СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ГИДРОЛИЗОВАННОГО МОЛОКА Российский патент 2004 года по МПК A23C9/00 A23C9/13 A23J3/08 

Изобретение относится к области микробиологии, в частности к производству белковых гидролизатов (пептонов), используемых в качестве быстроусвояемого источника азота в питательных средах различного назначения.

Известен ряд способов получения обезжиренного молока с расщепленной белковой фракцией (гидролизованного молока) в лабораторных условиях.

Способ приготовления гидролизованного молока, предложенный В.М.Богдановым (Богданов В.М. "Микробиология молока и молочных продуктов", Пищепромиздат, Москва, 1962, с. 260), предусматривает разведение натурального или восстановленного молока водопроводной водой (1:2), кипячение, охлаждение до 45^oС и установление активной кислотности (рН) 8,0-9,0. Гидролиз проводят панкреатином (0,05%) или поджелудочной железой (0,5%) при температуре 40^oС в течение 72 ч с использованием 0,5% хлороформа для подавления роста микрофлоры. Гидролизат фильтруют через бумажный фильтр, устанавливают рН 7,0-7,2 и стерилизуют.

Способ приготовления гидролизованного молока, описанный Л.А.Банниковой и др. (Банникова Л.А., Королева Н.С., Семенихина В.Ф. "Микробиологические основы молочного производства", Агропромиздат, Москва, 1987, с.296-297), предусматривает стерилизацию обезжиренного молока при температуре 121^oС с выдержкой 10-15 мин, охлаждение до 45^oС и подщелачивание до рН 7,6-7,8. Гидролиз проводят панкреатином в количестве 0,05-0,10% при температуре 40^oС в течение 18-24 ч с добавлением в качестве консерванта 0,5% хлороформа. В течение первых часов гидролиза молоко несколько раз перемешивают, затем оставляют в покое. К концу процесса смесь разделяется на верхний осветленный слой и осадок. Осветленную жидкость сливают и фильтруют через бумажный фильтр. Фильтрат разводят водой в 2 раза, устанавливают рН 7,0-7,2 и стерилизуют.

Последний способ по технической сущности наиболее близок предлагаемому техническому решению, однако имеет недостатки, общие с предыдущим способом.

Описанные способы предназначены для приготовления питательных сред в лабораторных условиях и имеют ряд существенных недостатков, не позволяющих их применять в условиях промышленного производства. Основные из этих недостатков следующие.

Нагревание до 100^oС с кратковременной выдержкой или стерилизация раствора обезжиренного молока перед гидролизом приводят к заметному снижению скорости фильтрации гидролизата после окончания процесса гидролиза. Фильтрующий элемент фильтровальной установки быстро забивается нерасщепленным белковым остатком, что вызывает необходимость частой смены фильтрующих элементов и снижает эффективность процесса фильтрации.

Гидролизу подвергают растворы обезжиренного молока с концентрацией белковых веществ 1,5-3,8%. Проведение протеолитической реакции при такой концентрации белка в промышленных условиях приводит к повышению энергозатрат на процессы гидролиза и концентрирования.

Стерилизованный фильтрат содержит недостаточное количество микроэлементов и факторов роста, необходимых для размножения тестируемых в молочных продуктах микроорганизмов.

Готовый гидролизат представляет собой жидкость и не пригоден для использования в составе сухих питательных сред.

Задача состоит в создании эффективной основы питательных сред, позволяющей уменьшить расход сырья и материалов, снизить энергозатраты и обеспечить высокое качество и выход конечного продукта в условиях их промышленного производства.

Технический результат заключается в разработке промышленной технологии получения обезжиренного молока, содержащего растворимые продукты гидролиза белковой фракции (пептиды и аминокислоты), обогащенного ростовой добавкой и пригодного для использования в качестве основы жидких и твердых питательных сред, применяемых для учета и контроля микроорганизмов в молочных продуктах.

Указанный технический результат достигается применением комплекса технологических решений на стадиях подготовки белкового раствора, проведения гидролиза и обработки гидролизата перед высушиванием.

Сущность изобретения.

