СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ БЕЛКОВЫХ ВЕЩЕСТВ ИЗ МОЛОЧНОГО СЫРЬЯ Российский патент 2007 года по МПК A23J1/20 

Изобретение относится к молочной промышленности и может быть использовано в процессе переработки молочной сыворотки для выделения белковых веществ.

Известен термический способ выделения сывороточных белков путем нагрева сыворотки при рН 4,2-4,7 до температуры 90-95°С. Степень извлечения белка этим способом составляет 27%. Известен также термокальциевый способ, заключающийся во введении в сыворотку CaCl₂ и последующем нагревании до 90-95°С. Степень извлечения белка при этом составляет 54,3%, что не может считаться достаточным [Храмцов А.Г. Молочная сыворотка. М.: Пищевая промышленность, 1979]. Также недостатком этих способов являются большие энергетические затраты.

Известен способ очистки молочной сыворотки от белковых веществ, предусматривающий добавление к сыворотке осадителя белков - танина [Авт. св. СССР №908305, А 23 J 1/20, 1982].

Однако очищенная таким образом сыворотка недостаточно прозрачна и, кроме того, способ отличается значительными затратами тепловой энергии.

Известен способ осветления молочной сыворотки за счет введения бентонитовой глины [Авт. св. СССР №1762862, А 23 С 21/00, А 23 J 1/20, 1989].

Недостатком способа является низкая степень выделения белка, а также загрязнение белка глиной, что затрудняет его использование в пищевых целях.

Известны способы выделения белков с помощью комплексообразователей - поликарбоксилкислотных препаратов [Сенкевич Г., Ридель К. - Молочная сыворотка: переработка и использование в агропромышленном комплексе. - М.: Агропромиздат, 1989, с.269]. В качестве активного осадителя может быть использована обладающая слабыми анионными свойствами карбоксиметилцеллюлоза.

Однако вследствие высокой вязкости раствора происходит медленное осаждение белкового комплекса.

Известен также способ обработки молочной сыворотки путем введения в нее осадителя с последующим выдерживанием смеси и отделением образовавшегося осадка, отличающийся тем, что в качестве осадителя используют пектин в количестве 0,25-2% от массы сыворотки, смесь перемешивают при 15-30°С в течение 30-35 мин при рН-4,0-5,0 с последующим разделением полученного осадка комплекса белок-пектин центрифугированием [Патент РФ №2134992, А 23 J 1/20, А 23 С 21/00, 1998].

Недостатком этого способа является высокая ресурсоемкость способа при невысокой степени выделения белковых веществ.

Наиболее известным способом выделения белковых веществ из молочной сыворотки является способ, основанный на введении в нее осадителя, в качестве которого используют раствор хитозана в количестве 0,25-1,0% от массы сыворотки, перемешивании и выдержке при 15-20°С в течение 25-30 мин [Патент РФ №2031598, А 23 J 1/20, 1995].

Недостатками способа являются большой расход хитозана и повышенная трудоемкость способа, связанная с необходимостью приготовления геля хитозана путем растворения его в уксусной кислоте и последующей нейтрализации раствором карбоната натрия. Кроме того, в составе белковой массы и надосадочном слое накапливается ацетат натрия, образующийся при нейтрализации уксусной кислоты. Это изменяет солевой состав продукта и ухудшает его качество.

Наиболее близким техническим решением является способ получения белкового концентрата из молочного сырья, предусматривающий внесение в пастеризованное и охлажденное до 30-60°С молочное сырье подогретого до температуры молочного сырья хитозана с рН 4,2-4,8, приготовленного на кислой молочной сыворотке, в количестве 0,1-0,3% в пересчете на сухой хитозан от массы молочного сырья, перемешивание, выдержку до 30 мин и отделение одним из известных способов выпавших в осадок белковых веществ [Патент РФ №2189759, А 23 J 1/20, А 23 С 23/00, 2000].

Недостатками этого способа являются большой расход хитозана, низкая скорость процесса и недостаточная степень выделения белка. Кроме того, конечный белковый продукт обладает пониженной вязкостью, что затрудняет его использование в ряде пищевых производств и для приготовления кормов.

Задачей предлагаемого технического решения является разработка технологичного способа выделения белковых веществ из молочного сырья, позволяющего снизить ресурсоемкость процесса и упростить технологию получения белковой массы, которую можно использовать в качестве кормовой добавки в рационе скота и птицы.

Техническим результатом является сокращение расхода реагента на основе хитозана, используемого при получении белкового комплекса, что улучшает кормовую ценность белкового концентрата.

