способ получения белкового концентрата из вторичного молочного сырья

Формула изобретения

Способ получения белкового концентрата из вторичного молочного сырья, предусматривающий пастеризацию молочного сырья, охлаждение, внесение коллоидного раствора хитозана, перемешивание, оставление смеси в покое и выделение белковых веществ, отличающийся тем, что в качестве молочного сырья используется смесь из пастеризованного обезжиренного молока и творожной сыворотки в соотношении компонентов: обезжиренного молока от 20 до 70%, творожной сыворотки от 80 до 30%, после пастеризации компонентов смесь охлаждают до 20-50°С, далее в нее вносят 1% коллоидный раствор хитозана, приготовленный на молочной кислоте, с рН 3,01-4,01 в количестве 2-18%, после перемешивания смесь оставляют в покое на время от 20 до 60 мин, после чего выделяют белковые вещества.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к молочной промышленности, переработке вторичного молочного сырья, и может быть использовано в других отраслях пищевой промышленности.

Известен способ выделения белковых веществ из молочной сыворотки с помощью кислоторастворимого хитозана, предусматривающий, что молочную сыворотку после сепарирования подают в резервуар и при необходимости подкисляют до значения рН 4-5 ед. заранее подготовленной кислой сывороткой. В сыворотку вносят приготовленный раствор гель-хитозана в количестве 0,25-1,0% от массы сыворотки. Температуру осаждения белков поддерживают в интервале 15-20°С. Смесь тщательно перемешивают и выдерживают в течение 25-30 мин. Образовавшиеся хлопья белка, представляющие собой комплекс белок-хитозан, отделяют одним из известных способов [Патент 2031598 С1, 6 A23J 1/20, 1995.03.27. Способ выделения белковых веществ из молочной сыворотки].

Однако недостатком данного способа является незначительный выход белкового комплекса (альбумин+гель-хитозан), получение водянистого, белкового продукта, последующая переработка которого затруднена, вследствие чего данный белковый комплекс в основном используется на корм животным.

Известен способ получения белкового концентрата из творожной сыворотки водорастворимым хитозаном, предусматривающий пастеризацию творожной сыворотки при температуре 74±2°С с выдержкой 15-20 секунд, охлаждение до 20-22°С, добавление раствора хитозана 5%-ной концентрации в количестве 8% и выдержкой в течение 1 часа [И.А.Евдокимов, С.В.Василисин, М.С.Золоторева и др. Молочная промышленность: осветление творожной сыворотки природным полимером хитозаном. - 2005. - № 10. - С.61-63].

Однако недостаток этого способа - использование дорогостоящего водорастворимого хитозана с высокой концентрацией, получение комплекса сывороточных белков, представляющих собой однородную светло-кремовую массу, кремообразной структуры, похожей на сгусток сметаны, использование которой в продуктах возможно только с целью обогащения сывороточными белками и хитозаном, что, в свою очередь, ведет к удорожанию конечного продукта.

Наиболее близким техническим решением является способ получения белкового концентрата из обезжиренного молока или пахты, предусматривающий пастеризацию молочного сырья (обезжиренное молоко, пахта) при температуре 72±2°С с выдержкой 15-20 с, охлаждение до 30-60°С и перекачивание в резервуар. Подачей в этот же резервуар коллоидного раствора хитозана с рН 4,2-4,8 (приготовленного на кислой молочной сыворотке), предварительно подогретого до температуры молочного сырья. Количество вносимого раствора хитозана определяют из расчета содержания сухого хитозана в смеси 0,1-0,3%. Смесь тщательно перемешивают и выдерживают 15-30 мин. Выделившийся осадок, представляющий собой белково-хитозановый комплекс из казеина, сывороточных белков и хитозана, отделяют одним из известных способов и используют для производства пищевых продуктов нового поколения с регулируемым вкусом, ароматом, структурно-механическими характеристиками, в том числе диетического и лечебно-профилактического назначения [Патент 2189759 С2, 7 A23J 1/20, А23С 23/00, 2002.09.27. Способ получения белкового концентрата из молочного сырья].

Однако недостатками этого способа являются значительная доза внесения коллоидного раствора хитозана, что предполагает высокую себестоимость белкового концентрата, а также невозможность регулирования белкового концентрата по аминокислотному составу.