Раствор обезжиренного молока с массовой долей (м.д.) сухих веществ 19-22% готовят путем растворения сухого обезжиренного молока, концентрирования под вакуумом нативного обезжиренного молока или приготовления их смесей, устанавливают активную кислотность рН 6,6-6,9 внесением 20%-ного раствора гидроокиси натрия, нагревают до температуры 95-97^oС, охлаждают до температуры 48-53^oС, устанавливают активную кислотность рН 7,2-7,4, вносят 0,32-0,35% панкреатина с активностью 45 ед/г или 3,2-3,5% фарша поджелудочной железы крупного рогатого скота (КРС) с активностью 4,5 ед/г, гидролиз проводят при температуре 48-53^oС, в присутствии 0,30-0,35% хлороформа в качестве консерванта в течение 42-48 ч до накопления 280-330 мг % аминного азота, в процессе гидролиза активную кислотность поддерживают на уровне рН 6,7-7,0, в гидролизат вносят кукурузный экстракт с м.д. сухих веществ 25-27% и рН 6,3-6,5 в количестве 10-12%, смесь нагревают до 95-97^oС, охлаждают до 65-70^oС, фильтруют через фильтровальный материал с диаметром пор 0,15-0,20 мкм, прозрачный фильтрат концентрируют до м.д. сухих веществ 33-35%, концентрат высушивают методом распыления при температуре на входе 160-170^oС и на выходе 80-85^oС.

Параметры и связанные с ними преимущества используемых технологических решений установлены экспериментально.

Технологические приемы повышения концентрации сухих веществ молока (в том числе белковых веществ) и нагрева до 95-97^oС с 30-минутной выдержкой имеют ряд преимуществ. В результате повышения м.д. сухих веществ в гидролизуемом растворе возрастает глубина гидролиза белков. Незначительные изменения в глубине гидролиза оказываются существенными в отношении влияния на скорость фильтрации и выход конечного продукта.

Глубину гидролиза определяли по отношению освободившихся в результате протеолиза аминогрупп к общему количеству аминогрупп белка после полного кислотного гидролиза. В качестве оценочного показателя скорости фильтрации выбрали удельный объем фильтрата, принятый в химической промышленности для характеристики фильтрационных свойств водных суспензий (Т.А.Малиновская с соавт. , 1983). Выход конечного продукта определяли по отношению массы всех растворимых веществ (продукты гидролиза белка, лактоза и соли) фильтрата к обезвоженной массе СОМ, взятого для гидролиза.

Температурная обработка раствора обезжиренного молока оказывает наиболее существенное влияние на последующие технологические операции гидролиза белковой фракции и осветления (способом фильтрации) гидролизата. Для достижения эффективной фильтрации температура нагрева должна быть не ниже 95-97^oС. Гидролизаты, получаемые из растворов обезжиренного молока, подвергнутого такой обработке, характеризовались наилучшими показателями фильтрационных свойств (скоростью фильтрации, оптической прозрачностью). Для высокотемпературной обработки в промышленных условиях необходимо специальное дорогостоящее оборудование, позволяющее стерилизовать достаточно большие объемы водных растворов. Кроме того, при стерилизации заметно возрастает расход энергоносителей (пара, электроэнергии).

Растворы обезжиренного молока с массовой долей сухих веществ 20-22% имеют активную кислотность (рН) 6,2-6,3. При нагревании растворов с такой кислотностью до температуры 95-97^oС происходит термокислотная коагуляция казеина, сопровождающаяся образованием нерастворимого осадка. Осадок не растворяется при подщелачивании и обладает пониженной гидролизуемостью под действием протеолитического комплекса панкреатина, что приводит к снижению выхода растворимых продуктов гидролиза и, в итоге, готовой основы (на 5-8%). Экспериментально установлено, что подщелачивание концентрированных растворов обезжиренного молока до активной кислотности (рН) 6,6 и выше предотвращает коагуляцию казеина при нагревании.

Подготовленный к гидролизу раствор обезжиренного молока охлаждают до температуры 48-53^oС и вносят панкреатин с активностью 45 ед/г в количестве 0,32-0,35% к объему гидролизуемого раствора. При более низких концентрациях фермента продолжительность фильтрации увеличивается в 1,8 раза. Гидролиз проводят в присутствии 0,30-0,35% хлороформа, поддерживая температуру в интервале 48-53^oС до накопления 280-330 мг % аминного азота. Возможно использование для гидролиза белковой фракции фарша поджелудочной железы крупного рогатого скота с активностью 4,5 ед/г в количестве 3,2-3,5%.

В качестве ростовой добавки по предлагаемой технологии используется кукурузный экстракт в количестве 10-12% с массовой долей сухих веществ 25-27% и рН 6,3-6,5.

