Способ получения белкового концентрата из молочного сырья

 

Изобретение относится к молочной промышленности, в частности к производству молочно-белковых концентратов. Способ заключается в том, что в пастеризованное и охлажденное молочное сырье вносят коллоидный раствор хитозана с рН 4,2-4,8, приготовленный на молочной основе, перемешивают и выдерживают до 30 мин, а выпавшие в осадок белковые вещества отделяют одним из известных способов. Данное изобретение позволяет снизить себестоимость процесса, удешевить способ получения молочно-белковых концентратов и повысить диетические свойства.

Изобретение относится к молочной промышленности и может быть использовано в рыбной, мясной и пищевой промышленности.

Известна технология переработки молочного сырья с использованием пектина по технологии "Био-Тон", предусматривающая наиболее полное использование всех компонентов молока. При внесении в обезжиренное молоко пектина происходит разделение его на бесказеиновую фазу, содержащую сывороточные белки, пектин и другие растворимые вещества молока, и концентрат натурального казеина, представляющий собой раствор казеина, находящегося в коллоидно-дисперсном состоянии (Современные достижения биотехнологии. Материалы Всероссийской конференции. - Ставрополь, 1996 г., - с. 197).

Наиболее близким техническим решением является способ получения белкового концентрата из молочного сырья, предусматривающий внесение в молочное сырье при 10-25^oС карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) до концентрации последней в смеси 0,31-0,35%, выдержку смеси, разделение ее на казеиновый концентрат и полимерную фазу, снижение ионной силы полимерной фазы электродиализом до достижения степени деминерализации 50-80%, подкисление полимерной фазы до рН 2,7-3,1 и отделение комплекса белок-карбоксиметилцеллюлоза (авт. св. 1597154 А, 23 J 1/20, СССР, БИ 37, 1990 г. Способ получения белкового концентрата из молочного сырья).

Однако технология безмембранного осмоса с использованием полисахаридов (пектина и КМЦ) в молочной промышленности не нашла широкого применения. Среди причин, способствующих этому, можно выделить следующие: отсутствие отечественного пектина стандартного по составу, высокая стоимость указанных полисахаридов, трудоемкость технологических процессов и повышение себестоимости готовой продукции.

Целью изобретения является снижение себестоимости процесса и удешевление способа получения молочно-белковых концентратов с повышенными диетическими свойствами.

Сущность нового технического решения достигается целенаправленным использованием комплексного структурообразователя хитозан-молочная сыворотка для разделения молочного сырья на белок-хитозановый комплекс с заданными физическими и реологическими свойствами и частично осветленную безбелковую жидкость с растворенными в ней молочными компонентами и остатками молекул полисахарида.

В качестве полисахарида используют хитозан (диацетилированный хитин), относящийся к природным полимерам типа целлюлозы. Хитин входит в структуру опорных, покровных тканей и внешнего скелета живых низших растений и животных. По распространению в природе он считается вторым (после целлюлозы) полисахаридом за счет синтеза его насекомыми, грибами, ракообразными и водорослями. Характерной особенностью его является высокая активность по отношению к другим природным веществам. Он дешевле и легче поддается модификации как химической, так и механической.

Хитозан широко применяют в качестве профилактического средства при атеросклерозе, гипертонической болезни, гастритах с повышенной кислотностью, холециститах. В отличии от растительного волокна хитозан способен связывать жир, действуя как "губка для жира" в пищеварительном тракте. Способность хитозана не только поглощать липиды, но химически связывать их, позволяет в широком диапазоне создавать фармакологические препараты. Кроме медицины представляет интерес применения хитозана для очистки сточных вод и использования в пищевой промышленности.

Поставленная цель достигается следующим образом. Молочное сырье (обезжиренное молоко, пахта), содержащее белковые вещества пастеризуют при (72±2)^oС с выдержкой 15-20 с, охлаждают до 30-60^oС и направляют в резервуар. В этот же резервуар подают коллоидный раствор хитозана с рН 4,2-4,8 и подогретый 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.

Готовят раствор хитозана следующим образом. Молочную сыворотку после сепарирования нагревают до (96±2)^oС и выдерживают при этой температуре 30 мин для тепловой денатурации сывороточных белков. После отделения сывороточных белков осветленную сыворотку подкисляют до кислотности 200^oТ, заранее подготовленной кислой сывороткой. Затем сыворотку охлаждают до 20^oС и фильтруют или центрифугируют. В охлажденную и отфильтрованную сыворотку вносят сухой хитозан в количестве 0,5-1,0% от массы сыворотки и тщательно перемешивают. Полученную смесь выдерживают до 24 ч для полного набухания хитозана, фильтруют и оставляют на хранение до использования. Получают однородный слегка вязкий полупрозрачный коллоидный раствор композиционного структурообразователя с активной кислотностью от 4,8 до 5,4 ед.

При внесении в молочное сырье коллоидный раствор хитозана происходит взаимодействие двух биополимеров белка и хитозана. При этом наблюдается явление полной коацервации, т. е. распада на две фазы, в одной из которых сосредоточены оба макромолекулярных реагента (белок, хитозан). Вторая фаза системы - безбелковая жидкость, содержащая лактозу, остатки некоторых видов сывороточных белков, минеральные вещества. Макромолекулы белка и полисахарида обладают противоположными по знаку суммарными зарядами и при определенных значениях рН температуры, определенном соотношении компонентов, а также способе приготовления геля хитозана образуют нерастворимые комплексы казеинов и β-лактоглобулина. Максимальное количество выделившихся макромолекул белка и хитозана наблюдается при рН 4,2-4,8.

