Способ и система для производства мицеллярного казеинового концентрата с пониженным содержанием минеральных веществ

Группа изобретений относится к молочной промышленности. Способ получения модифицированного мицеллярного казеинового концентрата осуществляют следующим способом. Предоставляют и используют объем обезжиренного молока. Выполняют процесс микрофильтрации объема обезжиренного молока для получения мицеллярного казеинового концентрата. Выполняют обработку концентрата мицеллярного казеина диоксидом углерода путем смешивания диоксида углерода по крайней мере с частью мицеллярного казеинового концентрата для снижения pH мицеллярного казеинового концентрата и подкисления мицеллярного концентрата и для солюбилизации одного или более компонентов мицеллярного казеинового концентрата. Ультрафильтруют смесь диоксида углерода и мицеллярного казеинового концентрата для удаления по крайней мере одного или более солюбилизированных компонентов мицеллярного казеинового концентрата с получением модифицированного мицеллярного казеинового концентрата. Предложены варианты способа получения мицеллярного казеинового концентрата с измененной массовой долей жира. Группа изобретений обеспечивает уменьшение содержания минеральных веществ в концентрате на 5-40% по сравнению с обычными подходами мембранной фильтрации, сохраняя при этом высокий уровень белка. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 11 ил., 3 табл.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение в целом относится к области производства молочных продуктов и, в частности, к способу и системе для производства мицеллярного казеинового концентрата с пониженным содержанием минеральных веществ и соответствующих молочных продуктов.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Мембранная фильтрация широко использовалась в молочной промышленности для производства разнообразных молочных ингредиентов из молока. Такие молочные ингредиенты включают мицеллярный казеиновый концентрат (MCC). Жидкий или порошкообразный MCC, произведенный из только что пастеризованного молока, может быть непосредственно употреблен или может быть добавкой для обогащения и улучшения питательных качеств переработанных пищевых продуктов. Мембранная фильтрация была эффективной при увеличении количества MCC в окончательном пищевом продукте, одновременно снижая количество лактозы в этом окончательном пищевом продукте. Однако молоко содержит много минеральных веществ, включая, но ими не ограничиваясь, кальций (Ca), фосфор (P), калий (K), магний (Mg), натрий (Na), хлор (Cl) и другие минеральные вещества в низких концентрациях. Таким образом, было бы желательно создать способ и систему, которые устраняют недостатки существовавших ранее подходов, указанных выше.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

Описан способ образования модифицированного мицеллярного казеинового концентрата в соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения. В одном варианте осуществления способ включает в себя использование объема обезжиренного молока. В другом варианте осуществления способ включает в себя осуществление процесса первичной фильтрации объема обезжиренного молока с образованием мицеллярного казеинового концентрата. В другом варианте осуществления способ включает в себя смешивание диоксида углерода по крайней мере с частью мицеллярного казеинового концентрата для солюбилизации одного или более компонентов мицеллярного казеинового концентрата. В другом варианте осуществления способ включает в себя осуществление процесса дополнительной фильтрации смеси диоксида углерода и мицеллярного казеинового концентрата для удаления по крайней мере одного или более солюбилизированных компонентов мицеллярного казеинового концентрата с образованием модифицированного мицеллярного казеинового концентрата.

В соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения описан способ образования мицеллярного казеинового концентрата с измененной массовой долей жира. В одном варианте осуществления способ включает в себя использование объема обезжиренного молока. В другом варианте осуществления способ включает в себя осуществление процесса первичной фильтрации объема обезжиренного молока с образованием мицеллярного казеинового концентрата. В другом варианте осуществления способ включает в себя использование источника жира. В другом варианте осуществления способ включает в себя смешивание диоксида углерода по крайней мере с частью мицеллярного казеинового концентрата для солюбилизации одного или более компонентов мицеллярного казеинового концентрата. В другом варианте осуществления способ включает в себя осуществление процесса дополнительной фильтрации смеси диоксида углерода и мицеллярного казеинового концентрата для удаления по крайней мере одного или более солюбилизированных компонентов мицеллярного казеинового концентрата с образованием модифицированного мицеллярного казеинового концентрата.

В соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения описан способ образования мицеллярного казеинового концентрата с измененной массовой долей жира. В одном варианте осуществления способ включает в себя использование объема обезжиренного молока. В другом варианте осуществления способ включает в себя осуществление процесса первичной фильтрации объема обезжиренного молока с образованием мицеллярного казеинового концентрата. В другом варианте осуществления способ включает в себя смешивание диоксида углерода по крайней мере с частью мицеллярного казеинового концентрата для солюбилизации одного или более компонентов мицеллярного казеинового концентрата. В другом варианте осуществления способ включает в себя осуществление процесса дополнительной фильтрации смеси диоксида углерода и мицеллярного казеинового концентрата для удаления по крайней мере части одного или более солюбилизированных компонентов мицеллярного казеинового концентрата с образованием модифицированного мицеллярного казеинового концентрата. В другом варианте осуществления способ включает использование источника жира. В другом варианте осуществления способ включает в себя смешивание жира из источника жира по крайней мере с частью модифицированного мицеллярного казеинового концентрата с образованием мицеллярного казеинового концентрата с измененной массовой долей жира.

Описана система образования модифицированного мицеллярного казеинового концентрата в соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения. В одном варианте осуществления система включает в себя источник обезжиренного молока. В другом варианте осуществления система включает в себя элемент первичной фильтрации, функционально связанный с источником обезжиренного молока и имеющий конфигурацию для осуществления процесса первичной фильтрации по крайней мере части смеси обезжиренного молока с образованием мицеллярного казеинового концентрата. В другом варианте осуществления система включает в себя источник диоксида углерода, гидравлически связанный с элементом первичной фильтрации и имеющий конфигурацию для введения диоксида углерода в мицеллярный казеиновый концентрат с образованием смеси мицеллярного казеинового концентрата и диоксида углерода. В другом варианте осуществления система включает в себя элемент дополнительной фильтрации, имеющий конфигурацию для осуществления процесса дополнительной фильтрации по крайней мере части смеси мицеллярного казеинового концентрата и диоксида углерода для удаления по крайней мере части одного или более солюбилизированных компонентов мицеллярного казеинового концентрата с образованием модифицированного мицеллярного казеинового концентрата.

Описана система образования мицеллярного казеинового концентрата с измененной массовой долей жира в соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения. В одном варианте осуществления система включает в себя источник обезжиренного молока. В другом варианте осуществления система включает в себя элемент первичной фильтрации, функционально связанный с источником обезжиренного молока и имеющий конфигурацию для осуществления процесса первичной фильтрации по крайней мере части смеси обезжиренного молока с образованием мицеллярного казеинового концентрата. В другом варианте осуществления система включает в себя источник жира. В другом варианте осуществления система включает в себя источник диоксида углерода, гидравлически связанный с элементом первичной фильтрации и имеющий конфигурацию для введения диоксида углерода в мицеллярный казеиновый концентрат с образованием смеси мицеллярного казеинового концентрата, диоксида углерода и жира. В другом варианте осуществления система включает в себя элемент дополнительной фильтрации, имеющий конфигурацию для выполнения процесса дополнительной фильтрации по крайней мере части смеси мицеллярного казеинового концентрата, диоксида углерода и жира для удаления по крайней мере части одного или более солюбилизированных компонентов мицеллярного казеинового концентрата с образованием мицеллярного казеинового концентрата с измененной массовой долей жира.

Описан модифицированный мицеллярный казеиновый концентрат, полученный способом, в соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения. В одном варианте осуществления модифицированный мицеллярный казеиновый концентрат, полученный способом, включает в себя наличие объема обезжиренного молока. В другом варианте осуществления модифицированный мицеллярный казеиновый концентрат, полученный способом, включает в себя осуществление процесса первичной фильтрации объема обезжиренного молока с образованием мицеллярного казеинового концентрата. В другом варианте осуществления модифицированный мицеллярный казеиновый концентрат, полученный способом, включает в себя смешивание диоксида углерода по крайней мере с частью мицеллярного казеинового концентрата для солюбилизизации одного или более компонентов мицеллярного казеинового концентрата. В другом варианте осуществления модифицированный казеиновый концентрат, полученный способом, включает в себя осуществление процесса дополнительной фильтрации смеси диоксида углерода и мицеллярного казеинового концентрата для удаления по крайней мере одного или более солюбилизированных компонентов мицеллярного казеинового концентрата с образованием модифицированного мицеллярного казеинового концентрата.

Описан мицеллярный казеиновый концентрат с измененной массовой долей жира, полученный способом, в соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения. В одном варианте осуществления мицеллярный казеиновый концентрат с измененной массовой долей жира, полученный способом, включает в себя использование объема обезжиренного молока. В другом варианте осуществления мицеллярный казеиновый концентрат с измененной массовой долей жира, полученный способом, включает в себя осуществление процесса первичной фильтрации объема обезжиренного молока с получением мицеллярного казеинового концентрата. В другом варианте осуществления модифицированный мицеллярный казеиновый концентрат с измененной массовой долей жира, полученный способом, включает в себя наличие источника жира. В другом варианте осуществления мицеллярный казеиновый концентрат с измененной массовой долей жира, полученный способом, включает в себя смешивание диоксида углерода по крайней мере с частью мицеллярного казеинового концентрата для солюбилизизации одного или более компонентов мицеллярного казеинового концентрата. В другом варианте осуществления мицеллярный казеиновый концентрат с измененной массовой долей жира, полученный способом, включает в себя осуществление процесса дополнительной фильтрации смеси диоксида углерода, мицеллярного казеинового концентрата и жира для удаления по крайней мере одного или более солюбилизированных компонентов мицеллярного казеинового концентрата с образованием мицеллярного казеинового концентрата с измененной массовой долей жира.

Описан мицеллярный казеиновый концентрат с измененной массовой долей жира, полученный способом, в соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения. В одном варианте осуществления мицеллярный казеиновый концентрат с измененной массовой долей жира, полученный способом, включает в себя использование объема обезжиренного молока. В другом варианте осуществления мицеллярный казеиновый концентрат с измененной массовой долей жира, полученный способом, включает в себя осуществление процесса первичной фильтрации объема обезжиренного молока с получением мицеллярного казеинового концентрата. В другом варианте осуществления мицеллярный казеиновый концентрат с измененной массовой долей жира, полученный способом, включает в себя смешивание диоксида углерода по крайней мере с частью мицеллярного казеинового концентрата для солюбилизизации одного или более компонентов мицеллярного казеинового концентрата. В другом варианте осуществления мицеллярный казеиновый концентрат с измененной массовой долей жира, полученный способом, включает в себя осуществление процесса дополнительного первичной фильтрации смеси диоксида углерода и мицеллярного казеинового концентрата для удаления по крайней мере одного или более солюбилизированных компонентов мицеллярного казеинового концентрата с образованием мицеллярного казеинового концентрата с измененной массовой долей жира. В другом варианте осуществления модифицированный мицеллярный казеиновый концентрат с измененной массовой долей жира, полученный способом, включает в себя наличие источника жира. В другом варианте осуществления мицеллярный казеиновый концентрат с измененной массовой долей жира, полученный способом, включает в себя смешивание жира из источника жира по крайней мере с частью модифицированного мицеллярного казеинового концентрата с образованием модифицированного мицеллярного казеинового концентрата с измененной массовой долей жира.