Техническим результатом изобретения является получение молочно-белковых концентратов с заданным составом, свойствами и пониженной себестоимостью.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе получения белкового концентрата из вторичного молочного сырья, предусматривающем пастеризацию молочного сырья, охлаждение, внесение коллоидного раствора хитозана, перемешивание, выдержку и разделение смеси на белок-хитозановый комплекс и безбелковую жидкость, согласно изобретению в качестве молочного сырья используется смесь из пастеризованного обезжиренного молока и творожной сыворотки, в соотношении компонентов: обезжиренного молока от 20% до 70%, творожной сыворотки от 80% до 30%, после пастеризации компонентов смесь охлаждают до 20-50°С, далее в нее вносится 1% коллоидный раствор хитозана, приготовленный на молочной кислоте, с рН 3,01-4,01, в количестве 2-18%, после перемешивания смесь оставляется в покое на время от 20 до 60 минут, после чего белковые вещества выделяют одним из известных способов.

Изменяя соотношение между казеином и сывороточными белками в смеси, т.е. между количеством обезжиренного молока и сыворотки, белковый состав смеси изменяется и может приближаться к составу белков в женском молоке, что улучшает физические свойства (мягкоствораживаемость) и повышает биологическую ценность продуктов, т.к. сывороточные белки служат источником аргинина, гистидина, метионина, лизина, треонина, триптофана и лейцина. А варьируя дозу внесения коллоидного раствора хитозана, изменяются реологические свойства белкового концентрата.

В качестве комплексообразователя используют кислоторастворимый хитозан (диацетилированный хитин). Хитозан - является мощным сорбентом природного происхождения; сорбирующая основа которого - хитин ракообразных. Хитин - это азотосодержащий полисахарид, химически связанный с целлюлозой, который образует розовое полупрозрачное вещество, добывается он из полностью возобновляемого природного сырья (панцирей ракообразных, насекомых, грибов, водорослей и т.д.). Многообразие функциональных уникальных свойств хитозана в плане регулирования консистенции, реологических и физико-химических свойств продуктов, в которых его используют, а также высокой его активностью по отношению к другим природным веществам, обеспечивает ему широкое практическое применение в пищевой промышленности. Кроме того, хитозан обладает уникальным сочетанием ряда полезных свойств:

- применение в качестве профилактического средства при гипертонической болезни, гастритах, атеросклерозе;

- поглощение холестеринового комплекса низкой плотности;

- иммуностимулирующей активностью;

- биосовместимость с живыми тканями (не вызывает аллергических реакций и отторжения);

- биодеградируемость (разлагается под действием ферментов);

- биоинертность (не токсичен, легко выводится из организма);

- он не является биостимулятором (не вызывает в живых организмах побочных реакций или функций);

- бактериостатичность (тормозит рост и размножение бактерий, подавляет рост плесени);

- хорошей адгезией.

Решение поставленной задачи достигается следующим образом. В резервуаре составляется необходимая молочная смесь из обезжиренного молока, пастеризованного при температуре 70-74°С с выдержкой 15-20 секунд, либо 85±2°С без выдержки и пастеризованной при температуре 74±2°С с выдержкой 15 секунд творожной сыворотки в нужном соотношении. В этот же резервуар добавляется 1% коллоидный раствор хитозана с рН 3,01-4,01 с температурой 20±3°С в количестве 2-18% (содержания сухого хитозана в растворе 0,02-0,18%) от массы смеси. Смесь тщательно перемешивается и оставляется в покое на время от 20 до 60 минут. Образующийся сгусток, представляющий собой белково-хитозановый комплекс, состоящий из казеина, сывороточных белков в различном процентном содержании, хитозана и других остатков сухих веществ, отделяют одним из известных способов. В зависимости от условий проведения комплексообразования реологические параметры белкового концентрата изменяются в широких пределах. Полученный белковый комплекс может использоваться в различных пищевых продуктах, в том числе и в продуктах нового поколения с диетическими и профилактическими свойствами.

Для различного соотношения обезжиренного молока и творожной сыворотки в молочной основе найдены зоны наиболее эффективного процесса комплексообразования, при которых начинает происходить наиболее активное взаимодействие двух биополимеров белка и хитозана. В результате чего формируется пространственная сетка молочного сгустка.

