Способ хроматографического выделения лактозы из молочных продуктов Советский патент 1991 года по МПК G01N33/04 B01D15/08 

(2) 4028566/13 (22) 13.11.86

(31)854485

(32)14.11.85

(33)FI

(46) 15.02.91 . Бюл. if 6

(71)Валио Меиериен Кескусосууслии- ке (FI)

(72)Матти Харю (FT)

(53)637.148(088.8)

(56)Патент США № 3969337, кл. А 23 J 1/20, 1976.

(54)СПОСОБ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО ВЫДЕЛЕНИЯ ЛАКТОЗЫ ИЗ МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ

(57)Изобретение относится к молочной промышленности, а именно к хромато- графическому выдепению лакгозы из молочных продуктов. Целью изобретения является упрощение способа, снижение энергозатрат и более г.олное отделение лактозы. Для хроматографического выделения лактозы из молочных продуктов колонку заполняют катионообменной смолой в натриевой форме. Состав катионообменной смолы уравновешивают с составом молока путем перерода смолы из натриевой Лормы в уравновешенную введением обезжиренного молока или концентрированного обезжиренного мо лока до соотношения катионообменной смолы и уравновешивающего обезжиренного молока 1:10-1:20 или раствором « солей, катионообменный состав которого соответствует катионному составу молока. Пропускание молочного продукта через колонку, заполненную катионообменной смопой, осуществляют при 50-70°С при соотношении объемов молочного продукта и уравновешенной катионообменной смолы 1 :20-1:80. 7 табл.

а SS

(Л

Изобретение относится к молочной промышленности, а именно к хромато- графическому выделению лактозы из молочных продуктов.

Цель изобретения - упрощение способа, снижение энергозатрат и более полное отделение лактозы.

Способ осуществляется следующим образом.

Колонку заполняют катионообменной смолой в натриевой форме. Состав катионообменной смолы уравновешивают с составом молока.

В процессе уравновешивания через слой смолы пропускают обезжиренное молоко или концентрированное обезжиренное молоко до соотношения катионообменной смолы и уравновешивающего обезжиренного молока от 1:I0 до 1:20. Уравновешивание смолы осуществляют также посредством раствора соли, ка- тионный состав которого соответствует катионному составу молока. Водный раствор соли получают из смеси солей, содержащей хлористый кальций, хлористый калий, хлористый натрий и хлористый магний.

Концентрация солей в водном растворе, г/л:

Хлористый кальций

СаС1г-2%053,5

Хлористый калий КС1 23,1

.Хлористый натрий

NaCl 8,5

Хлористый магний

MgClg 6H2015,1

При уравновешивании смолы через слой указанной смолы пропускают предпочтительно один объем, равный объему колонки, водного раствора, полученного из смеси солей.

Если хроматографическое разделение осуществляют посредством смолы в кальциевой форме, молоко контактируя1 со смолой, осаждается и колонка засоря-1

ется. Если смола имеет натриевую фор-|5 колонки, вследствие чего следует ис25

му, разрушается структура мицелл казеина и казеин растворяется в форме казеи- ната натрия. В результате этого молоко становится прозрачным на вид, причем изменяются вкус и другие свойства моло- jn ка.

Казеин сохраняет свою мицеллярную структуру, но не осаждается при использовании уравновешенной катиогооб- . менной смолы для хроматографической обработки молока. Протеины молока не осаждаются в колонке при температуре разделения в диапазоне от 50 до 70°С, причем режим тепловой обработки при ,. разделении молока в уравновешенной кс лонке соответствует режиму пастеризации молока, при этом микробиологичес- кое качество молока и его фракции улучшается.

Предлагаемый способ пригоден для обработки как обезжиренного, так и цельного (жирного) молока, поскольку содержащийся в молоке жир полностью плавится при температурах, превышающих 40°С.