Вышеизложенное представляет собой краткую информацию и поэтому может содержать упрощения, обобщения, добавления и/или пропуски деталей; следовательно, специалистам в данной области будет понятно, что кратная информация является только иллюстративной и никоим образом не предназначена для ограничения. Другие аспекты, признаки и преимущества систем, продуктов и/или способов и/или других объектов, описанных в настоящем изобретении, станут поняты из описания, приведенного в настоящем документе. Прилагаемые чертежи, которые включены в настоящее описание и составляющие его часть, иллюстрируют варианты осуществления настоящего изобретения и вместе с общим описанием служат для объяснения принципов настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР

Многочисленные преимущества настоящего описания могут быть лучше поняты специалистами в данной области со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

Фиг. 1А-1Н иллюстрируют блок-схему системы для производства мицеллярного казеинового концентрата с пониженным содержанием минеральных веществ (МСС) в соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 2 иллюстрирует блок-схему, изображающую способ производства MCC с пониженным содержанием минеральных веществ, в соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 3 иллюстрирует блок-схему, изображающую способ производства MCC с измененной массовой долей жира и пониженным содержанием минеральных веществ, в соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения; и

Фиг. 4 иллюстрирует блок-схему, изображающую способ производства MCC с измененной массовой долей жира и пониженным содержанием минеральных веществ, в соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее будет приведено подробное описание объектов настоящего изобретения, которые проиллюстрированы сопровождающими чертежами.

Обращаясь в общем случае к фиг. 1А-4, описан способ и система для производства модифицированного мицеллярного казеинового концентрата (МСС) в соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения.

Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к производству MCC посредством фракционного разделения обезжиренного молока на насыщенный казеином ретентат (то есть MCC) и насыщенный сывороточным белком пермеат, используя мембранную микрофильтрацию (MF) и/или диафильтрацию (DF). Кроме того, MCC, полученный в процессе микрофильтрации, может дополнительно подвергаться мембранной ультрафильтрации (UF) и/или DF для дополнительного изменения состава MCC. Ретентат, образованный путем ультрафильтрации, может быть использован в качестве жидкости или может быть подвергнут распылительной сушке для долгосрочного хранения.

Следует отметить, что жидкий или порошкообразный MCC, полученный из свежего пастеризованного обезжиренного молока, может потребляться в исходном виде или может использоваться в пищевых продуктах, подвергшихся технологической обработке, для обогащения и улучшения питательных качеств. Казеиновые концентраты (например, MCC), полученные путем мембранной фильтрации, могут использоваться в качестве заменителей традиционных казеинатов, которые уже широко используются во многих готовых к употреблению продуктах питания функционального назначения. Нейтральный вкус MCC по сравнению со вкусом казеинатов означает, что они имеют потенциал для широкого применения. Поскольку в производстве MCC используется мембранное фракционное разделение, то состав MCC может быть изменен и даже адаптирован к конкретным требованиям окончательного применения. Многие производители функциональных и обработанных пищевых продуктов находятся в поиске функциональных альтернатив, относящихся к «чистой этикетке», используемым в настоящее время ингредиентам, которые могут оттолкнуть потребителей. Одним из способов улучшить или изменить функциональность MCC является изменение содержания минеральной соли с использованием мембранной фильтрации, DF и/или модификации рН.

Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к изменению распределения минеральных веществ и отдельных белков между коллоидной и сывороточной фазами в молоке путем изменения природной среды молока, включая рН, температуру и/или ионную атмосферу. Например, как описывается в настоящем документе, снижение рН молока от 6,75 до 6,00 (т.е. подкисление) перераспределяет Ca, P и белки казеина из коллоидной фазы в сывороточную фазу. Для модификации производства МСС, для изменения его конечной функции, в вариантах осуществления по настоящему изобретению используется взаимосвязь рН и минерального распределения молока.

Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к уменьшению содержания минеральных веществ в MCC, сохраняя при этом высокий уровень белка (например, казеина) в MCC. В вариантах осуществления настоящего изобретения можно достичь уменьшения содержания минеральных веществ на 5-40% в MCC с пониженным содержанием минеральных веществ по сравнению с обычными подходами мембранной фильтрации.

Фиг.1А-1Н иллюстрируют систему 100 для производства модифицированного мицеллярного казеинового концентрата (MCC) в соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения.

Ссылаясь на фиг. 1А, в одном варианте осуществления система 100 включает в себя источник молока 102, элемент первичной фильтрации 104 и элемент дополнительной фильтрации 112. Источник молока 102 (например, один или несколько резервуаров для молока) предназначен для хранения и подачи выбранного объема молока. Например, источник молока 102 может представлять собой один или более резервуаров для молока, имеющих конфигурацию для хранения и подачи выбранного объема молока. Следует отметить, что источник молока 102 не ограничен одним или более резервуарами для молока, и предполагается, что альтернативные источники молока могут быть реализованы в контексте системы 100.

В другом варианте осуществления источник молока 102 поддерживает объем молока в пределах выбранного набора параметров получения. Например, источник молока 102 может поддерживать исходное значение рН молока в диапазоне от 6,0 до 8,5. В частности, источник молока 102 может поддерживать исходное значение рН молока в диапазоне 6,7-6,8. В другом варианте осуществления источник молока 102 поддерживает выбранную температуру молока. Например, источник молока 102 может поддерживать температуру молока от 15°C до 100°С. В частности, источник молока 102 может поддерживать температуру молока от 25°C до 80°С.

Кроме того, источник молока 102 с помощью вентильного механизма может подавать полученное молоко на линию обработки 118, соединенной с элементом первичной фильтрации 104 системы 100. Например, источник молока 102 может подавать пастеризованное молоко на линию обработки 118, которая соединена с элементом первичной фильтрации 104 системы 100.

В другом варианте осуществления источник молока 102 поддерживает объем молока в пределах выбранной температуры перед подачей на линию обработки 118, соединенную с элементом первичной фильтрации 104 системы 100. Например, источник молока 102 может поддерживать температуру молока от 1,0°C до 20°С. Более конкретно, источник молока 102 может поддерживать температуру молока от 1,0°C до 7,2°C. Кроме того, охлажденное молоко в источнике молока 102 может нагреваться теплообменником и храниться в уравнительном резервуаре перед его подачей в элемент первичной фильтрации 104.

Термин «молоко», используемые в описании настоящего изобретения, подразумевает обезжиренное молоко и молоко с массовой долей жира в диапазоне от 0,01 до 10,0%. Следует отметить, что исходное молоко по настоящему изобретению содержит различные ингредиенты, включая, но ими не ограничиваясь, белки казеинов, сывороточные белки, жир, лактозу, минеральные вещества (неорганические остатки) и/или воду. Предполагается, что варианты осуществления настоящего изобретения могут быть сконфигурированы для использования цельного молока в качестве исходного молока с образованием MCC с пониженным содержанием минеральных веществ. Следует отметить также, что добавление жира из источника жира 124, как описано в настоящем изобретении на фиг. 1Е, может не быть необходимым, если в качестве исходного источника молока 102 используется цельное молоко.

Термин «зола», употребляемый в описании настоящего изобретения, в основном определяет совокупность, содержащихся в пище, минеральных веществ. Термин «казеин», как используется в описании настоящего изобретения, в основном определяет семейство близких по строению фосфопротеинов в молоке. Например, казеин обычно можно найти в молоке млекопитающих. В частности, казеин может составлять до 80% белка в коровьем молоке и от 20% до 45% белка в человеческом молоке. Кроме того, термин «мицеллярный казеин» или "казеиновая мицелла", как используется в описании настоящего изобретения, в основном определяет суспензию казеина в молоке. Термин «мицеллярный казеиновый концентрат» (MCC), как используется в описании настоящего изобретения, как правило определяет содержание казеина более 90,0% как процент от истинного белка. Истинный белок может включать казеин, молочную сыворотку и тому подобное. В таблице 1 представлены компоненты пастеризованного обезжиренного молока до фильтрации.

Таблица 1: Состав пастеризованного обезжиренного молока

Компонент	% (масс./масс.)
Общий сухой остаток	9,33
Белок	3,40
Казеин	2,70
Молочная сыворотка	0,70
Жиры	0,07
Лактоза	4,80
Минеральные вещества (зола)	0,72
Кальций (Ca)	0,15
Общее количество азота (ТN)	3,62
Белки:зола	4,72

В одном из вариантов осуществления элемент первичной фильтрации 104 может включать в себя, но им не ограничиваясь, элемент микрофильтрации (MF) 104. В связи с этим элемент первичной фильтрации 104 устроен с возможностью приема потока выходящего из источника молока 102. Например, элемент первичной фильтрации 104 может быть расположен в гидравлическом сообщении с источником молока 102 через линию обработки 118. В связи с этим элемент MF 104 может получать молоко и применять процесс первичной фильтрации. Термин «микрофильтрация (MF)», как используется в описании настоящего изобретения, в основном определяет процесс фильтрации, который фракционирует обезжиренное молоко на насыщенный казеином ретентат (то есть, MCC) и насыщенный сывороточным белком пермеат.

В элементе первичной фильтрации 104 может быть использована любая технология микрофильтрации, известная в данной области, такая как, но ей не ограничиваясь, фильтрация в перекрестном потоке (т.е. фильтрация в тангенциальном потоке) или тупиковая фильтрация. В одном из вариантов осуществления элемент первичной фильтрации 104 включает в себя микрофильтрационную мембрану. Например, микрофильтрационная мембрана в элементе первичной фильтрации 104 может быть образована из одного или более полимерных веществ, имеющих выбранный размер пор (или диапазон размера пор). В частности, микрофильтрационная мембрана в элементе первичной фильтрации 104 может включать в себя, но ей не ограничиваясь, полимерную фильтрационную мембрану со спиральной намоткой, имеющую размер пор от 0,01 до 2,00 мкм. Кроме того, микрофильтрационная мембрана в элементе первичной фильтрации 104 может включать в себя, но ей не ограничиваясь, полимерную фильтрационную мембрану со спиральной намоткой, имеющую размер пор от 0,1 до 1,00 мкм.

В качестве другого примера, микрофильтрационная мембрана в элементе первичной фильтрации 104 может быть образована из одного или более керамических веществ с выбранным размером пор. В частности, микрофильтрационная мембрана в элементе первичной фильтрации 104 может включать в себя, но ей не ограничиваясь, трубчатую керамическую фильтрационную мембрану с размером пор от 0,01 до 2,00 мкм. Кроме того, микрофильтрационная мембрана в элементе первичной фильтрации 104 может включать в себя, но ей не ограничиваясь, трубчатую керамическую фильтрационную мембрану, имеющую размер пор от 0,1 до 1,00 мкм.