Перед высушиванием фильтрат концентрируют. Массовая доля сухих веществ в концентрате, направляемом на сушку, является фактором, определяющим, с одной стороны, экономичность процесса сушки, с другой стороны, качество получаемого продукта. Фильтрат концентрируют до получения в растворе массовой доли сухих веществ 33-35%. При более низком содержании сухих веществ возрастает расход энергоносителей и увеличивается продолжительность высушивания, т.е. снижается экономичность процесса в целом. Растворы с более высокой массовой долей сухих веществ при высушивании образуют порошки с повышенным содержанием влаги (>7%) и выраженной тенденцией к комкованию.

Концентрат высушивают способом распыления в горячем потоке воздуха при температуре на входе в сушильную камеру 170-180^oС и на выходе из сушильной камеры 80-85^oС. Эти режимы позволяют получить максимальный выход сухого продукта при сохранении его качества. Показателями качества сухого порошка являются содержание остаточной влаги не более 5% и отсутствие потемнения порошка. Цвет порошка должен быть светло-желтый. Наибольший выход сухого продукта можно получить при максимально возможном повышении температуры "на входе" и снижении "на выходе". При температуре "на входе" выше 170^oС продукт приобретает темный цвет. При температуре "на выходе" ниже 80^oС повышается влажность продукта, вследствие чего в нем появляются комки.

Пример 1
50 кг сухого обезжиренного молока растворяют в 200 л прокипяченной воды с температурой 32^oС. В приготовленном растворе восстановленного молока с м. д. сухих веществ 19% корректируют активную кислотность (рН) с 6,3 до 6,9 внесением 700 мл 20%-ного раствора гидроокиси натрия. Нагревают до температуры 97^oС и выдерживают при этой температуре 30 мин. Охлаждают до 53^oС. Перед внесением в подготовленный раствор субстрата готовят раствор панкреатина: 800 г фермента с протеолитической активностью 45 ед./г разводят в 2 л питьевой воды с температурой 35^oС и перемешивают до получения гомогенного раствора. После внесения раствора фермента в реакционной смеси устанавливают рН 7,4 внесением 700 мл 20%-ной гидроокиси натрия. Добавляют 875 г хлороформа. Гидролиз проводят при температуре 53^oС, поддерживая рН 7,0 с помощью 20%-ного раствора гидроокиси натрия. Общий расход гидроокиси натрия на нейтрализацию смеси в процессе гидролиза составляет 700 мл. Через 42 ч уровень аминного азота составляет 280 мг %. В гидролизат вносят 25 кг кукурузного экстракта с м. д. сухих веществ 25% и рН 6,3, нагревают до 95^oС, выдерживают 5 мин, охлаждают до 70^oС и фильтруют на фильтр-прессе, укомплектованном фильтровальным картоном марки "Т". После окончания фильтрации фильтр-пресс промывают водой для удаления остатков гидролизата. Прозрачный фильтрат и промывную воду концентрируют в вакуум-выпарном аппарате до получения концентрата с м. д. сухих веществ 35%. Концентрат высушивают в распылительной сушилке при температуре 160^oС на входе и 80^oС на выходе сушильной камеры. Масса сухого порошка 50,4 кг.

Пример 2
Раствор обезжиренного молока готовят и обрабатывают аналогично примеру 1. Перед внесением в подготовленный раствор субстрата готовят фарш поджелудочной железы КРС в количестве 8 кг с протеолитической активностью 4,5 ед. /г: железы очищают от жира, фасций, лимфоузлов и дважды пропускают через мясорубку с диаметром отверстий решетки 3 мм. Дальнейшие действия выполняют аналогично примеру 1. Масса сухого порошка 50,6 кг.