30

35

парить лишнюю воду из фракций, не содержащих лактозу, чтобы восстановить исходное содержание сухих веществ., равное например, 9% в случае обезжиренного молока. В этом случае, если молочные продукты подвергают обработке в объеме, например, в количестве 100000 л обезжиренного молока (содержание сухого остатка 9%) в сутки, количество воды, которое необходимо испарить из фракций молока, составляет примерно 18000 л в сутки, однако, если необходимо обработать то же самое количество (100000 л) концентрированного обезжиренного молока (содержание сухого остатка 40%) в сутки, то количество воды, которое необходимо испарить из фракций молока, составит только примерно 40000 л в-сутки. Поскольку указанное испарение фракций молока i

является основным источником затрат, осщая стоимость осуществления способа значительно снижается при проведении процесса с использованием концентрированных молочг гх

Перед обработкой уравновешенной ка-продуктов. При осуществлении предлатионообменной смолой молоко концент-гаемого способа за исключением прорируют таким образом, чтобы содержа-мывки колонок практически нет сточных

ние сухого остатка в нем находилось ввод. Результаты испытаний показывают,

пределах от 27 до 36%. При низких тем- что промежуток времени между двумя

пературах вязкость указанного концентрированного молока слишком высока, однако при температурах выше 50 С указанная вязкость снижается настолько,

промывками может составлять несколько суток при условии, что не требуется ежедневная промывка.

Затраты энергии при использовании

что потери давления в колонке не слиш- новых испарителей, связанные

чм

ком большие, т.е. появляется возможность для осуществления разделения в колонке.

Элюирование можно осуществлять посредством сконцентрированной воды, вы- ходящей из испарителя, где осуществ- 55 ляется концентрирование молока посредством выпаривания перед хромато- графическим разделением. Конденс.щионническим сжатием водяного па только малы, что разбавление зывается на экономичности спо Пример 1. Колонку вы 100 см и диаметром 1,6 см нап сильной катионообменной смоло ний размер частиц смолы соста 0,4 мм. Объем смолы в колонке ее полного заполнения составл

ная вода более пригодна для элюирова- ния, чем сливаемая из емкости вода, поскольку содержание солей в конденсационной воде очень мало. Если фракции концентрируют испарением, эту же воду можно рециркулировать в процесс. Посредством предварительной кон- центрации исходного сырья уменьшается количество воды, необходимой для осуществления способа. При хроматографи- ческом отделении лактозы от молочных продуктов получаемые фракции смешаны с водой, используемой для элюирования

5

n

0

5

парить лишнюю воду из фракций, не содержащих лактозу, чтобы восстановить исходное содержание сухих веществ., равное например, 9% в случае обезжиренного молока. В этом случае, если молочные продукты подвергают обработке в объеме, например, в количестве 100000 л обезжиренного молока (содержание сухого остатка 9%) в сутки, количество воды, которое необходимо испарить из фракций молока, составляет примерно 18000 л в сутки, однако, если необходимо обработать то же самое количество (100000 л) концентрированного обезжиренного молока (содержание сухого остатка 40%) в сутки, то количество воды, которое необходимо испарить из фракций молока, составит только примерно 40000 л в-сутки. Поскольку указанное испарение фракций молока i

является основным источником затрат, осщая стоимость осуществления способа значительно снижается при проведении процесса с использованием концентрированных молочг гх

промывками может составлять несколько суток при условии, что не требуется ежедневная промывка.

Затраты энергии при использовании

с механическим сжатием водяного пара, настолько малы, что разбавление не сказывается на экономичности способа. Пример 1. Колонку высотой 100 см и диаметром 1,6 см наполняют сильной катионообменной смолой. Средний размер частиц смолы составляет 0,4 мм. Объем смолы в колонке после ее полного заполнения составляет

5162

160 см. Колонка снабжена обогреватепь ной рубашкой, посредством которой в колонке поддерживают температуру 65°С, Вначале через колонку прокачивают 2 л обезжиренного молока для достижения ионного равновесия. После промывки водой в колонку подают 5 мл обезжиренного концентрированного молока (значение рН доводят до 6,7 посредством гидрата окиси натрия, содержание сухих веществ составляет 27%). Элюирование осуществляют посредством деминерализованной воды. Скорость потока равно 150 мл/ч. Фрак- ции отбирают каждые 2 мин.

Данные по фракционированию молока при указанных условиях обработки приведены в табл.1 и 2,

Пример 2. Процесс ведут аналогично примеру 1, однако в колонку, содержащую уравновешенную катионооб- менную смолу, подают 2 мл концентрированного цельного молока (3,9Ј жирности). Содержание сухого вещества 36%.

Полученные результаты приведены в табл.3.