В другом варианте осуществления элемент первичной фильтрации 104 может выполнять процесс микрофильтрации молока, подаваемого из источника молока 102 в выбранном диапазоне температур молока. Например, элемент первичной фильтрации 104 может выполнять процесс микрофильтрации молока с температурой в диапазоне от 5°С до 90°С. В частности, элемент первичной фильтрации 104, использующий полимерную фильтрационную мембрану со спиральной намоткой, может выполнять процесс микрофильтрации молока при температуре в диапазоне от 5°С до 50°С. Более конкретно, элемент первичной фильтрации 104, использующий полимерную фильтрационную мембрану со спиральной намоткой, может выполнять процесс микрофильтрации молока с температурой в диапазоне от 10°С до 35°С. В качестве другого примера, элемент первичной фильтрации 104, использующий трубчатую керамическую фильтрационную мембрану, может выполнять процесс микрофильтрации молока при температуре в диапазоне от 30°С до 90°С. Более конкретно, элемент первичной фильтрации 104, использующий трубчатую керамическую фильтрационную мембрану, может выполнять процесс микрофильтрации молока при температуре в диапазоне от 50°С до 70°С.

Следует отметить, что микрофильтрационная мембрана элемента первичной фильтрации 104 может быть получена из любого вещества, известного в данной области, не ограничиваясь только полимерной и керамической мембраной, которые приведены исключительно в качестве примера. Например, микрофильтрационная мембрана может образована из металлокерамики, пористого оксида алюминия и тому подобного.

Процесс микрофильтрации молока, осуществляемый элементом первичной фильтрации 104, может отделять белки казеина от сывороточных белков в молоке, подаваемом из источника молока 102, с образованием мицеллярного казеинового концентрата (MCC). В данном случае следует отметить, что размер белков казеина больше, чем размер сывороточных белков, поэтому белки казеина не способны проникать через мембранные поры микрофильтрационной мембраны элемента первичной фильтрации 104, а более мелкие сывороточные белки способны проникать через мембранные поры микрофильтрационной мембраны элемента первичной фильтрации 104. В связи с этим белки казеина остаются в системе 100 в качестве ретентата, а сывороточные белки получают в виде пермеата. Лактоза и минеральные вещества остаются вместе с белками казеина во время процесса микрофильтрации, выполняемого элементом первичной фильтрации 104, и продолжают движение по линии обработки 118 системы 100 во время обработки.

В другом варианте осуществления, MCC может быть образован так, чтобы иметь выбранный диапазон концентраций казеина. Например, процесс микрофильтрации в элементе первичной фильтрации 104 может применяться к казеину, чтобы его концентрация достигла значения от 2,00 до 15,00% (масс./масс.). Более конкретно, диапазон концентраций казеина, полученного в процессе микрофильтрации, может составлять от 4,21% до 10,53% (масс./масс.). В другом варианте осуществления, MCC может быть образован так, чтобы иметь выбранный диапазон концентраций минеральных веществ (золы). Например, процесс микрофильтрации в элементе первичной фильтрации 104 может применяться к минералам (золе), чтобы их концентрация достигла значения от 0,01% до 1,00%. Более конкретно, диапазон концентраций минеральных веществ (золы), полученный в процессе микрофильтрации, выполняемой элементом первичной фильтрации 104, может составлять от 0,28% до 0,70%. В другом варианте осуществления MCC может быть образован так, чтобы иметь выбранное соотношение белка (например, казеинового и сывороточного) и минеральных веществ (зола). Например, процесс микрофильтрации в элементе первичной фильтрации 104 может применяться для достижения соотношения белка к минералам от 5,50 до 7,50. Более конкретно, соотношение белка (например, казеинового и сывороточного) и минеральных веществ (зола) после процесса микрофильтрации, выполняемого элементом первичной фильтрации 104, может быть от 6,40 до 6,95.

В другом варианте осуществления, процесс микрофильтрации в элементе первичной фильтрации 104 может применяться для достижения выбранного диапазона коэффициента концентрации (CF). Например, процесс микрофильтрации в элементе первичной фильтрации 104 может применяться для достижения CF от 1.0 до 8.0. Более конкретно, CF процесса микрофильтрации, выполняемого элементом первичной фильтрации 104, может составлять от 2,5 до 5,0. Термин «коэффициент концентрации (CF)» используемые в описании настоящего изобретения, в основном определяет степень концентрации растворенных в жидкости твердых веществ.

В другом варианте осуществления, процесс микрофильтрации в элементе первичной фильтрации 104 может применяться, для достижения выбранного диапазона количеств DF. Например, процесс микрофильтрации в элементе первичной фильтрации 104 может применяться для достижения количества диафильтрации от 10 до 400%. Более конкретно, количество DF процесса микрофильтрации, выполняемого элементом первичной фильтрации 104, может составлять от 25% до 300%. Термин «количество диафильтрации (DF)», как используется в описании настоящего изобретения, в основном определяет процент исходной массы жидкости.

В таблице 2, приведенной ниже, наглядно представлены диапазоны количества компонентов MCC после процесса микрофильтрации по настоящему изобретению.

Таблица 2: Диапазоны количества компонентов MCC после микрофильтрации

Компонент	% (масс./масс.)
Общий сухой остаток	7,26-18,15
Белок	4,49-11,23
Казеин	4,21-10,53
Молочная сыворотка	0,28-0,70
Жиры	0,11-0,27
Лактоза	1,92-4,80
Минеральные вещества (зола)	0,65-1,63
Общее количество азота (ТN)	4,58-11,45
Белки:зола	6,40-6,95

Следует отметить, что диапазоны количества компонентов, приведенных в таблице 2 и ранее рассмотренных, не должны интерпретироваться как ограничения объема настоящего изобретения и они приведены только в качестве примера.

В одном варианте осуществления система 100 включает в себя первый резервуар для сбора 110. Например, первый резервуар для сбора 110 может быть расположен в жидкостном сообщении с выходом первого элемента фильтрации 104 через линию обработки 118 и может иметь конфигурацию для приема MCC из элемента первичной фильтрации 104 и удержания MCC перед фильтрацией в элементе дополнительной фильтрации 112. Следует отметить, что резервуар для сбора 110 по настоящему изобретению может включать в себя любой резервуар для сбора, известный в области производства молочных продуктов.

В одном варианте осуществления система 100 включает в себя элемент подачи диоксида углерода (CO₂) 120. Элемент подачи диоксида углерода CO₂ 120 может быть расположен в жидкостном сообщении с линией обработки 118 системы 100 через линию подачи CO₂ 122. Например, элемент подачи CO₂ 120 может подавать через барботер газообразный CO₂ непосредственно в MCC в пределах линии обработки 118.

Элемент подачи CO₂ 120 может вводить CO₂ в MCC для достижения выбранного диапазона рН в MCC. Например, элемент подачи CO₂ 120 может подавать газообразный CO₂ непосредственно в поток MCC в пределах линии обработки 118 для достижения выбранного рН в MCC. В качестве другого примера, элемент подачи CO₂ 120 может подавать газообразный CO₂ в первый резервуар для сбора 110, содержащий MCC, для достижения выбранного рН в MCC. В частности, элемент подачи CO₂ 120 может вводить CO₂ в MCC для достижения рН в MCC приблизительно от 4,50 до 7,50. Более конкретно, элемент подачи CO₂ 120 может вводить CO₂ в MCC для достижения рН в MCC приблизительно от 5,70 до 6,50.

CO₂ может быть введен в МСС при выбранном давлении. Например, CO₂ может быть введен в поток MCC на линии обработки 118 (или в первый резервуар для сбора 110) при давлении от 10кПа до 800кПа. Более конкретно, CO₂ может быть введен в поток MCC на линии обработки 118 при давлении от 30кПа до 700кПа (например, от 0 до 5 л/мин).

В другом варианте осуществления, MCC смешивают с газообразным CO₂ пока он не уравновесится до образования СО₂-обработанного MCC. Например, для достижения равновесия CO₂-обработанный MCC может быть перемешан в течение выбранного времени (например, от 0,5 до 4 часов). В частности, для достижения равновесия CO₂-обработанный MCC может быть перемешан приблизительно в течение одного часа. В другом варианте осуществления CO₂-обработанный MCC поддерживают при выбранной температуре в первом резервуаре для сбора 110. Например, CO₂-обработанный MCC можно поддерживать при температуре от 1°C до 10°C в первом резервуаре для сбора 110 во время уравновешивания.

Линия подачи CO₂ 122 элемента подачи CO₂ 120 может включать в себя любое устройство подачи газа, известное в данной области, упрощающее процесс введения CO₂ в MCC. Например, линия подачи CO₂ 122 может включать в себя, но им не ограничиваться, барботер (например, барботер из нержавеющей стали). Барботер линии подачи 122 может иметь выбранный размер пор. Например, барботер линии подачи 122 может иметь размер пор от 1,0 мкм до 15 мкм. Более конкретно, барботер может иметь размер пор от 2,0 до 10 мкм. В другом варианте осуществления, барботер может применяться с использованием выбранного противодавления. Например, барботер может использовать противодавление от 20 кПа до 500 кПа для подачи надлежащего газообразного СО₂ в поток MCC в линии обработки 118.

Следует отметить, что снижение pH MCC путем введения газообразного CO₂ способствует солюбилизации одного или более минеральных веществ в коллоидной фазе MCC. Более конкретно, снижение рН MCC способствует переходу одного или более минеральных веществ (например, мицеллярного фосфата кальция или тому подобного) из коллоидной фазы MCC в сывороточную фазу MCC. Как описано далее, на следующей стадии ультрафильтрации солюбилизированные минеральные вещества (например, мицеллярный фосфат кальция или тому подобное) в сывороточной фазе MCC, проникают через соответствующую ультрафильтрационную мембрану в виде пермеата и оставляют мицеллярный казеин в качестве ретентата.

Следует отметить, хотя в настоящем изобретении особое внимание уделяется подкислению MCC путем введения газообразного CO₂, такая конфигурация не ограничивает объем настоящего изобретения. Скорее, объем настоящего изобретения может быть расширен до подкисления MCC, используя любой способ подкисления, известный в данной области. Например, подкисление MCC по настоящему изобретению может быть осуществлено с использованием одного или более органических подкислителей. Следует отметить также, что использование газообразного CO₂ для подкисления MCC является конкретным преимуществом, поскольку он легко удаляется из обработанного MCC после стадии введения CO₂. Например, остаточный СО₂, содержащийся в обработанном MCC, может быть легко удален из MCC нагреванием или применением вакуума на последующих стадиях процесса производства. В результате подкисление MCC с использованием CO₂ помогает избежать нежелательного привкуса в молочных продуктах питания, полученных с использованием MCC.

Введение диоксида углерода в молоко при производстве модифицированного концентрата молочного белка в целом описано Chenchalah Marella et al. in Manufacture of modified milk protein concentrate utilizing injection of carbon dioxide, J. Dairy Sci, Issue 98, pp. 3577-3589 (2014), который включен в настоящее описание посредством ссылки во всей полноте. Введение диоксида углерода в молоко при производстве модифицированного концентрата молочного белка также описано в заявке на патент США № 14/876798, поданной 6 октября 2015 года, которая включена в настоящее описание посредством ссылки во всей полноте. Введение диоксида углерода в молоко при производстве модифицированного концентрата молочного белка также описано в заявке на патент США № 14/616952, поданной 9 февраля 2015 года, которая включена в настоящее описание посредством ссылки во всей полноте.