Пример 3
50 кг сухого обезжиренного молока растворяют в 170 л прокипяченной воды с температурой 32^oС. В приготовленном растворе восстановленного молока с м. д. сухих веществ 22% корректируют активную кислотность (рН) с 6,3 до 6,6 внесением 700 мл 20%-ного раствора гидроокиси натрия. Нагревают до температуры 95^oС и выдерживают при этой температуре 30 мин. Охлаждают до 48^oС. Перед внесением в подготовленный раствор субстрата готовят раствор панкреатина: 880 г фермента с протеолитической активностью 45 ед./г разводят в 2 л питьевой воды с температурой 35^oС и перемешивают до получения гомогенного раствора. После внесения раствора фермента в реакционной смеси устанавливают рН 7,2 внесением 700 мл 20%-ной гидроокиси натрия. Добавляют 704 г хлороформа. Гидролиз проводят при температуре 48^oС, поддерживая рН 6,7 с помощью 20%-ного раствора гидроокиси натрия. Общий расход гидроокиси натрия на нейтрализацию смеси в процессе гидролиза составляет 650 мл. Через 48 ч уровень аминного азота составляет 330 мг %. В гидролизат вносят 26,4 кг кукурузного экстракта с м.д. сухих веществ 25% и рН 6,5, нагревают до 95^oС, выдерживают 5 мин, охлаждают до 65^oС и фильтруют на фильтр-прессе, укомплектованном фильтровальным картоном марки "Т". После окончания фильтрации фильтр-пресс промывают водой для удаления остатков гидролизата. Прозрачный фильтрат и промывную воду концентрируют в вакуум-выпарном аппарате до получения концентрата с м.д. сухих веществ 33%. Концентрат высушивают в распылительной сушилке при температуре 170^oС на входе и 85^oС на выходе сушильной камеры. Масса сухого порошка 51,2 кг.

Пример 4
Раствор обезжиренного молока готовят и обрабатывают аналогично примеру 3. Перед внесением в подготовленный раствор субстрата готовят фарш поджелудочной железы КРС в количестве 8,8 кг с протеолитической активностью 4,5 ед. /г: железы очищают от жира, фасций, лимфоузлов и дважды пропускают через мясорубку с диаметром отверстий решетки 3 мм. Дальнейшие действия выполняют аналогично примеру 3. Масса сухого порошка 51,5 кг.

Пример 5
Нативное обезжиренное молоко концентрируют в вакуум-выпарной установке до получения концентрата с м.д. сухих веществ 19%. Дальнейшую обработку концентрата проводят аналогично примеру 1. Масса сухого порошка 50,0 кг.

Пример 6
Нативное обезжиренное молоко концентрируют в вакуум-выпарной установке до получения концентрата с м.д. сухих веществ 19%. Дальнейшую обработку концентрата проводят аналогично примеру 2. Масса сухого порошка 50,3 кг.

Пример 7
Нативное обезжиренное молоко концентрируют в вакуум-выпарной установке до получения концентрата с м.д. сухих веществ 22%. Дальнейшую обработку концентрата проводят аналогично примеру 4. Масса сухого порошка 51,2 кг.

Пример 8
50 кг сухого обезжиренного молока растворяют в 200 л прокипяченной воды с температурой 32^oС. В приготовленном растворе восстановленного молока с м. д. сухих веществ 19% корректируют активную кислотность (рН) с 6,3 до 6,9 внесением 700 мл 20%-ного раствора гидроокиси натрия. Нагревают до температуры 97^oС и выдерживают при этой температуре 30 мин. Охлаждают до 53^oС. Перед внесением в подготовленный раствор субстрата готовят раствор панкреатина: 800 г фермента с протеолитической активностью 45 ед./г разводят в 2 л питьевой воды с температурой 35^oС и перемешивают до получения гомогенного раствора. После внесения раствора фермента в реакционной смеси устанавливают рН 7,4 внесением 700 мл 20%-ной гидроокиси натрия. Добавляют 875 г хлороформа. Гидролиз проводят при температуре 53^oС, поддерживая рН 7,0 с помощью 20%-ного раствора гидроокиси натрия. Общий расход гидроокиси натрия на нейтрализацию смеси в процессе гидролиза составляет 700 мл. Через 42 ч уровень аминного азота составляет 280 мг %. В гидролизат вносят 25 кг кукурузного экстракта с м.д. сухих веществ 27% и рН 6,3, нагревают до 95^oС, выдерживают 5 мин, охлаждают до 70^oС и фильтруют на фильтр-прессе, укомплектованном фильтровальным картоном марки "Т". После окончания фильтрации фильтр-пресс промывают водой для удаления остатков гидролизата. Прозрачный фильтрат и промывную воду концентрируют в вакуум-выпарном аппарате до получения концентрата с м.д. сухих веществ 33%. Концентрат высушивают в распылительной сушилке при температуре 160^oС на входе и 80^oС на выходе сушильной камеры. Масса сухого порошка 50,8 кг.