Пример 3. Процесс ведут аналогично примеру 1, однако в колон ку, содержащую уравновешенную катионо- обменную смолу, подают 15 мл обезжи- ргнного концентрированного молока со- (содержание сухих веществ 29%). Как следует из данных, приведенных в табл.4, разделение - все еще достаточно качественное, а разбавление - незначительное.

Пример А. Гигиеничность процесса разделения определяли подсчитывая количество микробов во фракциях, полученных на выходе из колонки, посредством определения общего числа колоний. Влияние температуры илпюстри- руется использованием обезжиренного концентрированного молока низкого качества при хроматографировании в диапазоне температур при условиях по примеру 1.

В табл.5 приведены результаты для первого прогона.

При более продолжительном прогоне при 50°С загрязнение колонки становится более очевидным, тогда как при температуре 65°С колонка остается чистой

.,

Пример 5. Используют смолу, уравновешенную посредством смеси со10

20

25

15

30

35

40

45

лей, соответствующей катионному составу молока.

Водный раствор получают иэ смеси солей, содержащей хлористый кальций, хлористый калий, хлористый натрий и хлористый магний. Концентрация указанных солей в водном растворе, г/л: Хлористый кальций СаС12. 2Н20 53,5 Хлористый калий КС123,1 Хлористый натрий NaCl 8,5 Хлористый магний MgClz-6H2015,1 Смолу по примеру 5 уравновешивают в соответствии с условиями по примеру 1 , но уравновешивание проводят с использованием вместо обезжиренного молока одного объема, равного объему колонки, водного раствора, полученного из смеси сопей указанного состава ,

При разделении молока с выделением лактозы с использованием смолы, уравновешенной предлагаемым способом, достигнутые результаты аналогичны резупътатам, достигьупгм при испольЗОВЛ И СМОлН, рГ, ВНСВРЧЮННОП МОЛОКОМ.

Пример 6, Процесс ведут ло поимер7 1 , емг;ерт ру в чолс ;ке , температуру содержащейся в лэ емопы ьоддерхиваюг в соде испытаний на vpoBue 65°С посредством обогрсл.-емой оболочки , р лзнс иешинанис смолы досшглют в использования 60° м-т обезжиренного концентрированного молока содер лние сухого остатка 30%).

При отделении лактозы от обезжиренного молока посредством ур«знове- шенной смолы достигнуты результаты, аналогичные приведенным в табл. 1 и 2.

Пример 1, Процесс по примеру 3, но в колонку, содержащую уравновешенную катионообменную смолу, подают 15 мл обезжиренного концентрированного молока, а температуру колонки и смолы поддерживают равной 70°С в процессе проведения опыта посредством обогрева оболочки колонки. Колонка не забивается и разделение молока на фракции протекает так же, как и в примере 3, наивысшее содержание протеина во фракциях составляет

71628862

7 s 5%, а наивысшее содержание лактозы во фракциях равняется 12,1%.

Пример 8. Процесс гйедут аналогично примеру 1э но уравновешивание смолы проводят с использованием 3,2 л обезжиренного молока (содержание сухого остатка 9%).

15 мл обезжиренного концентрированного молока (содержание сухого остатка 29%) подают в колонку, содержащую уравновешенную катионообменную смолу. Разделение указанного молока на фракций протекает так же,как и в

10

8

молока, не подвергшегося этой обработке.

Формула изобретения

Способ хроматографического выделения лактозы из молочных продуктов, предусматривающий концентрирование . молочного продукта, пропускание его через колонку, наполненную катионооб- менной смолой, элюирование колонки деминерализованной водой с получением фракции молока, содержащей протеин, и фракции, содержащие лактозу, о т примере 3, а минеральный состав фрак- уличающийся тем, что, с целью

ции, не содержащей лактозы, примерно froi же( что и минеральный состав самого обезжиренного молока.

Результаты приведены в табл.6.

упрощения способа и снижения энергозатрат, в качестве молочного продукта используют концентрированное обезжиренное или концентрированное цельное молоко с содержанием сухих веществ от 27 до 36%, перед пропусканием молочного продукта через колонку проводят уравновешивание состава катионо- обменной смолы с составом молока путем перевода смолы из натриевой формы в уравновешенную введением обезжиренного молока или концентрированного обезжиренного молока до соотношения катионообменной смолы и уравновешивающего обезжиренного молока от 1:10 до 1:20 или раствором смеси солей, кати- онный состав которого соответствует катионному составу молока, а пропускание молочного продукта через колонку, заполненную катионообменной смолой, осуществляют при температуре от 50 до 70°С при соотношении объема молочного продукта и уравновешенной катионообменной смолы от 1:20 до 1:80.

