира, сгущение и сушку, обезжиренную творожную сыворотку после очистки подвергают тепловой денатурации при 80-95^оС с изменением реакции среды до рН 6,0-6,5 путем введения в обезжиренную творожную сыворотку раскислителя, затем фильтруют с получением обогащенного белком концентрата и обогащенного лактозой пермеата, который деминерализуют ионообменными смолами при 20^оС, пропуская последовательно, по меньшей мере два раза, через катионит в сильнокислой форме в течение 15 мин при объемном соотношении катионит:пермеат 1:40 и анионит в бикарбонатной форме в течение 10 мин при объемном соотношении анионит:пермеат 1:10, затем смешивают с обогащенным белком концентратом, а после сгущения гомогенизируют. В случае, если денатурацию обезжиренной творожной сыворотки проводят без изменения реакции среды, то во время смешивания обогащенного белком концентрата с деминерализованным пермеатом осуществляют стабилизацию белков путем внесения лимоннокислых солей. В случае, если обогащенный белком концентрат диспергируют перед смешиванием с деминерализованным пермеатом, то после сгущения проводят сушку.

Предлагаемый способ получения углеводно-белкового модуля из творожной сыворотки осуществляется следующим образом.

Творожную сыворотку очищают от жира и казеиновой пыли на сепараторе марки А1-ОХС при температуре сыворотки 36-40^оС. Обезжиренную сыворотку подвергают тепловой денатурации с изменением реакции среды. Перед денатурацией сыворотку раскисляют до рН 6,0-6,5 единиц растворами щелочей едкого натра или едкого калия и выдерживают 11-15 мин. Процесс денатурации осуществляют, нагревая сыворотку до 91-95^оС, после денатурации сыворотку охлаждают до 48-52^оС и направляют на ультрафильтрацию или сепарирование для отделения скоагулированного белкового концентрата от обогащенного лактозой пермеата. Белковый концентрат направляют на коллоидную мельницу с целью диспергирования. Пермеат подвергают двухкратной деминерализации ионообменными смолами при 16-20^оС. Сначала пропускают через колонку с катионитом (КУ-2х8 чс) в сильнокислой форме при объемном соотношении катионит-пермеат 1:40 в течение 15 мин, затем через колонку с анионитом (АМх8) в бикарбонатной форме при объемном соотношении анионит:пермеат 1:10 в течение 10 мин и процесс снова повторяют. Затем деминерализованный пермеат смешивают с белковым концентратом в течение 15 мин. Полученную смесь нагревают до 48-52^оС и направляют на сгущение до концентрации сухих веществ 38-42% В случае отсутствия коллоидной мельницы сгущенную смесь диспергируют на гомогенизаторе. Гомогенизацию проводят при температуре 55-65^оС и давлении: на первой ступени от 4,0 до 5,0 МПа, на второй ступени от 2,0 до 2,5 МПа. Сушку осуществляют на распылительной сушильной установке при температуре сгущенки 48-52^оС, температуре в сушильной камере 160-180^оС на входе и 80-90^оС на выходе.

Если процесс денатурации проводился без раскисления, то на стадии смешивания белкового концентрата с деминерализованным пермеатом в смесь вносят раствор лимоннокислых солей натрия и калия для стабилизации белка и выдерживают 1 ч. Соли вносят из расчета 0,7 кг лимоннокислого натрия и 2,2 кг лимоннокислого калия на 1000 кг сыворотки.

Тепловая денатурация с последующей фильтрацией и диспергированием белкового концентрата позволяет получить белок с улучшенными качествами, так как скоагулированный и диспергированный белок за счет образования мелкодисперсной суспензии имеет лучшую усвояемость организмом, а также более термостабилен по сравнению с тем, который не подвергался денатурации и диспергированию.

Порог тепловой денатурации белков творожной сыворотки соответствует 50-60^оС, однако видимая коагуляция (образование хлопьев) наступает при 80^оС. Максимальная температура тепловой коагуляции белков творожной сыворотки 95^оС. Дальнейшее повышение температуры не оказывает особого влияния на коагуляцию.

Тепловую денатурацию можно проводить без изменения реакции среды и с изменением реакции среды в щелочную зону, вводя реагенты-коагулянты (КОН, NaOH, Ca(OH)₂).

