способ получения белкового концентрата из молочного сырья

Формула изобретения

Способ получения белкового концентрата из молочного сырья, включающий подогрев, введение в молочную сыворотку реагента на основе гидроксохлорида алюминия, перемешивание, выдержку в течение 50-60 мин и отделение осадка, отличающийся тем, что в качестве реагента используют продукт взаимодействия гидроксохлорида алюминия и хлорида кальция в массовом соотношении 1:(0,11-0,18) в виде 10%-ного водного раствора в количестве 2,5-3,5% от массы сыворотки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к молочной промышленности и может быть использовано в процессе переработки молочной сыворотки в белковые концентраты при получении комбикорма.

К настоящему времени известно большое число способов выделения белковой фракции из молочной сыворотки. Все способы можно разделить на два класса:

1) основанные на воздействии физических факторов, приводящих к разрушению коллоидной системы (термообработка, вымораживание, обратный осмос, ультрафильтрация и др.);

2) основанные на применении химических реагентов и поэтому приводящие к изменению химического состава разделяемой системы (высаливание электролитами, флокуляция и др.)

Однако в большинстве случаев используется комплекс вышеперечисленных методов выделения сывороточных белков.

Известен способ очистки молочной сыворотки, включающий процессы раскисления молочной сыворотки раствором гидроксида натрия с последующим внесением раствора хлористого кальция и выдержкой в течение часа при температуре тепловой денатурации белка (RU 2025076 С1, А 23 С 21/00, 30.12.1994).

Недостатками данного способа являются значительные затраты энергоресурсов на нагрев и выдерживание в течение продолжительного промежутка времени (30-60 мин) молочной сыворотки при температурах выше 90°С, а также достаточно низкая степень агрегации сывороточных белков, что затрудняет процессы разделения.

Известен способ получения белкового концентрата, основанный на внесении в молочное сырье хитозана в количестве 0,1-0,3% от массы сырья и 30-минутной выдержке смеси с последующим разделением ее на белокполисахаридный концентрат и безбелковую жидкость (RU 2189759 С2, А 23 J 1/20, 27.09.2002).

Недостатком данного способа является дефицитность хитозана, что существенно ограничивает сферы его применения.

Наиболее близким является способ очистки молочной сыворотки путем действия на нее при температуре 45-50°С водного 50% раствора реагента, основным компонентом которого является гидроксохлорид алюминия, в количестве 0,5-1,0% от массы сыворотки. При этом получают белковый концентрат и осветленную надосадочную жидкость, содержание белка в которой составляет 15% от первоначальной концентрации (RU 2199874, А 23 С 21/00, 10.03.2003).

Недостатком данного способа является значительный расход гидроксохлорида алюминия, который адсорбируется как на растворенных, так и на диспергируемых веществах сыворотки и тем самым обогащает белковый концентрат алюминием. При содержании алюминия выше санитарных норм белковый концентрат не может быть использован в комбикормовой промышленности и должен утилизироваться другими способами.

Задачей предлагаемого технического решения является разработка технологичного способа получения белкового концентрата из молочного сырья, позволяющего получить белковый комплекс, который можно использовать в качестве кормовой добавки в рационе животных и птицы.

Техническим результатом является сокращение расхода гидроксохлорида алюминия, используемого при получении белкового комплекса, что приводит к уменьшению адсорбированного белками молочной сыворотки алюминия, что улучшает качество белкового концентрата.

Технический результат достигается в способе получения белкового концентрата из молочного сырья, включающем подогрев, введение в молочную сыворотку реагента на основе гидроксохлорида алюминия, перемешивание, выдержку в течение 50-60 мин и отделение осадка, причем в качестве реагента используют продукт взаимодействия гидроксохлорида алюминия и хлорида кальция в массовом соотношении 1:(0,11-0,18) в виде 10% водного раствора в количестве 2,5-3,5% от массы сыворотки.

Заявляемое техническое решение по сравнению с прототипом предусматривает снижение расхода гидроксохлорида алюминия при той же степени осаждения белковой фракции в 1,5-2 раза за счет использования продукта его взаимодействия с хлоридом кальция, что представляет значительное преимущество, так как сокращается доля адсорбированного белками сыворотки алюминия, что положительно сказывается на качестве белкового концентрата.

Процесс выделения белков молочной сыворотки, скорее всего, сводится к явлению образования межмолекулярных металлохелатных комплексов между отрицательно заряженными глобулами белка и положительно заряженными ионами продукта взаимодействия гидроксохлорида алюминия с хлоридом кальция за счет центров координации и функциональных групп как кислой, так и основной природы, присутствующих в молекуле белка, что значительно снижает конформационную подвижность макромолекул белков, а это в свою очередь способствует их агрегации с последующим осаждением. В этом состоит принципиальное отличие данного способа от способа, предложенного в прототипе.

Применение 10% водного раствора реагента благоприятно сказывается на процессах его распределения в молочной сыворотке и позволяет предотвратить его перерасход за счет явления высаливания белка.