В одном из вариантов осуществления система 100 включает в себя теплообменник 106. Теплообменник 106 может быть расположен в жидкостном сообщении с выходом первого резервуара для сбора 110. Например, теплообменник 106 может получать СО₂-обработанный MCC из первого резервуара для сбора 110 через линию обработки 118. Теплообменник 106 системы 100 может использоваться для нагрева и/или охлаждения молока, MCC и/или CO₂-обработанного MCC на разных стадиях производственного процесса.

В другом варианте осуществления система 100 включает в себя два или более теплообменника 106, таким образом, первый теплообменник используется для нагрева молока, MCC и/или CO₂-обработанного MCC, а второй теплообменник используется для охлаждения молока, MCC и/или CO₂-обработанного MCC.

В другом варианте осуществления система 100 включает в себя один или более нагревательных элементов. Один или более нагревательных элементов имеют конфигурацию для нагрева молока, MCC и/или CO₂-обработанного MCC для использования термической обработки в отношении молока, MCC и/или CO₂-обработанного MCC. Нагревательный элемент может включать в себя любое количество любых нагревательных устройств, известных в данной области. В одном варианте осуществления система 100 может включать в себя специальный нагревательный резервуар, оборудованный одним или несколькими нагревательными элементами, подходящими для нагрева молока, MCC и/или CO₂-обработанного MCC. В другом варианте осуществления любой из обрабатывающих компонентов системы 100 может быть оснащен одним или более нагревательными устройствами, способными осуществлять термическую обработку по настоящему изобретению.

В другом варианте осуществления система 100 включает в себя один или более охлаждающих элементов. Один или более охлаждающих элементов с конфигурацией для охлаждения молока, MCC и/или CO₂-обработанного MCС для применения охлаждения в отношении молока, MCC и/или CO₂-обработанного MCC. Охлаждающий элемент может включать в себя любое количество любых охлаждающих устройств, известных в области производства молочных продуктов. В одном варианте осуществления система 100 может включать в себя специальный охлаждающий резервуар, оборудованный одним или несколькими охлаждающими элементами, подходящими для охлаждения молока, MCC и/или CO₂-обработанного MCC. В другом варианте осуществления любой из обрабатывающих компонентов системы 100 может быть оснащен одним или более охлаждающими устройствами, способными осуществлять охлаждение по настоящему изобретению.

Предполагается, что если расположение теплообменника 106 изображено сразу после первого резервуара для сбора 110, как показано на фиг.1А-1Н, то такая конфигурация предоставлена исключительно для иллюстративных целей. Теплообменник 106 по настоящему изобретению может иметь любое расположение в системе 100 для нагрева и/или охлаждения данной технологической жидкости (например, молока, MCC, CO₂-обработанного MCC, смеси MCC с пониженным содержанием минеральных веществ и/или тому подобное).

В одном из вариантов осуществления элемент дополнительной фильтрации 112 может включать в себя, но им не ограничиваться, элемент ультрафильтрации (UF). Кроме того, элемент дополнительной фильтрации 112 может быть расположен с возможностью приема потока выходящего из первого резервуара для сбора 110. В связи с этим после обработки CO₂ MCC (и, необязательно, хранения MCC в первом резервуаре для сбора 110), элемент UF 112 может принимать CO₂-обработанный MCC и применять процесс дополнительной фильтрации.

В другом варианте осуществления элемент дополнительной фильтрации 112 может быть расположен в жидкостном сообщении с элементом первичной фильтрации 104 через линию обработки 118. Например, элемент дополнительной фильтрации 112 может принимать CO₂-обработанный MCC непосредственно на выходе из элемента первичной фильтрации 104. В этом варианте осуществления следует отметить, что CO₂-обработанный MCC не следует содержать в резервуаре для сбора для уравновешивания.

В другом варианте осуществления элемент дополнительной фильтрации 112 может принимать CO₂-обработанный MCC после охлаждения или нагрева теплообменником 106.

В случае если элемент дополнительной фильтрации 112 является элементом ультрафильтрации, то элемент дополнительной фильтрации 112 может использовать любую технологию ультрафильтрации, известную в данной области, например, но ими не ограничиваясь, фильтрация в перекрестном потоке (то есть, фильтрация в тангенциальном потоке) или тупиковая фильтрация. Термин «ультрафильтрация (UF)», как используется в описании настоящего изобретения, в основном определяет процесс фильтрации, который фракционирует смесь казеина, лактозы и минеральных веществ в насыщенный казеином ретентат (т.е. MCC с пониженным содержанием минеральных веществ) и лактозо-минеральный пермеат.

В другом варианте осуществления элемент дополнительной фильтрации 112 включает в себя ультрафильтрационную мембрану. Ультрафильтрационная мембрана элемента дополнительной фильтрации 112 может быть образована из любых веществ, известных в данной области, таких как, но ими не ограничиваясь, один или более полимеров и/или один или более керамических материалов. Например, ультрафильтрационная мембрана элемента дополнительной фильтрации 112 может включать в себя, но ими не ограничиваясь, полимерную фильтрационную мембрану со спиральной намоткой или трубчатую керамическую фильтрационную мембрану. В другом варианте осуществления ультрафильтрационная мембрана элемента дополнительной фильтрации 112 может иметь выбранное отсечение по молекулярной массе. Термин «отсечение по молекулярной массе», как используется в описании настоящего изобретения, в основном определяет наименьшую молекулярную массу (в дальтонах), при которой более 90% растворенного вещества с известной молекулярной массой задерживается мембраной. Например, ультрафильтрационная мембрана может включать в себя, но ей не ограничиваясь, ультрафильтрационную мембрану, имеющую отсечение по молекулярной массе от 1 кДа до 30 кДа. Более конкретно, ультрафильтрационная мембрана может включать в себя, но ей не ограничиваясь, ультрафильтрационную мембрану, имеющую отсечение по молекулярной массе от 5 кДа до 20 кДа.

Следует отметить, что ультрафильтрационная мембрана элемента дополнительной фильтрации 112 может быть получена из любого материала, известного в данной области, не ограничиваясь только полимерными и керамическими материалами, которые приведены выше исключительно в качестве примера. Например, ультрафильтрационная мембрана может быть образована из металлокерамики, пористого оксида алюминия и тому подобного.

В другом варианте осуществления элемент дополнительной фильтрации 112 может выполнять процесс ультрафильтрации MCC, подаваемого на выходе из первого резервуара для сбора 110 в выбранном диапазоне температур MCC. Например, элемент дополнительной фильтрации 112 может выполнять процесс ультрафильтрации MCC при температуре в диапазоне от 10°C до 90°C. Более конкретно, элемент дополнительной фильтрации 112, использующий полимерную фильтрационную мембрану со спиральной намоткой, может выполнять процесс ультрафильтрации MCC при температуре в диапазоне от 10°C до 35°C. В качестве другого примера, элемент дополнительной фильтрации 112 использующий трубчатую керамическую фильтрационную мембрану может выполнять процесс ультрафильтрации MCC при температуре в диапазоне от 50°C до 70°C.

Процесс ультрафильтрации, выполняемый дополнительным элементом фильтрации 112, может отделять белки казеина от минеральных веществ в СО₂-обработанном MCC. В данном случае следует отметить, что размер белков казеина больше, чем размер минеральных веществ, поэтому белки казеина не способны проникать через мембранные поры ультрафильтрационной мембраны элемента дополнительной фильтрации 112, а более мелкие минеральные вещества способны проникать через мембранные поры ультрафильтрационной мембраны элемента дополнительной фильтрации 112. В связи с этим белки казеина остаются в системе 100 в качестве ретентата, а минеральные вещества получают в виде пермеата. Лактоза проникает вместе с минеральными веществами при процессе ультрафильтрации, осуществляемого с помощью элемента дополнительной фильтрации 112. В связи с этим ретентат процесса ультрафильтрации, осуществляемого с помощью элемента дополнительной фильтрации 112, содержит в основном белки казеина.

В другом варианте осуществления, процесс ультрафильтрации в дополнительном элементе фильтрации 112 может применяться для получения выбранного диапазона CF. Например, процесс ультрафильтрации в дополнительном элементе фильтрации 112 может применяться для получения CF от 0,5 до 15,0. Более конкретно, CF процесса ультрафильтрации, осуществляемого с помощью элемента дополнительной фильтрации 104, может составлять от 1,1 до 10,0.

В другом варианте осуществления, процесс ультрафильтрации в дополнительном элементе фильтрации 112 может применяться для получения выбранного диапазона количества DF. Например, процесс ультрафильтрации в дополнительном элементе фильтрации 112 может применяться для получения количества диафильтрации от 0% до 500%. Более конкретно, количество DF процесса ультрафильтрации, осуществляемого с помощью элемента дополнительной фильтрации 104, может составлять от 0 до 300%.

В другом варианте осуществления, MCC с пониженным содержанием минеральных веществ может быть образован так, чтобы иметь выбранный диапазон концентраций казеина. Например, процесс ультрафильтрации в дополнительном элементе фильтрации 112 может применяться для получения диапазона концентрации казеина от 10,00% до 25,00% (масс./масс.). Более конкретно, диапазон концентраций казеина, полученного в результате ультрафильтрации, может составлять от 15,89% до 19,51% (масс./масс.).

В другом варианте осуществления, MCC с пониженным содержанием минеральных веществ, может быть образован так, чтобы иметь выбранный диапазон концентрации минеральных веществ (золы). Например, процесс ультрафильтрации в дополнительном элементе фильтрации 112 может применяться для получения концентрации минеральных веществ (золы) от 0,50 до 2,00% (масс./масс.). Более конкретно, диапазон концентрации минеральных веществ (золы), полученных в результате ультрафильтрации, может составлять от 1,12% до 1,40% (масс./масс.).

В другом варианте осуществления MCC с пониженным содержанием минеральных веществ может быть образован так, чтобы иметь выбранное соотношение белка (например, казеина и сыворотки) и минеральных веществ (золы). Например, процесс ультрафильтрации в дополнительном элементе фильтрации 112 может применяться для получения соотношения белка и минеральных веществ от 8,00 до 15,00. Более конкретно, соотношение белка (например, казеина и сыворотки) и минеральных веществ (золы) после процесса ультрафильтрации, осуществляемого с помощью элемента дополнительной фильтрации 112, может составлять от 10,50 до 13,05.

В таблице 3, приведенной ниже, представлено сравнение диапазонов концентраций компонентов MCC, полученных после процесса ультрафильтрации по настоящему изобретению с введением CO₂ и без него.

Таблица 3: Таблица сравнения диапазонов компонентов MCC после ультрафильтрации с введением CO₂ и без него

Компонент	Без введения CO2% (масс./масс.)	C введением CO2% (масс./масс.)
Общий сухой остаток	20,40-24,95	19,95-24,50
Общий белок	17,12-20,95	16,95-20,82
Казеин	16,05-19,64	15,89-19,51
Сыворотка	16,05-19,64	1,12-1,40
Жиры	0,25-0,50	0,23-0,50
Лактоза	≤4,80	≤4,80
Минеральные вещества (зола)	1,65-2,1	1,30-1,90
Общее количество азота (ТN)	17,19-21,05	17,17-21,09
Белки:зола	9,90-10,25	10,50-13,05

Следует отметить, что диапазоны количества компонентов, приведенных в таблице 3 и ранее рассмотренных, не должны интерпретироваться как ограничения объема настоящего изобретения и они приведены только в качестве примера.