При этом наблюдается образование различного по структуре белкового сгустка и прозрачной сыворотки. Установлено, что с увеличением доли обезжиренного молока увеличивается доза внесения раствора хитозана, время разделения смеси, а его реологические характеристики последовательно изменяются от мягкой сметанообразной консистенции до плотной, желеобразной и даже резинистой структуры.

Температурный режим, при котором происходит интенсивное комплексообразование, лежит в пределах 20-50°С. Повышение температуры ближе к 50°С приводит к уплотнению белкового сгустка, однако дальнейшее нагревание нецелесообразно из-за повышения энергозатрат и возможных изменений структурно-механических характеристик белковых комплексов.

Пример 1. 20 л обезжиренного молока пастеризуют при 72°С с выдержкой 15 секунд, охлаждают до 50°С и направляют в резервуар, в который подают пастеризованную при температуре 74±2°С, выдержанную 15 секунд и охлажденную до 50°С творожную сыворотку в количестве 80 л. После перемешивания молочной смеси в нее добавляется 1% коллоидный раствор хитозана с температурой 20±3°С в количестве 6-7 л, интенсивно перемешивается и оставляется в покое на 30 минут. В результате система, состоящая из обезжиренного молока, творожной сыворотки и хитозана, разделяется на белково-хитозановый комплекс сметанообразной консистенции и безбелковую жидкость. Белковый концентрат отделяют одним из известных способов.

Пример 2. 30 л обезжиренного молока пастеризуют при 72°С с выдержкой 15 секунд, охлаждают до 45°С и направляют в резервуар, в который подают пастеризованную при температуре 74±2°С, выдержанную 15 секунд и охлажденную до 45°С творожную сыворотку в количестве 70 л. После перемешивания молочной смеси в нее добавляется 1% коллоидный раствор хитозана с температурой 20±3°С в количестве 7-8 л, интенсивно перемешивается и оставляется в покое на 30-35 минут. В результате система, состоящая из обезжиренного молока, творожной сыворотки и хитозана, разделяется на белково-хитозановый комплекс мягкой, мажущейся консистенции и безбелковую жидкость. Белковый концентрат отделяюг одним из известных способов.

Пример 3. 30 л обезжиренного молока пастеризуют при 72°С с выдержкой 15 секунд, охлаждают до 45°С и направляют в резервуар, в который подают пастеризованную при температуре 74±2°С, выдержанную 15 секунд и охлажденную до 45°С творожную сыворотку в количестве 70 л. После перемешивания молочной смеси в нее добавляется 1% коллоидный раствор хитозана с температурой 20±3°С в количестве 19 л, интенсивно перемешивается и оставляется в покое на 60 минут. В данном примере разделения системы не наблюдается.

Пример 4. 35 л обезжиренного молока пастеризуют при 72°С с выдержкой 15 секунд, охлаждают до 40-45°С и направляют в резервуар, в который подают пастеризованную при температуре 74±2°С выдержанную 15 секунд и охлажденную до 40-45°С творожную сыворотку в количестве 65 л. После перемешивание молочной смеси в нее добавляется 1% коллоидный раствор хитозана с температурой 20±3°С в количестве 9±1 л. интенсивно перемешивается и оставляется в покое на 35-40 минут. В результате система, состоящая из обезжиренного молока, творожной сыворотки и хитозана разделяется на белково-хитозановый комплекс мягкой, творожистой консистенции и безбелковую жидкость. Белковый концентрат отделяют одним из известных способов.

Пример 5. 40 л обезжиренного молока пастеризуют при 72°С с выдержкой 15 секунд, охлаждают до 30°С и направляют в резервуар, в который подают пастеризованную при температуре 74±2°С, выдержанную 15 секунд и охлажденную до 30°С творожную сыворотку в количестве 60 л. После перемешивания молочной смеси в нее добавляется 1% коллоидный раствор хитозана с температурой 20±3°С в количестве 10 л, интенсивно перемешивается и оставляется в покое на 40-45 минут. В результате система, состоящая из обезжиренного молока, творожной сыворотки и хитозана, разделяется на белково-хитозановый комплекс творожистой консистенции и безбелковую жидкость. Белковый концентрат отделяют одним из известных способов.