В случае проведения процесса денатурации без раскисления получаемая грубодисперсная суспензия сыворотка хлопья имеет более выраженную форму (четкую границу) и белковый сгусток легче отделяется от пермеата при фильтровании.

В случае проведения денатурации с изменением реакции среды белковый сгусток не имеет ярко выраженную форму, однако введение раскислителей способствует более полной денатурации, так как реакция среды доводится до изоэлектрической точки всех белков, разрушая солевые связи частиц белка.

Деминерализация пермеата с помощью ионообменных смол позволяет проводить процесс деминерализации с меньшими затратами труда и электроэнергии по сравнению с электродиализом, а также не приводит к потере белка.

Деминерализацию проводят при 20^оС. Эта температура является оптимальной, при которой начинается действие ионитов.

Сыворотку подвергают двухкратной деминерализации для более полного обессоливания (степень деминерализации 80-90^оС). Однократная деминерализация не обеспечивает полного обессоливания (степень деминерализации 40%).

Сыворотку пропускают сначала через колонку с катионитом (КУ-2х8 чс) в сильнокислой форме при объемном соотношении катионит:пермеат 1:40 в течение 15 мин, затем через колонку с анионитом (АМх8) в бикарбонатной форме при объемном соотношении анионит: пермеат 1:10 в течение 10 мин. Затем процесс повторяют. Пропускать сыворотку в такой последовательности, сначала через катионит, затем через анионит, необходимо, чтобы в конце деминерализации достичь значения активной кислотности, близкого к 6,0, так как анионирование повышает активную кислотность, что в свою очередь будет способствовать улучшению термостабильности белка.

Объемные соотношения катионит-пермеат 1:40 и анионит:пермеат 1:10 являются наиболее оптимальными, при которых достигается максимальная степень деминерализации (90% ). Уменьшение загрузки сорбентов снижает эффективность степени деминерализации, увеличение загрузки сорбентов незначительно влияет на процесс деминерализации. Время воздействия катионитов (15 мин) и анионитов (10 мин) также оптимальное. Уменьшение времени воздействия приводит к неэффективной степени деминерализации, увеличение времени воздействия нецелесообразно, так как незначительно увеличивает степень деминерализации (1-2% ).

П р и м е р 1. 1000 кг творожной сыворотки с рН 4,7 отделяют от жира и казеиновой пыли на саморазгружающемся сепараторе марки А1-ОХС полузакрытого типа с двухсекционным барабаном при 38^оС. Обезжиренную сыворотку подвергают тепловой денатурации, нагревая до 93^оС в ванне ВДП, после коагуляции белка сыворотку охлаждают до 50^оС, направляют в ультрафильтрационную установку непрерывного действия. Ультрафильтрацию проводят до достижения массовой доли сухих веществ в концентрате 20% Полученный после ультрафильтрации белковый концентрат диспергируют на коллоидной мельнице. Полученный после ультрафильтрации пермеат подвергают двухкратной деминерализации на ионообменных смолах, пропуская сначала через колонку с катионитом в течение 15 мин, затем с анионитом в течение 10 мин. Деминерализованный пермеат (степень деминерализации 90%) смешивают с белковым концентратом в течение 15 мин. В смесь добавляют раствор лимоннокислых солей для стабилизации белка. Вносят натрий лимоннокислый в количестве 0,7 кг и калий лимоннокислый в количестве 2,2 кг и выдерживают 1 ч. Затем полученную смесь нагревают до 50^оС и сгущают в вакуум-выпарном аппарате до концентрации сухих веществ 40% Сушат на распылительной сушильной установке при 170^оС входящего воздуха и 85^оС выходящего воздуха.

П р и м е р 2. Технология производства углеводно-белкового модуля та же, что в примере 1. Разница в том, что процесс денатурации проводят с изменением реакции среды. Перед денатурацией сыворотку раскисляют до рН 6,0 растворами едкого натрия или едкого калия концентрацией 100 г/дм³ и выдерживают 11 мин.

П р и м е р 3. Технология производства углеводно-белкового модуля та же, что в примере 1. Разница в том, что процесс диспергирования проводится не на коллоидной мельнице, а на двухступенчатом гомогенизаторе после сгущения смеси. Гомогенизацию проводят при 55^оС и давлении: на первой ступени от 4,0 до 5,0 МПа, на второй ступени от 2,0 до 2,5 МПа.