В одном варианте осуществления система 100 включает в себя второй резервуар для сбора 116. Второй резервуар для сбора 116 может включать в себя любой резервуар для сбора, известный в данной области, способный принимать MCC с пониженным содержанием минеральных веществ. В одном варианте осуществления второй резервуар для сбора 116 может быть помещен в жидкостное сообщение с выходом элемента дополнительной фильтрации 112 через линию обработки 118 и иметь конфигурацию для приема MCC с пониженным содержанием минеральных веществ из элемента дополнительной фильтрации 112. Например, второй резервуар для сбора 116 может хранить MCC с пониженным содержанием минеральных веществ в качестве жидкости для дальнейшего использования. В качестве другого примера, MCC с пониженным содержанием минеральных веществ во втором резервуаре для сбора 116 может быть высушен до состояния порошка для длительного хранения.

В другом варианте осуществления регулируется рН MCC с пониженным содержанием минеральных веществ на выходе из элемента дополнительной фильтрации 112. Например, значение рН MCC с пониженным содержанием минеральных веществ на выходе из элемента дополнительной фильтрации 112 может регулироваться с использованием одного или более базовых растворов. В частности, один или более базовых растворов могут включать, но ими не ограничиваясь, раствор гидроксида натрия (NaOH), раствор гидроксида калия (KOH) и/или тому подобное. Следует отметить, что регулирование pH MCC с пониженным содержанием минеральных веществ на выходе из элемента дополнительной фильтрации 112 может осуществляться в пределах линии обработки 118, связанной со вторым сборным резервуаром 116, или в пределах второго резервуара для сбора 116.

Система 100 может включать в себя любое количество дополнительных компонентов, необходимых для осуществления стадий производства по настоящему изобретению. В одном варианте осуществления система 100 может включать в себя один или более насосов. В этом отношении один или более насосов служат для облегчения транспортировки жидкого продукта между любыми компонентами (например, источником молока 102, элементом первичной фильтрации 104, первым резервуаром для сбора 110, теплообменником 106, дополнительным элементом фильтрации 112, вентилем 123, и вторым резервуаром для сбора 116) на протяжении линии обработки 118 системы 100. Один или более насосов могут включать в себя любые насосы, известные в данной области. Например, один или более насосов могут включать в себя, но ими не ограничиваясь, один или более насосов вытеснения (например, объемный насос) или один или более центробежных насосов.

В другом варианте осуществления система 100 включает в себя один или более вентилей 123. Один или несколько вентилей 123 могут служить для выборочного жидкостного объединения двух или более подсистем или компонентов системы 100. Например, один или более вентильных механизмов 123 могут быть размещены между двумя или более источниками молока 102, элементами первичной фильтрации 104, первыми сборными резервуарами 110, дополнительными элементами фильтрации 112, теплообменниками 106, вторыми резервуарами для сбора 116 и элементами подачи диоксида углерода 120. В одном варианте осуществления один или более вентильных механизмов 123 управляются вручную. В другом варианте осуществления один или более вентильных механизмов 123 управляются автоматически через контроллер. В другом варианте осуществления контроллер включает в себя один или более процессоров. В другом варианте осуществления программные команды, выполняемые одним или более процессорами, имеют конфигурацию на открытие и/или закрытие одного или более путей, связанных с одним или более вентильными механизмами 123, для осуществления одного или более стадий процесса по настоящему изобретению.

Один или более вентильных механизмов 123 системы 100 могут включать в себя любой тип вентильного механизма, известного в данной области. Например, один или более вентильных механизмов 123 могут включать в себя, но ими не ограничиваясь, один или более трехходовых вентилей. В качестве другого примера один или более вентильных механизмов 123 могут включать в себя, но ими не ограничиваясь, набор двухходовых кранов, гидравлически связанных Т-образным соединением. Следует отметить, что вышеприведенные примеры не являются ограничениями описания настоящего изобретения и представлены только для иллюстративных целей. Размещение и использование одного или более вентильных механизмов 123 описано в заявке на патент США № 14/616952, поданной 9 февраля 2015 года, которая включена в настоящее описание посредством ссылки во всей полноте.

Ссылаясь на фиг. 1B, в одном варианте осуществления система 100 включает в себя второй элемента подачи диоксида углерода (CO₂) 140 и вторую линию подачи CO₂ 142. Следует отметить, что варианты осуществления и компоненты, описанные в настоящем документе ранее в отношении элемента подачи CO₂ 120 и линии подачи CO₂ 122 должны распространяться и на второй элемент подачи CO₂ 140 и вторую линию подачи CO₂ 142.

В одном варианте осуществления второй элемент подачи CO₂ 140 может быть размещен в жидкостном сообщении с дополнительным элементом фильтрации 112 через вторую линию подачи CO₂ 142. Например, как показано на фиг. 1B, элемент дополнительной фильтрации 112 может принимать CO₂-обработанный MCC на выходе из первого резервуара для сбора 110 через теплообменник 106, в то время как второй элемент подачи CO₂ 140 подает дополнительный газообразный CO₂ в СО₂-обработанный MCC в дополнительном элементе фильтрации 112 через вторую линию подачи CO₂ 142. В этой связи, второй элемент подачи CO₂ 140 служит для дополнительного перемешивания CO₂-обработанного MCC с дополнительным газообразным CO₂ для поддержания и дополнительного уменьшения pH CO₂-обработанного MCC. Добавление дополнительного CO₂ также способствует переходу минеральных веществ CO₂-обработанного MCC из коллоидной фазы CO₂-обработанного MCC в сывороточную фазу CO₂-обработанного MCC, что позволяет дополнительно уменьшить количество минеральных веществ в MCC с пониженным содержанием минеральных веществ посредством процесса ультрафильтрации, осуществляемого с помощью элемента дополнительной фильтрации 112. Как показано на фиг. 1А и 1В, газообразный CO₂ может быть введен перед и/или во время процесса ультрафильтрации, осуществляемого с помощью элемента дополнительной фильтрации 112, для снижения рН MCC и/или CO₂-обработанного MCC, соответственно.

Предполагается, что, хотя на ФИГ. 1В изображены два разных источника СО₂ 120 и 140 для использования диоксида углерода в двух разных местах технологической линии 118, такая конфигурация приведена исключительно в качестве примера. Настоящее изобретение может иметь конфигурацию с подачей диоксида углерода в любом числе мест на протяжении технологической линии 118 системы 100.

Ссылаясь на фиг. 1С, в альтернативном и/или дополнительном варианте осуществления система 100 имеет конфигурацию для производства MCC с пониженным содержанием минеральных веществ, используя стадию диафильтрации. Термин «диафильтрация (DF)», как используется описании настоящего изобретения, в основном определяет процесс добавления воды к продукту во время MF и/или UF и последующее удаление воды. Например, DF может удалять дополнительную лактозу и растворенные соли, присутствующие в MCC и/или в CO₂-обработанном MCC, тем самым повышая относительную концентрацию белков казеина в общем содержании твердых веществ. Следует отметить, что варианты осуществления и примеры показанные на фиг. 1А и 1В должны распространяться и на вариант осуществления фиг. 1C, если не указано иного.

В одном варианте осуществления система 100, показанная на фиг. 1С может дополнительно включать в себя элемент подачи воды 128 для содержания и включения источника воды в систему 100. Элемент подачи воды 128 может быть размещен в жидкостном сообщении с элементом первичной фильтрации 104 через линию подачи воды 130. В этом отношении система 100 может дополнительно очищать MCC в элементе первичной фильтрации 104 путем промывки MCC с использованием воды из элемента подачи воды 128 и последующим удалением воды, используемой для процесса DF, в элементе первичной фильтрации 104. Элемент подачи воды 128 может включать в себя любое устройство, известное в данной области, способное содержать источник воды. Например, элемент подачи воды 128 может включать в себя, но ими не ограничиваясь, резервуар, сосуд, бак, контейнер или тому подобное. Источник воды, содержащийся в элементе подачи воды 128, может включать в себя любую воду, подходящую для использования в молочном производстве (например, дистиллированную воду, фильтрованную воду, умягченную воду и/или тому подобное).

В другом варианте осуществления система 100 может, если это необходимо, добавить необходимое количество воды в рециркуляционный контур элемента первичной фильтрации. В свою очередь, система 100 может выполнять процесс микрофильтрации в элементе первичной фильтрации для удаления дополнительных сывороточных белков в виде пермеата с образованием конечного МСС. Следует отметить, что конечный MCC, при производстве которого используется стадия DF после процесса микрофильтрации, осуществляемого элементом первичной фильтрации 104, может иметь более низкое содержание сывороточных белков, чем без процесса DF.

В другом варианте осуществления система 100, показанная на фиг. 1C, также имеет конфигурацию для получения MCC с пониженным содержанием минеральных веществ с использованием стадии DF в дополнительном элементе фильтрации 112. Например, в вариантах осуществления, изображенных на фиг. 1С источник воды может подаваться из элемента подачи воды 128 по линии подачи воды 130 в элемент дополнительной фильтрации, содержащий CO₂-обработанный MCC на выходе из первого резервуара для сбора 110. Добавленная вода может способствовать удалению дополнительной лактозы и солюбилизированных минеральных веществ, содержащихся в CO₂-обработанном MCC. В этом отношении конечный модифицированный MCC при производстве которого использовалась стадия DF после процесса ультрафильтрации, осуществляемого элементом фильтрации 112, может иметь более низкое содержание минеральных веществ и лактозы, чем без процесса DF. Предполагается, что если описанный выше процесс DF изображен как используемый отдельного от элемента первичной фильтрации 104 или элемента дополнительной фильтрации 112 системы 100, то такая конфигурация приведена исключительно в качестве примера. Следует отметить, что процесс DF может использоваться в элементе первичной фильтрации 104 и в дополнительном элемент фильтрации 112 одновременно.

Ссылаясь на фиг. 1D, в одном варианте осуществления система 100 дополнительно имеет конфигурацию для получения MCC с пониженным содержанием минеральных веществ. Например, вариант осуществления, изображенный на фиг. 1D может относиться к образованию порошкообразного MCC с пониженным содержанием минеральных веществ. Следует отметить, что варианты осуществления и примеры, показанные на фиг. 1A-1C, должны распространяться и на вариант осуществления, показанный на фиг. 1D, если не указано иного.

В одном варианте осуществления система 100 включает сушильное устройство 130. Сушильное устройство 130 может быть расположено в жидкостном сообщении со вторым сборным резервуаром 116 через линию обработки 118. Второй резервуар для сбора 116 может содержать MCC с пониженным содержанием минеральных веществ. Например, MCC с пониженным содержанием минеральных веществ может быть высушен сушильным устройством 130 с образованием порошкообразного MCC с пониженным содержанием минеральных веществ, подходящим для длительного хранения. В качестве другого примера, сушка MCC с пониженным содержанием минеральных веществ может включать в себя метод сушки распылением, известный в данной области, например, но им не ограничиваясь, с одноступенчатым сушильным устройством полупромышленного масштаба, оснащенным центробежным дисковым распылителем.