Пример 6. 50 л обезжиренного молока пастеризуют при 72°С с выдержкой 15 секунд, охлаждают до 30°С и направляют в резервуар, в который подают пастеризованную при температуре 74±2°С, выдержанную 15 секунд и охлажденную до 30°С творожную сыворотку в количестве 50 л. После перемешивания молочной смеси в нее добавляется 1% коллоидный раствор хитозана с температурой 20±3°С в количестве 12±1 л, интенсивно перемешивается и оставляется в покое на 50-55 минут. В результате система, состоящая из обезжиренного молока, творожной сыворотки и хитозана, разделяется на белково-хитозановый комплекс плотной творожистой консистенции и безбелковую жидкость. Белковый концентрат отделяют одним из известных способов.

Пример 7. 60 л обезжиренного молока пастеризуют при 72°С с выдержкой 15 секунд, охлаждают до 25-30°С и направляют в резервуар, в который подают пастеризованную при температуре 74±2°С, выдержанную 15 секунд и охлажденную до 25-30°С творожную сыворотку в количестве 40 л. После перемешивания молочной смеси в нее добавляется 1% коллоидный раствор хитозана с температурой 20±3°С в количестве 14±1 л, интенсивно перемешивается и оставляется в покое на 60 минут. В результате система, состоящая из обезжиренного молока, творожной сыворотки и хитозана, разделяется на белково-хитозановый комплекс плотной, желеобразной консистенции и безбелковую жидкость. Белковый концентрат отделяют одним из известных способов.

Пример 8. 70 л обезжиренного молока пастеризуют при 72°С с выдержкой 15 секунд, охлаждают до 25°С и направляют в резервуар, в который подают пастеризованную при температуре 74±2°С, выдержанную 15 секунд и охлажденную до 25°С творожную сыворотку в количестве 30 л. После перемешивания молочной смеси в нее добавляется 1% коллоидный раствор хитозана с температурой 20±3°С в количестве 5±2 л, интенсивно перемешивается и оставляется в покое на 60 минут. В данном случае система, состоящая из обезжиренного молока, творожной сыворотки и хитозана, не разделяется на белково-хитозановый комплекс и безбелковую жидкость, наблюдается незначительное седиментативное оседание белка в виде мелкодисперсной взвеси.

Пример 9. 70 л обезжиренного молока пастеризуют при 72°С с выдержкой 15 секунд, охлаждают до 20-25°С и направляют в резервуар, в который подают пастеризованную при температуре 74±2°С, выдержанную 15 секунд и охлажденную до 20-25°С творожную сыворотку в количестве 30 л. После перемешивания молочной смеси в нее добавляется 1% коллоидный раствор хитозана с температурой 20±3°С в количестве 15-16 л, интенсивно перемешивается и оставляется в покое на 60 минут. В результате система, состоящая из обезжиренного молока, творожной сыворотки и хитозана, разделяется на белково-хитозановый комплекс резинообразной консистенции и безбелковую жидкость. Белковый концентрат отделяют одним из известных способов.

Во всех примерах использовалось обезжиренное молоко с кислотностью до 22°Т с массовой долей сухих веществ 8,6%±0,5%, творожная сыворотка с титруемой кислотностью до 72°Т, с массовой долей сухих веществ 6,3%±0,8%, 1% коллоидный раствор хитозана, приготовленный на молочной кислоте с рН 3,01-4,01 ед.

Таким образом, использование коллоидного раствора хитозана, приготовленного на молочной кислоте в качестве комплексообразователя, позволяет осуществлять процесс совместного выделения белковых веществ молока и творожной сыворотки с эффективностью до 78%. При этом молочная смесь разделяется на две фазы: комплекс хитозан-казеин-сывороточные белки и безбелковую сыворотку, представляющую собой жидкость с растворенными в ней молочными компонентами (лактоза, минеральные соли, белковые и небелковые азотистые соединения) и частично хитозаном. Данный способ позволяет получать белковые концентраты с различными органолептическими и реологическими характеристиками. Использование в технологии творожной сыворотки и незначительного количества хитозана позволяет удешевить себестоимость белкового концентрата, придать ему повышенную биологическую ценность и профилактические свойства. Безбелковая жидкость (сыворотка), получаемая после выделения белков, может быть использована для выработки различных пищевых продуктов, что исключит загрязнения окружающей среды.

Технологический процесс не представляет сложности и может быть внедрен на технологическом оборудовании, уже имеющемся в промышленности.