Полученные белковая фракция и фракция лактозы представляют собой полезные продукты. Чистую фракцию лактозы сначала испаряют, а затем сушат для получения лактозы в виде порошка. Та- кой порошок лактозы может быть использован, например, для приготовления заменителей материнского молока ив других видах детского питания. Не содержащую лактозу белковую фракцию пастеризуют и упаковывают, например, в бутылки. Больные диабетом или не переносящие лактозу, могут использовать такую безлактозную белковую фракцию в качестве молока или в качестве замени теля молока.

В табл.7 дан состав минеральных веществ молока, подвергшегося: обработке катионообменными смолами и

Таблица 1 Фракционирование обезжиренного концентрированного молока при условиях по примеру 1

Сырье 9,4

Фракция 1 0,1

2

3

1,4 2,3

0

8

молока, не подвергшегося этой обработке.

Формула изобретения

Способ хроматографического выделения лактозы из молочных продуктов, предусматривающий концентрирование . молочного продукта, пропускание его через колонку, наполненную катионооб- менной смолой, элюирование колонки деминерализованной водой с получением фракции молока, содержащей протеин, и фракции, содержащие лактозу, о т личающийся тем, что, с целью

упрощения способа и снижения энергозатрат, в качестве молочного продукта используют концентрированное обезжиренное или концентрированное цельное молоко с содержанием сухих веществ от 27 до 36%, перед пропусканием молочного продукта через колонку проводят уравновешивание состава катионо- обменной смолы с составом молока путем перевода смолы из натриевой формы в уравновешенную введением обезжиренного молока или концентрированного обезжиренного молока до соотношения катионообменной смолы и уравновешивающего обезжиренного молока от 1:10 до 1:20 или раствором смеси солей, кати- онный состав которого соответствует катионному составу молока, а пропускание молочного продукта через колонку, заполненную катионообменной смолой, осуществляют при температуре от 50 до 70°С при соотношении объема молочного продукта и уравновешенной катионообменной смолы от 1:20 до 1:80.

13,5

23,2

2,5 5,1

Таблица 2

Распределение компонентов обезжиренного молока во фракциях протеина и лактозы при условиях по примеру 1

Фракционирование жирного концентрированного молока при условиях по примеру 2

22,0 0,12

1,5 3,4 4,1 0,33

0,03

Таблица 4 Фракционирование обезжиренного концентрированного молока

Сырье 10,7

Продолжение табл. 3

0,6 1,3 1,4 1,3 0,6 0,2 0,05

0,21

26,2

0,07

1,3

5,0

6,9

8,5

10,3

12,8

14,1

13,4

7,2

2,2

Таблица 5

Влияние температуры на микробиологическое качество фракций

Сырье

Протеиновые фракции (фракция с 2 по 7)

Фракции лактозы (фракции с И по 12)

Водные фракции после лактозы (фракции с 18 по 22)

Таблица 6 Минеральный состав молока

Молока

Не содержащее лактозы обезжиренное молоко, полученное с ис-0 пользованием катионо- обменной смолы, уравновешенной 20 объемами колонки обезжирен- ;ного молока (предлагаемый способ)

Обезжиренное молоко

I6000000 16000000

1600000 8500

I 1000

1600

1700

190

Минеральный состав молока, мг/л Натрий Калий Кальций | Магний

460

1700

1300 120

450

1700

1300 ПО

Таблица 7

Составы минеральных веществ для не содержащего лактозы молока, полученного при помощи некоторых катионообмен- ных смол, и для обезжиренного молока

Не содержащее лактозы обезжиренное молоко, полученное при помощи катио- нообменной смолы в Na-Форме2300 440 440 80

Не содержащее лактозы обезжиренное молоко, полученное при помощи ка- тионообменной смолы, уравновешенной одним объемом колонки обезжиренного молока1950 640 600 90

Не содержащее лактозы обезжиренное молоко, полученное при помощи катионообменной смолы, уравновешенной 10 объемами колонки обезжиренного молока (изобретение)440 1500 1300 130

Обезжиренное молоко, не подвергавшееся обработ- , ке ,450 1700 1300 НО