Технология производства углеводно-белкового модуля из творожной сыворотки, описанная в примерах 1-3, позволяет получить высококачественный продукт с легкоусвояемым и термостабильным белком, который может применяться для производства продуктов детского, диетического и профилактического питания.

П р и м е р 4. Технология производства углеводно-белкового модуля та же, что в примере 1. Отличие в том, в процессе деминерализации объемные соотношения берут: катионит:пермеат 1:45, анионит:пермеат 1:15. Эксперимент показал, что при увеличении загрузки сорбентов степень деминерализации увеличивается незначительно, а при увеличении загрузки катионита кроме того происходит сдвиг активной кислотности в кислую сторону, что может повлиять на качество сыворотки.

П р и м е р 5. Технология производства углеводно-белкового модуля та же, что в примере 1. Отличие в том, что в процессе деминерализации изменено время воздействия смол на пермеат. Время воздействия на пермеат катионита увеличено до 20 мин, анионитов до 15 мин. Эксперимент показал, что увеличение времени воздействия сорбентов на пермеат незначительно увеличивает степень деминерализации.

В табл.1 представлен состав пермеата до и после деминерализации.

Из табл.1 видно, что благодаря двухкратной деминерализации на ионообменных смолах удается снизить массовую долю золы в 10 раз, массовую долю хлоридов в 8 раз. Степень деминерализации составляет 90%
В табл. 2 представлены физико-химические показатели углеводно-белкового модуля из творожной сыворотки.

Из табл.2 видно, что УБМ из творожной сыворотки имеет высокое содержание углеводов и белка и низкое содержание жира и золы, что позволит его использовать как источник высококачественных и легкоусвояемых белков и углеводов при производстве продуктов детского, диетического и профилактического питания.

Предлагаемый способ позволит получить углеводно-белковый модуль (УБМ) со сниженным содержанием минеральных солей, а также с легкоусвояемым и термостабильным сывороточным белком. Это в свою очередь способствует повышению качества детских продуктов, в составе которых он будет использоваться.

Применение полученного УБМ в качестве составной части совместно с другими модулями при производстве детских продуктов позволит значительно упростить и ускорить технологические процессы изготовления продуктов детского питания, увеличить сроки хранения компонентов и быстро получить продукты на молочных кухнях и цехах детского питания небольшой мощности.

Использование: в молочной промышленности при производстве продуктов детского питания. Сущность изобретения: творожную сыворотку очищают от казеиновой пыли и жира, подвергают тепловой денатурации при 80 - 95^oС, разделяют на концентрат и пермеат, пермеат деминерализуют ионообменными смолами при 20^oС, пропуская последовательно, по меньшей мере два раза, через катионит в сильнокислой форме в течение 15 мин при объемном соотношении катионит : пермеат 1 : 40 и анионит в бикарбонатной форме в течение 10 мин при объемном соотношении анионит : пермеат 1 : 10. Затем смешивают с концентратом, осуществляя одновременно стабилизацию белков путем внесения лимоннокислых солей. Проводят сгущение, гомогенезацию и сушку. 2 з. п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ производства углеводно-белкового модуля для детского питания, предусматривающий очистку творожной сыворотки от казеиновой пыли и жира, сгущение и сушку, отличающийся тем, что после очистки обезжиренную сыворотку подвергают тепловой денатурации при 80 95^oС, затем разделяют с получением обогащенного белком концентрата и обогащенного лактозой пермеата, пермеат деминерализуют ионообменными смолами при 20^oС, пропуская последовательно по меньшей мере два раза через катионит в сильнокислой форме в течение 15 мин при объемном соотношении катионит пермеат 1 40 и анионит в бикарбонатной форме в течение 10 мин при объемном соотношении анионит пермеат 1 10, затем смешивают с концентратом, осуществляя одновременно стабилизацию белков путем внесения лимоннокислых солей, а после сгущения гомогенизируют. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что денатурацию обезжиренной творожной сыворотки проводят с изменением реакции среды до рН 6,0 6,5 путем введения раскислителя. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрат диспергируют перед смешиванием с деминерализованным пермеатом.