Количество вносимого коллоидный раствор хитозана составляет 0,1-0,3% в пересчете на сухой хитозан к массе обезжиренного молока. Этого количества хитозана достаточно для выделения белковых комплексов. Внесение хитозана в виде слабовязкого коллоидного раствора, приготовленного на кислой сыворотке в качестве растворителя, способствует его равномерному распределению среди белковых молекул и их выделению.

Установлено, что процесс разделения системы проходит особенно продуктивно при температуре среды 30-60^oС, при которой происходит максимальное разделение смеси в течение 30 мин. Дальнейшее повышение температуры не целесообразно из-за возможных изменений структуры белковых комплексов. Консистенция белковых сгустков уплотняется. При температуре ниже 30^oС в смеси идет образование мелкодисперсного, мягкого творожистого осадка с нежной консистенцией, что приводит к повышенным потерям белка.

Пример 1. 100 кг обезжиренного молока с массовой долей сухих веществ 8,6% и плотностью 1029 кг/м³ пастеризуют при 72^oС с выдержкой 15 с, охлаждают до 30^oС и направляют в резервуар, в который подают коллоидный раствор хитозана с рН 4,6 и подогретый до температуры 30^oС. Количество вносимого раствора хитозана составляет 20 кг. Смесь тщательно перемешивают и выдерживают до полного разделения системы на белково-хитозановый комплекс и безбелковую жидкость. В ходе осаждения в первые 10 мин появляются взвешенные частицы по всему объему полученной смеси жидкостей. Консистенция осадка представляет собой скопление мелкой взвеси белковых частиц в мутной сыворотке. По мере выдерживания белковые частицы агломерируют и начинают оседать. К концу 30-минутной выдержки завершается разделение системы на мягкий творожистый осадок и прозрачную слабожелтоватую безбелковую жидкость сладкого вкуса с едва уловимым запахом молочной сыворотки. Количество белкового осадка, полученного в результате разделения обезжиренного молока, составляет 15 кг; количество безбелковой жидкости - 85 кг.

Пример 2. Обезжиренное молоко в количестве 100 кг с массовой долей сухих веществ 8,6% и плотностью 1029 кг/м³, пастеризуют при 72^oС с выдержкой 15 с, охлаждают до 20^oС и направляют в резервуар, в этот же резервуар подают коллоидный раствор хитозана с рН 5,4 и подогретый до 20^oС. Количество вносимого раствора хитозана составляет 8 кг. Смесь тщательно перемешивают и выдерживают 20 мин. При этом наблюдается образование белковых скоплений сметанообразной консистенции в обезжиренном молоке. Увеличение продолжительности выдержки до 30 мин не вызывает изменений системы, т.е. разделения системы не наблюдается.

Пример 3. Обезжиренное молоко в количестве 100 кг с массовой долей сухих веществ 8,6% и плотностью 1029 кг/м³, пастеризуют при 72^oС с выдержкой 15 с, охлаждают до 63^oС и направляют в резервуар, в этот же резервуар подают коллоидный раствор хитозана с рН 4 и подогретый до 63^oС. Количество вносимого раствора хитозана составляет 32 кг. Смесь тщательно перемешивают. В результате наступает мгновенное разделение системы на белок в виде белковых зерен сферической формы и безбелковую жидкость прозрачного цвета.

Пример 4. Способ осуществляют по примеру 1, в качестве сырья используют пахту.

Таким образом, использование коллоидного раствора хитозана в качестве композиционного структурооброзователя хитозан-молочная сыворотка позволяет существенно упростить процесс разделения молочного сырья на две фазы комплекс хитозан-казеин-сывороточные белки и безбелковую жидкость с растворенными в ней молочными компонентами (белковые и небелковые азотистые соединения, лактоза, минеральные соли) и частично хитозаном. Это способствует снижению затрет на технологию получения молочных белковых концентратов. Технологический процесс очень прост, не требует дополнительного оборудования к уже имеющемуся в промышленности.

Предложенный способ позволяет максимально очистить сыворотку от белковых соединений, а также получить белковый комплекс с естественными функциональными свойствами, который возможно использовать для производства продуктов профилактического назначения, благодаря содержанию в нем биологически активного полимера, каковым является хитозан.

Безбелковую жидкость (сыворотку) при данном способе выделения белков получают более высокого качества, которая в дальнейшем может быть использована для выработки различных молочных продуктов по известным технологиям или для производства новых продуктов.

Существенно, что антибактериальные свойства хитозана могут проявить себя и при выработке молочных продуктов, что позволяет обеспечить более высокое качество последних.

Формула изобретения

Способ получения белкового концентрата из молочного сырья, предусматривающий внесение в молочное сырье полисахарида, выдержку смеси, разделение ее на белокполисахаридный концентрат и безбелковую жидкость, отличающийся тем, что в пастеризованное и охлажденное до 30-60^oС молочное сырье вводят подогретый до температуры молочного сырья коллоидный раствор хитозана с рН 4,2-4,8, приготовленный на молочной сыворотке, в количестве 0,1-0,3% в пересчете на сухой хитозан от массы молочного сырья, перемешивают, выдерживают до 30 мин и отделяют одним из известных способов выпавшие в осадок белковые вещества.