В другом варианте осуществления, порошкообразный MCC с пониженным содержанием минеральных веществ может быть образован так, чтобы иметь выбранный диапазон влажности. Например, сушильное устройство 130 может применять процесс сушки таким образом, чтобы получить порошкообразный MCC с пониженным содержанием минеральных веществ с содержанием влаги от 1,0% до 10,0%. Более конкретно, диапазон влажности порошкообразного MCC с пониженным содержанием минеральных веществ может составлять от 3,0 до 6,0%. Следует отметить, что сушильное устройство 130, показанное на фиг. 1D, может использоваться в системах 100, показанных на фиг. 1В и 1С, для образования соответствующих порошкообразных MCC с пониженным содержанием минеральных веществ.

Ссылаясь на фиг. 1E, в одном варианте осуществления система 100 имеет дополнительную конфигурацию для производства MCC с измененной массовой долей жира и с пониженным содержанием минеральных веществ. Например, вариант осуществления, изображенный на фиг. 1E, может быть использован для образования порошкообразного MCC с измененной массовой долей жира и с пониженным содержанием минеральных веществ. Следует отметить, что варианты осуществления и примеры показанные на фиг. 1A-1D должны распространяться и на вариант осуществления показанный на фиг. 1E, если не указано иного.

В одном варианте осуществления система 100, показанная на фиг. 1С, может дополнительно включать в себя элемент подачи жира 124 для содержания и введения источника жира. Элемент подачи жира 124 может быть находится в жидкостном сообщении с технологической линией 118, соединенной с первым сборным резервуаром 110 через линию подачи жира 126. В этом отношении система 100 может адаптировать минеральный и/или жировой профиль продукта MCC путем контроля содержания минеральных веществ из CO₂-обработанного MCC, путем осуществления процесса ультрафильтрации в дополнительном элементе фильтрации и количества жира из элемента подачи жира 124. Элемент подачи жира 124 может включать в себя любое устройство, известное в данной области, способное содержать источник жира. Например, элемент подачи жира 124 может включать в себя, но ими не ограничиваясь, резервуар, сосуд, бак, контейнер и тому подобное. В другом варианте осуществления источник жира, содержащийся в элементе подачи жира 124, включает в себя любой источник жира, подходящий для использования в молочном производстве (например, источники жира, подходящие для производства мягкого сыра). Например, источник жира может включать в себя источник молочного жира, такой как, но ими не ограничиваясь, сливки, масло и/или топленое масло. В качестве другого примера источник жира может включать в себя источник заменителя молочного жира, такой как, но ими не ограничиваясь, растительное масло, гидрогенизированное масло, полиненасыщенные жирные кислоты (PUFA) или мононенасыщенные жирные кислоты (MUFA).

В другом варианте осуществления система 100 включает в себя гомогенизатор, соединенный с первым сборным резервуаром 110. В этом варианте осуществления система 100 может подавать гомогенизатор в первый резервуар для сбора 110 и источник жира из элемента подачи жира 124. Гомогенизатор может служить для гомогенизирования CO₂-обработанного МСС и источника жира одновременно.

В одном варианте осуществления система 100 имеет конфигурацию для добавления выбранного количества источника жира (например, крема) к CO₂-обработанному MCC непосредственно в линию обработки 118, соединенную с первым резервуаром для сбора 110. В свою очередь, система 100 может гомогенизировать СО₂-обработанный MCC с измененной массовой долей жира, используя гомогенизатор (например, двухступенчатый гомогенизатор). В другом варианте осуществления система 100 может добавлять необходимое количество источника жира (например, крема) к СО₂-обработанному MCC непосредственно в первый резервуар для сборки 110.

В другом варианте осуществления теплообменник может нагревать и/или охлаждать СО₂-обработанный MCC с измененной массовой долей жира. Например, после гомогенизации теплообменник может нагревать и/или охлаждать СО₂-обработанный MCC с измененной массовой долей жира до выбранной температуры перед процессом ультрафильтрации, осуществляемым дополнительным элементом фильтрации 112. В качестве другого примера, теплообменник может быть встроенным.

В другом варианте осуществления CO₂-обработанный MCC с измененной массовой долей жира переносится в элемент дополнительной фильтрации для фильтрации солюбилизированных минеральных веществ в сывороточной фазе CO₂-обработанного MCC с измененной массовой долей жира. Например, добавленный жир и имеющийся MCC могут сохраняться как ретентат, тогда как солюбилизированные минеральные вещества могут собираться в виде пермеата. В связи с этим после процесса ультрафильтрации, осуществляемого дополнительным элементом фильтрации 112, на CO₂-обработанном МСС с измененной массовой долей жира, может быть образован MCC с измененной массовой долей жира и с пониженным содержанием минеральных веществ.

В другом варианте осуществления второй резервуар для сбора 116 может хранить MCC с измененной массовой долей жира и пониженным содержанием минеральных веществ в качестве жидкости для дальнейшего использования. В качестве другого примера, MCC с измененной массовой долей жира и пониженным содержанием минеральных веществ во втором резервуаре для сбора 116 может быть высушен сушильным устройством 130 с образованием порошкообразного MCC с пониженным содержанием минеральных веществ, подходящим для длительного хранения. Например, сушка MCC с измененной массовой долей жира и пониженным содержанием минеральных веществ может включать в себя метод сушки распылением, известный в данной области, например, но им не ограничиваясь, с одноступенчатым сушильным устройством полупромышленного масштаба, оснащенным центробежным дисковым распылителем. В другом варианте осуществления у MCC с измененной массовой долей жира и пониженным содержанием минеральных веществ может быть дополнительно изменена концентрация любым способом концентрации, известным в данной области, с образованием концентрированного MCC с измененной массовой долей жира и пониженным содержанием минеральных веществ в жидком виде.

Следует отметить, что добавление жира из источника жира 124 может быть необязательным, если в качестве исходного источника молока 112 используется цельное молоко (или молоко с необходимой исходной массовой долей жира).

Ссылаясь на фиг. 1F и 1G, в одном варианте осуществления система 100 имеет конфигурацию для производства MCC с измененной массовой долей жира и с пониженным содержанием минеральных веществ. Например, в вариантах осуществления, изображенных на фиг. 1F источник жира может подаваться из элемента подачи жира 124 на линию обработки 118 для смешивания с СО₂-обработанным CO₂MCC из теплообменника 106 перед обработкой в дополнительном элементе фильтрации 112. Добавленный жир может оставаться вместе с MCC в коллоидной фазе, а солюбилизированные минеральные вещества в сывороточной фазе могут быть собраны в виде пермеата.

В другом варианте осуществления система 100, изображенная на фиг. 1G, может подавать источник жира из элемента подачи жира 124 в линию обработки 118 для смешивания с MCC с пониженным содержанием минеральных веществ из элемента дополнительной фильтрации 112. MCC с измененной массовой долей жира и пониженным содержанием минеральных веществ может быть использован непосредственно или высушен до состояния порошка, как описано выше. Следует отметить, что варианты осуществления и примеры показанные на фиг. 1A-1E должны распространяться и на вариант осуществления показанный на фиг. 1F и 1G, если не указано иного.

Предполагается, что, хотя источник жира из элемента подачи жира 124, описанный выше, показан как единственный компонент, добавленный в систему 100 для модификации MCC с пониженным содержанием минеральных веществ, такая конфигурация приведена исключительно в качестве примера. Другие дополнительные компоненты, такие как, но ими не ограничиваясь, сахар и/или крахмал могут быть добавлены в систему 100 образом, аналогичным описанному выше. С связи с этим любые дополнительные компоненты могут быть подобраны так, чтобы иметь выбранную концентрацию минеральных веществ и жиров.

Ссылаясь на фиг. 1H, в одном варианте осуществления система 100 дополнительно сконфигурирована для производства сырной основы из MCC с измененной массовой долей жира и с пониженным содержанием минеральных веществ. Например, в вариантах осуществления, изображенных на фиг. 1H, источник жир может подаваться из элемента подачи жира 124 в линию обработки 118, соединенную с первичным элементом фильтрации 104 и первым резервуаром для сбора 110. Добавленный жир может оставаться вместе с MCC в коллоидной фазе, а солюбилизированные минеральные вещества в сывороточной фазе могут быть собраны в виде пермеата после процесса ультрафильтрации, выполняемого дополнительным элементом фильтрации 112. MCC с измененной массовой долей жира и пониженным содержанием минеральных веществ может находиться во втором резервуаре для сбора 116.

Кроме того, система 100, показанная на фиг. 1H, включает в себя вакуумный испаритель 132. Вакуумный испаритель 132 может быть размещен в жидкостном сообщении с выходом второго резервуара для сбора 116. Например, MCC с измененной массовой долей жира и пониженным содержанием минеральных веществ может быть сконцентрирован с помощью скребкового вакуумного испарителя с образованием сырной основы, которая может быть использована в промышленном производстве сыров. Следует отметить, что варианты осуществления и примеры, показанные на фиг. 1A-1G, должны распространяться и на вариант осуществления, показанный на фиг. 1H, если не указано иного. Кроме того, следует отметить, что, хотя вакуумный испаритель 132, показанный на фиг. 1H используется для обработки MCC с измененной массовой долей жира и пониженным содержанием минеральных веществ, образованного из системы 100 для производства сырной основы, такая конфигурация приведена исключительно в качестве примера. Настоящее изобретения может быть иметь конфигурацию для использования системой 100, показанной на фиг. 1F и 1G, вакуумного испарителя 132 для производства сырной основы из MCC с измененной массовой долей жира и пониженным содержанием минеральных веществ.

Следует отметить, что MCC с пониженным содержанием минеральных веществ, образованный системой 100, показанной на фиг. 1A-1C, может быть дополнительно обработан для получения сыра с меньшим количеством эмульгирующих солей. В общем, эмульгирующие соли добавляют в производство сыра для создания эмульсии во время промышленного производства сыра. Эмульсия, созданная эмульгирующими солями, образуется из-за уникальности воздействия эмульгирующих солей на хелатные минеральные вещества (например, кальций) в коллоидной фазе MCC и затем переходом хелатных минеральных веществ в сывороточную фазу MCC. В настоящем изобретении система 100 образует MCC с пониженным содержанием минеральных веществ, путем понижения pH MCC, что позволяет солюбилизированным (то есть хелатным) минеральным веществам (например, кальцию) переходить из коллоидной фазы в сывороточную. Это, по существу, та же функция эмульгирующих солей, которая необходима при промышленном производстве сыра. В результате требуется меньшее количество эмульгирующих солей для производства сыра с MCC с пониженным содержанием минеральных веществ, полученным с помощью системы 100, как описано в настоящем документе.

На фиг.2 показана технологическая блок-схему 200, изображающая способ производства мицеллярного казеинового концентрата с пониженным содержанием минеральных веществ, в соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения. Следует отметить, что система 100, как показано на фиг. 1A, 1B и 1D может осуществлять различные стадии процесса блок-схемы 200. Кроме того, следует отметить, что процесс, изображенный на блок-схеме 200, не ограничивается структурой системы 100, как показано на фиг. 1A, 1B и 1D, и могут быть созданы дополнительные аналогичные структуры на уровне системы для выполнения всех или части стадий на диаграмме 200 технологических процессов.