Технический результат достигается в способе выделения белковых веществ из молочного сырья, включающем введение в молочную сыворотку реагента на основе хитозана, приготовленного на молочной сыворотке, перемешивание, выдержку до 30 мин и отделение осадка белковых веществ, причем в качестве реагента используют продукт взаимодействия хитозана с карбоксиметилцеллюлозой в массовом соотношении 1:(0,1-0,2), вводимый в количестве 1-2% от массы сыворотки.

Заявляемое техническое решение по сравнению с прототипом предусматривает снижение расхода хитозана за счет использования продукта его взаимодействия с карбоксиметилцеллюлозой, что представляет значительное преимущество, так как увеличивается содержание сывороточных белков в осадке, что положительно сказывается на энергетической и кормовой ценности белкового концентрата.

Процесс выделения белков молочной сыворотки, скорее всего, сводится к явлению образования высокомолекулярных комплексов между отрицательно заряженными глобулами белка и положительно заряженными звеньями продукта взаимодействия хитозана с карбоксиметилцеллюлозой за счет центров координации и функциональных групп как кислой, так и основной природы, присутствующих в молекуле белка, и положительно заряженными аминогруппами хитозана, что значительно снижает конформационную подвижность макромолекул белков, а это, в свою очередь, приводит к явлению полной коацервации, т.е. распаду на две фазы коллоидной системы молочной сыворотки, что приводит к образованию осадка комплекса сывороточных белков с продуктом взаимодействия хитозана и карбоксиметилцеллюлозы, а также безбелковой жидкости, содержащей лактозу, низкомолекулярные пептиды, минеральные вещества. Использование высокомолекулярного продукта взаимодействия хитозана с карбоксиметилцеллюлозой для выделения белка из молочного сырья позволяет улучшить результаты процесса за счет того, что подобный реагент обладает на порядок большей молекулярной массой по сравнению с исходными хитозаном и карбоксиметилцеллюлозой, что, безусловно, ускоряет процесс седиментации из-за гораздо большей массы конечного продукта, образующегося в процессе выделения белка, а также приводит к образованию более крупных хлопьев осадка, что улучшает последующие процессы декантации и фильтрования. Также увеличивается степень выделения белка за счет более высокой сорбционной активности предлагаемого продукта взаимодействия хитозана с карбоксиметилцеллюлозой из-за более развитой макромолекулярной структуры. В этом состоит принципиальное отличие данного способа от способа, предложенного в прототипе.

Заявляемое массовое соотношение хитозана и карбоксиметилцеллюлозы 1:(0,1-0,2) при получении продукта взаимодействия является оптимальным, т.к. позволяет получить реагент, который содержит достаточное количество функциональных аминогрупп, способных к комплексообразованию с сывороточными белками, при более высокой молекулярной массе макромолекулярных агрегатов по сравнению с чистыми хитозаном и карбоксиметилцеллюлозой, что уменьшает расход хитозана и увеличивает кормовую ценность белкового концентрата.

Применение 2% слабовязкого коллоидного раствора реагента является оптимальным, т.к. приводит к наибольшей степени выделения белка из молочной сыворотки при минимальном расходе реагента и положительно влияет на кормовую ценность конечного продукта.

Введение в молочную сыворотку коллоидного раствора реагента в количестве, превышающем 2% от ее массы, весьма нецелесообразно, так как не способствует увеличению степени выделения белка, а лишь приводит к необоснованному перерасходу реагента, снижению скорости процесса и чрезмерному увеличению вязкости осадка, что ухудшает технологические и кормовые показатели конечного продукта.

Снижение количества вводимого коллоидного раствора реагента ниже 1% от массы сыворотки приводит к сокращению количества выделяемого белка и поэтому не может быть рекомендовано.

Способ осуществляется следующим образом.

Молочную сыворотку после сепарирования подают в высокий резервуар и вносят в нее продукт взаимодействия хитозана с карбоксиметилцеллюлозой в массовом соотношении 1:(0,1-0,2) в количестве 1-2% от массы сыворотки. Осуществляют кратковременное перемешивание полученной смеси с целью выравнивания концентраций во всех точках резервуара. Затем смесь отстаивают в течение 20-30 мин. Белковая фракция образует плотный вязкий коллоидный осадок на дне емкости, который может быть отделен от осветленной надосадочной жидкости методом декантации. Белковый комплекс может быть направлен на дальнейшее концентрирование фильтрованием, либо центрифугированием с получением в итоге кормового продукта для скота и птицы с низкой степенью влажности или идти на консервацию и упаковку.