Пример 9
50 кг сухого обезжиренного молока растворяют в 170 л прокипяченной воды с температурой 32^oС. В приготовленном растворе восстановленного молока с м. д. сухих веществ 22% корректируют активную кислотность (рН) с 6,3 до 6,6 внесением 700 мл 20%-ного раствора гидроокиси натрия. Нагревают до температуры 95^oС и выдерживают при этой температуре 30 мин. Охлаждают до 48^oС. Перед внесением в подготовленный раствор субстрата готовят раствор панкреатина: 880 г фермента с протеолитической активностью 45 ед./г разводят в 2 л питьевой воды с температурой 35^oС и перемешивают до получения гомогенного раствора. После внесения раствора фермента в реакционной смеси устанавливают рН 7,2 внесением 750 мл 20%-ной гидроокиси натрия. Добавляют 650 г хлороформа. Гидролиз проводят при температуре 48^oС, поддерживая рН 6,7 с помощью 20%-ного раствора гидроокиси натрия. Общий расход гидроокиси натрия на нейтрализацию смеси в процессе гидролиза составляет 750 мл. Через 48 ч уровень аминного азота составляет 330 мг %. В гидролизат вносят 26,4 кг кукурузного экстракта с м.д. сухих веществ 27% и рН 6,5, нагревают до 95^oС, выдерживают 5 мин, охлаждают до 65^oС и фильтруют на фильтр-прессе, укомплектованном фильтровальным картоном марки "Т". После окончания фильтрации фильтр-пресс промывают водой для удаления остатков гидролизата. Прозрачный фильтрат и промывную воду концентрируют в вакуум-выпарном аппарате до получения концентрата с м.д. сухих веществ 35%. Концентрат высушивают в распылительной сушилке при температуре 170^oС на входе и 85^oС на выходе сушильной камеры. Масса сухого порошка 51,1 кг.

Изобретение может быть использовано в микробиологии. Способ предусматривает приготовление раствора обезжиренного молока с массовой долей сухих веществ 19-22%. В данном растворе устанавливают активную кислотность рН 6,6-6,9, раствор нагревают до температуры 95-97^oС. Затем проводят гидролиз белковой фракции ферментативным препаратом панкреатина с протеолитической активностью 4,5 ед./г в количестве 0,32-0,35% или фаршем поджелудочной железы крупного рогатого скота с протеолитической активностью 4,5 ед./г в количестве 3,2-3,5%. Гидролиз ведут при температуре 48-53^oС до накопления 280-330 мг % аминного азота в присутствии 0,30-0,35% хлороформа. После окончания гидролиза перед нагреванием в гидролизат в качестве ростовой добавки вносят кукурузный экстракт с массовой долей сухих веществ 25-27% в количестве 10-12%. Фильтрат концентрируют до массовой доли сухих веществ 33-35% и высушивают методом распыления при температуре на входе в сушильную камеру 160-170^oС и на выходе из сушильной камеры 80-85^oС. Способ позволяет получить обезжиренное молоко, содержащее растворимые продукты гидролиза белковой фракции, обогащенной ростовой добавкой, и пригодное для использования в качестве основы жидких и твердых питательных сред, применяемых для учета и контроля микроорганизмов в молочных продуктах.

Способ производства гидролизованного молока, предусматривающий приготовление раствора обезжиренного молока, нагревание, ферментативный гидролиз белковой фракции комплексом протеолитических ферментов, нагревание и фильтрацию, отличающийся тем, что раствор обезжиренного молока готовят с массовой долей сухих веществ 19-22%, активную кислотность в растворе устанавливают рН 6,6-6,9, раствор нагревают до температуры 95-97°С, для гидролиза белковой фракции используют ферментный препарат панкреатина с протеолитической активностью 45 ед./г в количестве 0,32-0,35% или фарш поджелудочной железы крупного рогатого скота с протеолитической активностью 4,5 ед./г в количестве 3,2-3,5%, гидролиз ведут при температуре 48-53°С до накопления 280-330 мг % аминного азота в присутствии 0,30-0,35% хлороформа, после окончания гидролиза перед нагреванием в гидролизат в качестве ростовой добавки вносят кукурузный экстракт с массовой долей сухих веществ 25-27% в количестве 10-12%, фильтрат концентрируют до массовой доли сухих веществ 33-35% и высушивают методом распыления при температуре на входе в сушильную камеру 160-170°С и на выходе из сушильной камеры 80-85°С.