На стадии 202 используется объем обезжиренного молока. В одном варианте осуществления объем обезжиренного молока включает в себя пастеризованное обезжиренное молоко. В другом варианте осуществления используется такое пастеризованное обезжиренное молоко, которое имеет исходный выбранный рН. Например, пастеризованное обезжиренное молоко может иметь исходный рН в диапазоне от 6,0 до 8,5. В частности, пастеризованное обезжиренное молоко может иметь исходный рН в диапазоне от 6,7 до 7,8. В другом варианте осуществления пастеризованное обезжиренное молоко имеет выбранный диапазон общего содержания белка. Например, пастеризованное обезжиренное молоко может иметь общее содержание белка в диапазоне от 3,0% до 4,0% (масс./масс.). В частности, пастеризованное обезжиренное молоко может иметь общее содержание белка в диапазоне от 3,30% до 3,60% (масс./масс.). В другом варианте осуществления пастеризованное обезжиренное молоко имеет выбранный диапазон общего содержания казеинового белка. Например, пастеризованное обезжиренное молоко может иметь содержание белка в диапазоне от 1,50% до 4,00% (масс./масс.). В частности, пастеризованное обезжиренное молоко может иметь содержание белка в диапазоне от 2,60% до 2,80% (масс./масс.). В другом варианте осуществления пастеризованное обезжиренное молоко имеет выбранный диапазон общего содержания сывороточного белка. Например, пастеризованное обезжиренное молоко может иметь содержание сывороточного белка в диапазоне от 0,20% до 1,50% (масс./масс.). В частности, пастеризованное обезжиренное молоко может иметь содержание сывороточного белка в диапазоне от 0,50% до 0,90% (масс./масс.). В другом варианте осуществления пастеризованное обезжиренное молоко имеет исходный диапазон содержания минеральных веществ (золы). Например, пастеризованное обезжиренное молоко может содержать минеральные вещества (золу) в диапазоне от 0,50% до 1,00% (масс./масс.). В качестве другого примера, содержание минеральных веществ (золы) в пастеризованном обезжиренном молоке может находится в диапазоне от 0,60% до 0,80% (масс./масс.). В частности, пастеризованное обезжиренное молоко может содержать кальций (Ca) в диапазоне от 0,05% до 0,30% (масс./масс.). В другом случае пастеризованное обезжиренное молоко может содержать кальций (Са) в диапазоне от 0,10% до 0,20% (масс./масс.).

На стадии 204 проводят первый процесс фильтрации объема обезжиренного молока с образованием мицеллярного казеинового концентрата (MCC). Например, первый процесс фильтрации, осуществляемый на этой стадии, может включать, но им не ограничиваясь, процесс микрофильтрации. В качестве другого примера, процесс микрофильтрации, осуществляемый элементом первичной фильтрации 104, показанным на фиг. 1А-1Н, может включать в себя, но им не ограничиваясь, процесс фильтрации в перекрестном потоке (т.е. фильтрация в тангенциальном потоке) или процесс тупиковой фильтрации. В частности, элемент первичной фильтрации 104 может включать в себя микрофильтрационные мембраны любых форм и использовать любую геометрию потока, известные в данной области, включая в себя, но ими не ограничиваясь, мембрану со спиральной намоткой или трубчатую мембрану. В другом случае мембрана микрофильтрации может быть получена из любых веществ, известных в данной области, способных осуществлять процесс микрофильтрации, включая, но ими не ограничиваясь, один или более полимеров и/или один или более керамических веществ.

В другом варианте осуществления микрофильтрационные мембраны могут иметь различные размеры пор. Например, микрофильтрационные мембраны могут иметь размер пор от 0,01 до 2,00 мкм. Например, микрофильтрационные мембраны могут иметь размер пор от 0,01 до 1.0 мкм.

В другом варианте осуществления, после стадии микрофильтрации 204, MCC охлаждают. Например, теплообменник может использоваться для охлаждения MCC до температуры в диапазоне от 1°C до 10°C. В другом варианте осуществления MCC охлаждается в первом резервуаре для сбора 110 с помощью встроенного теплообменника.

На стадии 206 диоксид углерода смешивается с, по крайней мере, частью мицеллярного казеинового концентрата для солюбилизации одного или более компонентов мицеллярного казеинового концентрата. Например, элемент подачи диоксида углерода 120, показанный на фиг. 1A-1H, может подавать газообразный CO₂ в МСС. В качестве другого примера, газообразный CO₂ может быть введен в линию обработки 118, соединенную с первым элементом фильтрации 104 и первым сборным резервуаром 110. В другом варианте осуществления газообразный CO₂ может быть введен непосредственно в первый резервуар для сбора 110. В другом варианте осуществления перед этапом смешивания CO₂ 206, MCC можно сохранять в первом резервуаре для сбора 110 в течение выбранного периода времени.

В другом варианте осуществления, MCC смешивают с газообразным CO₂ пока он не уравновесится до образования СО₂-обработанного MCC. Например, для достижения равновесия СО₂-обработанный MCC может быть перемешан в течение выбранного времени (например, от 0,5 до 4 часов). В частности, для достижения равновесия CO₂-обработанный MCC может быть перемешан приблизительно в течение одного часа. В другом варианте осуществления CO₂-обработанный MCC поддерживается при выбранной температуре. Например, CO₂-обработанный MCC может поддерживаться при температуре от 1°C до 10°C в процессе уравновешивания.

В другом варианте осуществления после смешивания CO₂ с MMC, CO₂-обработанный MCC сохраняют в первом резервуаре для сбора 110 при выбранной температуре. Например, температура первого резервуара для сбора 110 может поддерживаться при температуре от 1°C до 10°C при уравновешивании CO₂-обработанного MCC. Следует отметить, что температура в первом резервуаре для сбора 110 может поддерживаться и/или контролироваться любым способом, известным в данной области, например, но им не ограничиваясь, одним или несколькими теплообменниками.

В другом варианте осуществления CO₂-обработанный MCC поддерживается при выбранном значении рН. Например, рН CO₂-обработанного MCC может поддерживаться от 4,00 до 7,00. В частности, рН CO₂-обработанного MCC может поддерживаться от 5,70 до 6,50.

В другом варианте осуществления смешивание углерода по крайней мере с частью MCC для солюбилизации одного или более компонентов МСС включает в себя переход одного или более компонентов MCC из коллоидной фазы в сывороточную фазу. Например, один или более компонентов MCC могут включать в себя один или более минеральных веществ. В качестве другого примера один или более минеральных веществ MCC могут включать в себя фосфат кальция.

Следует отметить, что обработка МСС газообразным CO₂ снижает рН МСС от примерно 6,75 до примерно 6,00, что способствует переходу одного или более минеральных веществ MCC из коллоидной фазы MCC сывороточную фазу МСС. Один или более минеральных веществ в сывороточной фазе MCC являются растворимыми, что позволяет удалить их на стадии ультрафильтрации 208.

На стадии 208 осуществляется процесс дополнительной фильтрации смеси диоксида углерода и MCC для удаления по крайней мере части одного или более солюбилизированных компонентов MCC с образованием модифицированного MCC. Например, процесс дополнительной фильтрации, осуществляемый на этой стадии, может включать в себя, но им не ограничиваясь, процесс ультрафильтрации. В частности, процесс ультрафильтрации, осуществляемый элементом дополнительной фильтрации 112, как показано на фиг.1А-1Н, может включать в себя, но им не ограничиваясь, фильтрацию в перекрестном потоке (т.е. фильтрация в тангенциальном потоке) или тупиковую фильтрацию. В частности, элемент дополнительной фильтрации 112 может включать в себя ультрафильтрационные мембраны любых форм и использовать любую геометрию потока, известные в данной области, такие как, но ими не ограничиваясь, мембрану со спиральной намоткой или трубчатую мембрану. В другом случае ультрафильтрационная мембрана может быть образована из любых веществ, известных в данной области, способных осуществлять процесс ультрафильтрации, таких как, но ими не ограничиваясь, один или более полимеров и/или один или более керамических материалов.

В другом варианте осуществления ультрафильтрационная мембрана имеет выбранное отсечение по молекулярной массе. Например, ультрафильтрационная мембрана может иметь отсечение по молекулярной массе от 1 кДа до 30 кДа. В частности, ультрафильтрационная мембрана может иметь отсечение по молекулярной массе от 5 кДа до 20 кДа.

Как правило, солюбилизированные минеральные вещества в сывороточной фазе MCC могут быть собраны в виде пермеата процесса ультрафильтрации, а оставшийся MCC в коллоидной фазе MCC может быть получен как ретентат процесса ультрафильтрации. В связи с этим конечная смесь (т.е. модифицированный MCC или ретентат ультрафильтрации) имеет более низкое содержание минеральных веществ.

В другом варианте осуществления модифицированный MCC содержит MCC с пониженным содержанием минеральных веществ. Например, диапазон уменьшения минеральных веществ MCC с пониженным содержанием минеральных веществ может составлять от 1% до 50%. В частности, диапазон уменьшения минеральных веществ MCC с пониженным содержанием минеральных веществ может составлять от 5% до 40%.

В еще одном варианте осуществления дополнительный процесс фильтрации проводят на смеси диоксида углерода и MCC при смешивании дополнительного количества диоксида углерода 140, как показано на фиг.1B, со смесью диоксида углерода и MCC. Например, дополнительный диоксид углерода может быть введен непосредственно в смесь диоксида углерода и контура рециркуляции MCC дополнительного блока фильтрации (то есть дополнительного блока 112 фильтра) для поддержания и дальнейшего снижения pH смеси диоксида углерода и MCC.

В другом варианте осуществления модифицированный MCC дополнительно обрабатываю с образованием порошкообразного модифицированного MCC. Например, модифицированный MCC может быть высушен сушильным устройством 130, показанным на фиг.1D-1G, с образованием порошкообразного модифицированного MCC, который будет использоваться для усиления и улучшения питательных качеств обработанных пищевых продуктов.

В другом варианте осуществления модифицированный MCC дополнительно обрабатывают с образованием концентрированного модифицированного MCC. Например, модифицированный MCC может быть дополнительно сконцентрирован с образованием концентрированного модифицированного MCC, который будет использоваться для усиления и улучшения питательных качеств обработанных пищевых продуктов.

На фиг.3 показана технологическая блок-схема 300, изображающая способ производства MCC с измененной массовой долей жира и пониженным содержанием минеральных веществ, в соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения. Например, технологический процесс 300 может быть использован для образования любого MCC с измененной массовой долей жира и с пониженным содержанием минеральных веществ. Следует отметить, что система 100, как показано на фиг.1E, 1F и 1H, может осуществлять различные стадии процесса блок-схемы 300. Кроме того, следует отметить, что процесс, изображенный на блок-схеме 300, не ограничивается структурой системы 100, как показано на фиг. 1E, 1F и 1H, и могут быть созданы дополнительные аналогичные структуры на уровне системы для выполнения всех или части стадий технологических процессов 300. Кроме того, следует отметить, что варианты осуществления и примеры технологического процесса 200 должны распространяться и на технологический процесс 300, если не указано иного.