Готовят раствор реагента для выделения сывороточных белков следующим образом. При температуре 20-25°С в отфильтрованную кислую сыворотку с рН 3-4 вносят сухой хитозан (по ТУ 1501482-88) в количестве 2% от массы кислой сыворотки и хорошо перемешивают. Осуществляют выдержку полученной таким образом смеси в течение 24 ч для набухания и растворения хитозана. Затем производится корректировка рН раствора до нейтральной реакции путем действия насыщенным раствором карбоната натрия. После этого при перемешивании в систему вводят карбоксиметилцеллюлозу в виде 10% водного раствора в количестве 10-20% в пересчете на сухие вещества от массы хитозана в смеси. При этом наблюдается значительное возрастание вязкости раствора, что свидетельствует об образовании высокомолекулярного комплекса между полимерами. Таким образом, осуществляют синтез композиционного структурообразователя с массовым отношением хитозана к карбоксиметилцеллюлозе 1:(0,1-0,2). Полученный продукт хранят при 10-12°С до 10 сут.

Пример 1. В 1 л творожной сыворотки с активной кислотностью 5,1 и общим содержанием белка 1,1% вносят 10 мл продукта взаимодействия хитозана с карбоксиметилцеллюлозой в массовом соотношении 1:0,1. Смесь перемешивают при прибавлении реагента до его равномерного распределения по объему сыворотки. Дают смеси отстояться в течение 30 мин, после чего методом декантации отделяют осадок объемом 0,25 л от осветленной части сыворотки с остаточным содержанием белка 0,2%. Осадковую часть одним из известных способов (фильтрацией, центрифугированием) концентрируют, стабилизируют и консервируют. Далее ее используют как кормовую добавку для скота и птицы.

Пример 2. В 1 л творожной сыворотки с активной кислотностью 5,1 и общим содержанием белка 1,1% вносят 20 мл продукта взаимодействия хитозана с карбоксиметилцеллюлозой в массовом соотношении 1:0,1. Смесь перемешивают. Дают смеси отстояться в течение 30 мин, после чего методом декантации отделяют осадок объемом 0,15 л от осветленной части сыворотки с остаточным содержанием белка 0,15%. Осадковую часть одним из известных способов (фильтрацией, центрифугированием) концентрируют, стабилизируют и консервируют.

Пример 3. В 1 л творожной сыворотки с активной кислотностью 5,1 и общим содержанием белка 1,1% вносят 20 мл продукта взаимодействия хитозана с карбоксиметилцеллюлозой в массовом соотношении 1:0,2. Смесь перемешивают. Дают смеси отстояться в течение 30 мин, после чего методом декантации отделяют осадок объемом около 0,1 л от осветленной части сыворотки с остаточным содержанием белка 0,08%. Осадковую часть концентрируют, стабилизируют и консервируют.

Таким образом, использование продукта взаимодействия хитозана с карбоксиметилцеллюлозой в качестве реагента для выделения белков из молочной сыворотки позволяет получать белковый комплекс с минимальными материальными и энергетическими затратами, который представляется перспективным использовать в качестве кормовой добавки в рационе скота и птицы за счет ценных пищевых свойств сывороточных белков и биологически активного полимера хитозана, кроме того, значительно увеличивается содержание белка в конечном продукте, снижается зольность, что улучшает качество белкового концентрата.

Надосадочная жидкость может быть использована для выработки различных известных продуктов, в т.ч. для получения молочной кислоты, или для производства новых продуктов.

Технологический процесс отличается простотой, не требует дополнительного оборудования к уже имеющемуся в промышленности.

Изобретение относится к молочной промышленности и может быть использовано в процессе переработки молочной сыворотки для выделения белковых веществ. Способ выделения белковых веществ из молочного сырья включает введение в молочную сыворотку реагента на основе хитозана, приготовленного на молочной сыворотке, перемешивание, выдержку до 30 мин и отделение осадка белковых веществ. Причем в качестве реагента используют продукт взаимодействия хитозана с карбоксиметилцеллюлозой в массовом соотношении 1:(0,1-0,2), вводимый в количестве 1-2% от массы сыворотки. Предлагаемый способ выделения белковых веществ из молочного сырья позволяет сократить расход реагента на основе хитозана, используемого при получении белкового комплекса, повысить кормовую ценность белкового концентрата.

Способ выделения белковых веществ из молочного сырья, включающий введение в молочную сыворотку реагента на основе хитозана, приготовленного на молочной сыворотке, перемешивание, выдержку до 30 мин и отделение осадка белковых веществ, отличающийся тем, что в качестве реагента используют продукт взаимодействия хитозана с карбоксиметилцеллюлозой в массовом соотношении 1:(0,1-0,2), вводимый в количестве 1-2% от массы сыворотки.