Введение в молочную сыворотку водного раствора реагента в количестве, превышающем 3,5% от ее массы, весьма нецелесообразно, так как не способствует увеличению степени выделения белка, а лишь приводит к необоснованному перерасходу реагента и отрицательно сказывается на качестве белкового концентрата.

Снижение количества вводимого раствора реагента ниже 2,5% от массы сыворотки приводит к сокращению количества выделенного белка и поэтому не может быть рекомендовано.

Оптимальным температурным интервалом проведения процесса является 45-50°С. Увеличение температуры вплоть до 85°С не приводит к значительному увеличению степени выделения белковой фракции, а способствует лишь более быстрому протеканию процесса разделения. Снижение температуры ниже 40°С увеличивает продолжительность процесса выделения сывороточных белков, что снижает его эффективность.

Способ осуществляется следующим образом.

Молочную сыворотку после сепарирования подают в высокий резервуар, подогревают до температуры 45-50°С и вносят в нее 10% водный раствор продукта взаимодействия гидроксохлорида алюминия и хлорида кальция в массовом отношении 1:(0,11-0,18) в количестве 2,5-3,5% от массы сыворотки. Осуществляют кратковременное перемешивание полученной смеси с целью выравнивания концентраций во всех точках резервуара. Затем смесь отстаивают в течение 1 часа. Белковая фракция образует плотный коллоидный осадок на дне емкости, который может быть отделен от осветленной сыворотки методом декантации. Белковый комплекс может быть направлен на дальнейшее концентрирование фильтрованием, либо центрифугированием с получением в итоге продукта с низкой степенью влажности или идти на консервацию и упаковку.

Реагент для выделения сывороточных белков получают при температуре 20-25°С действием плавленого хлорида кальция в количестве 4,5 г на навеску массой 25,0 г жидкого гидроксохлорида алюминия с содержанием алюминия 12,8% и плотностью 1,337 г/мл. В процессе введения хлорида кальция в жидкий гидроксохлорид алюминия наблюдается возрастание вязкости раствора с последующим полным отверждением реакционной смеси через 0,5-1 мин. Это свидетельствует об окончании взаимодействия исходных реагентов и образовании комплексного соединения гидроксохлорида алюминия с хлоридом кальция. Таким образом осуществляют синтез комплексного реагента для выделения сывороточных белков с массовым отношением гидроксохлорида алюминия к хлориду кальция 1:0,18. На основе полученного продукта готовят 10% водный раствор и им проводят осаждение сывороточных белков.

Пример 1. 1 л творожной сыворотки с активной кислотностью 5,1 и общим содержанием белка 1,1% подогревают до температуры 45°С и вносят в нее 35 мл 10% раствора продукта взаимодействия гидроксохлорида алюминия с хлоридом кальция в массовом отношении 1:0,18. Смесь перемешивают при прибавлении реагента до его равномерного распределения по объему сыворотки. Дают смеси отстояться в течение 1 часа, после чего методом декантации отделяют осадок объемом 0,25 л, содержащий 4,0% белка по массе, от осветленной части сыворотки с остаточным содержанием белка 0,14%. Осадковую часть одним из известных способов (фильтрацией, центрифугированием) концентрируют, стабилизируют и консервируют. Далее ее используют как кормовую добавку для сельскохозяйственных животных и птицы.

Пример 2. 1 л творожной сыворотки с активной кислотностью 5,1 и общим содержанием белка 1,1% подогревают до температуры 50°С и вносят в нее 25 мл 10% раствора продукта взаимодействия гидроксохлорида алюминия с хлоридом кальция в массовом отношении 1:0,18. Смесь перемешивают. Дают смеси отстояться в течение 1 часа, после чего методом декантации отделяют осадок объемом около 0,2 л, содержащий 4,0% белка по массе, от осветленной части сыворотки с остаточным содержанием белка 0,3%. Осадковую часть одним из известных способов (фильтрацией, центрифугированием) концентрируют, стабилизируют и консервируют.

Пример 3. 1 л творожной сыворотки с активной кислотностью 5,1 и общим содержанием белка 1,1% подогревают до температуры 50°С и вносят в нее 35 мл 10% раствора продукта взаимодействия гидроксохлорида алюминия с хлоридом кальция в массовом отношении 1:0,11. Смесь перемешивают. Дают смеси отстояться в течение 1 часа, после чего методом декантации отделяют осадок объемом около 0,25 л, содержащий 3,8% белка по массе, от осветленной части сыворотки с остаточным содержанием белка 0,2%. Осадковую часть концентрируют, стабилизируют и консервируют.

Таким образом, использование продукта взаимодействия гидроксохлорида алюминия и хлорида кальция в качестве реагента для выделения белков из молочной сыворотки позволяет получать белковый комплекс, который представляется перспективным использовать в качестве кормовой добавки в рационе животных и птицы, кроме того, значительно уменьшается доля адсорбированного алюминия, что улучшает качество белкового концентрата. Технологический процесс очень прост, не требует дополнительного оборудования к уже имеющемуся в промышленности.