На стадии 302 используют объем обезжиренного молока.

На стадии 304 используют первый процесс фильтрации объема обезжиренного молока с образованием мицеллярного казеинового концентрата (MCC).

На стадии 306 используют источник жира.

Технологический поток 300, описанный в настоящем документе, может адаптировать минеральный и/или жировой профиль MCC путем контроля количества диоксида углерода (например, газообразного CO₂) из элемента подачи диоксида углерода 120 и количества жира из элемента подачи жира 124, показанного на фиг. 1E-1H, соответственно. В одном варианте осуществления жиры из источника жира 124, показанного на фиг. 1E, смешиваются перед стадий 308. Источник жира, содержащийся в элементе подачи жира 124, показанном на фиг. 1E, может включать в себя любой источник жира, подходящей для использования в молочной промышленности. Например, источник жира может включать в себя источник молочного жира, такой как, но ими не ограничиваясь, сливки, масло и/или топленое масло. В качестве другого примера источник жира может включать в себя источник заменителя молочного жира, такой как, но ими не ограничиваясь, растительное масло, гидрогенизированное масло, полиненасыщенные жирные кислоты (PUFA) или мононенасыщенные жирные кислоты (MUFA). В другом варианте осуществления жиры из источника жира 124, показанного на фиг. 1F, смешиваются перед стадией 310.

На стадии 308 диоксид углерода смешивается по крайней мере с частью MCC для солюбилизации одного или более компонентов MCC.

На стадии 310 осуществляется дополнительный процесс фильтрации смеси диоксида углерода, MCC и жиров из источника жира для удаления по крайней мере части одного или более солюбилизированных компонентов MCC с образованием MCC с измененной массовой долей жира.

Следует отметить, что солюбилизированные минеральные вещества в сывороточной фазе MCC могут быть собраны в виде пермеата процесса ультрафильтрации в дополнительном элементе фильтрации 122, а оставшийся MCC и жиры в коллоидной фазе MCC могут быть получены как ретентат ультрафильтрации. В связи с этим, конечный продукт (т.е. MCC с измененной массовой долей жира или ретентат ультрафильтрации) имеет более низкое содержание минеральных веществ.

В другом варианте осуществления MCC с измененной массовой долей жира содержит MCC с измененной массовой долей жира и пониженным содержанием минеральных веществ. Например, диапазон содержания минеральных веществ в MCC с измененной массовой долей жира и пониженным содержанием минеральных веществ составляет от 1% до 50%. В частности, диапазон минерального содержания в MCC с измененной массовой долей жира и пониженным содержанием минеральных веществ составляет от 5% до 40%.

В еще одном варианте осуществления дополнительный процесс фильтрации смеси диоксида углерода, MCC и жиров из источника жира проводят при смешивании дополнительного количества диоксида углерода со смесью диоксида углерода, MCC и жиров. Например, дополнительный диоксид углерода может быть введен непосредственно в смесь диоксида углерода, MCC и контура рециркуляции жиров элемента дополнительной фильтрации (то есть, элемента дополнительной фильтрации 112) для поддержания и дальнейшего снижения pH смеси диоксида углерода, MCC и жиров.

В другом варианте осуществления MCC с измененной массовой долей жира дополнительно обрабатывают с образованием порошкообразного MCC с измененной массовой долей жира. Например, MCC с измененной массовой долей жира может быть высушен сушильным устройством 130, показанным на фиг. 1E-1G, с образованием порошкообразного MCC с измененной массовой долей жира для применения для усиления и улучшения питательных качеств обработанных пищевых продуктов.

В другом варианте осуществления MCC с измененной массовой долей жира дополнительно обрабатывают с образованием концентрированного MCC с измененной массовой долей жира. Например, MCC с измененной массовой долей жира может быть сконцентрирован с образованием концентрированного концентрата MCC с измененной массовой долей жира для использования для усиления и улучшения питательных качеств обработанных пищевых продуктов.

В другом варианте осуществления MCC с измененной массовой долей жира дополнительно обрабатывают с образованием сырной основы. Например, MCC с измененной массовой долей жира может быть сконцентрирован с помощью скребкового вакуумного испарителя 132, показанного на фиг. 1H, с образованием сырной основы, которая может быть использована в промышленном производстве сыров.

На фиг.4 проиллюстрирована технологическая блок-схема 400, изображающая способ производства мицеллярного казеинового концентрата с измененной массовой долей жира (МСС), в соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения. Следует отметить, что система 100, как показано на фиг. 1G, может осуществлять различные стадии процесса блок-схемы 400. Кроме того, следует отметить, что процесс, изображенный на блок-схеме 400, не ограничивается структурой системы 100, как показано на фиг. 1G, и могут быть созданы дополнительные аналогичные структуры на уровне системы для выполнения всех или части стадий технологических процессов 400.

На стадии 402 используют объем обезжиренного молока.

На стадии 404 используют процесс первичной фильтрации объема обезжиренного молока с образованием мицеллярного казеинового концентрата (MCC).

На стадии 406 диоксид углерода смешивают по крайней мере с частью MCC для солюбилизации одного или более компонентов MCC.

На стадии 408 осуществляют дополнительный процесс фильтрации смеси диоксида углерода и MCC для удаления по крайней мере части одного или более солюбилизированных компонентов MCC с образованием модифицированного MCC.

На стадии 410 используют источник жира. В одном из вариантов осуществления, технологический поток 400, описанный в настоящем документе, может адаптировать минеральный и/или жировой профиль MCC путем контроля количества диоксида углерода (например, газообразного CO₂) из элемента подачи диоксида углерода 120 и количества жира из элемента подачи жира 124, показанного на фиг. 1G.

На стадии 412 источник жира из источника жира смешивают по крайней мере с частью модифицированного MCC с образованием MCC с модифицированной долей жира.

Как описано в настоящем документе объект изобретения иногда иллюстрирует различные компоненты, содержащиеся или связанные с другими компонентами. Должно быть понятно, что такие изображаемые структуры являются просто примерами, и что на самом деле можно использовать множество других структур, которые обеспечивают одно и ту же функцию. В концептуальном смысле любое расположение компонентов для достижения одной и той же функции является эффективно «связанным» так, чтобы достичь желаемую функцию. Следовательно, любые два компонента, объединенные в настоящем документе для достижения конкретной функции, можно рассматривать как «связанные» друг с другом, так чтобы достичь желаемую функцию независимо от структур или промежуточных компонентов. Аналогично, любые два связанные таким образом компонента также могут рассматриваются как «соединенные» или «присоединенные» друг к другу для достижения желаемой функции, и любые два компонента, которые могут быть связаны таким образом, также могут рассматриваться как «присоединяемые» друг к другу, для достижения желаемой функции.

Считается, что настоящее изобретение и многие из соответствующих ему положительные эффекты будут понятны из предшествующего описания, и будет очевидно, что могут быть сделаны различные изменения в форме, конструкции и порядке объединения компонентов без отхода от описанного объекта изобретения или без ущерба всем его материальным преимуществам. Описанный вариант осуществления изобретения является просто примером, и предполагается, что следующая далее формула изобретения охватывает и включает такие изменения. Кроме того, следует понимать, что изобретение определяется прилагаемой формулой изобретения.

1. Способ получения модифицированного мицеллярного казеинового концентрата, включающий:

предоставление и использование объема обезжиренного молока;

выполнение процесса микрофильтрации объема обезжиренного молока для получения мицеллярного казеинового концентрата;

выполнение после процесса микрофильтрации объема обезжиренного молока обработки концентрата мицеллярного казеина диоксидом углерода путем смешивания диоксида углерода по крайней мере с частью мицеллярного казеинового концентрата для снижения pH мицеллярного казеинового концентрата и подкисления мицеллярного концентрата и для солюбилизации одного или более компонентов мицеллярного казеинового концентрата; и

выполнение после обработки концентрата мицеллярного казеина диоксидом углерода процесса ультрафильтрации смеси диоксида углерода и мицеллярного казеинового концентрата для удаления по крайней мере одного или более солюбилизированных компонентов мицеллярного казеинового концентрата с получением модифицированного мицеллярного казеинового концентрата.

2. Способ по п.1, в котором использование объема обезжиренного молока включает использование объема пастеризованного обезжиренного молока.

3. Способ по п.1, в котором смешивание диоксида углерода по крайней мере с частью мицеллярного казеинового концентрата для солюбилизации одного или нескольких компонентов мицеллярного казеинового концентрата включает:

переход одного или более компонентов мицеллярного казеинового концентрата из коллоидной фазы в сывороточную фазу.

4. Способ по п.1, в котором один или более компонентов мицеллярного казеинового концентрата содержат одно или более минеральных веществ, где одно или более минеральных веществ включают фосфат кальция.

5 Способ по п.1, в котором модифицированный мицеллярный казеиновый концентрат содержит мицеллярный казеиновый концентрат со сниженным содержанием минеральных веществ, где величина сниженного содержания минеральных веществ в мицеллярном казеиновом концентрате находится в диапазоне от 5% до 40%.

6. Способ по п.1, дополнительно включающий:

концентрирование модифицированного мицеллярного казеинового концентрата с получением концентрированного модифицированного мицеллярного казеинового концентрата.

7. Способ по п.1, в котором осуществляют дополнительный процесс фильтрации смеси диоксида углерода и мицеллярного казеинового концентрата для удаления по крайней мере части одного или более солюбилизированных компонентов мицеллярного казеинового концентрата для получения модифицированного мицеллярного казеинового концентрата, включающий:

осуществление дополнительного процесса фильтрации смеси диоксида углерода и мицеллярного казеинового концентрата при смешивании дополнительного диоксида углерода со смесью диоксида углерода и мицеллярного казеинового концентрата.

8. Способ получения мицеллярного казеинового концентрата с измененной массовой долей жира, включающий:

предоставление и использование объема обезжиренного молока;

осуществление процесса микрофильтрации объема обезжиренного молока для получения мицеллярного казеинового концентрата;

предоставление и использование источника жира;

выполнение после процесса микрофильтрации объема обезжиренного молока обработки концентрата мицеллярного казеина диоксидом углерода путем смешивания диоксида углерода по крайней мере с частью мицеллярного казеинового концентрата для снижения pH мицеллярного казеинового концентрата и подкисления мицеллярного концентрата и для солюбилизации одного или более компонентов мицеллярного казеинового концентрата; и

выполнение после обработки концентрата мицеллярного казеина диоксидом углерода процесса ультрафильтрации смеси диоксида углерода, мицеллярного казеинового концентрата и жира из источника жира для удаления по крайней мере одного или более солюбилизированных компонентов мицеллярного казеинового концентрата для получения мицеллярного казеинового концентрата с измененной массовой долей жира.

9. Способ по п.8, в котором использование объема обезжиренного молока включает использование объема пастеризованного обезжиренного молока.

10. Способ по п.8, в котором один или более компонентов мицеллярного казеинового концентрата содержат одно или более минеральных веществ, где одно или более минеральных веществ включают фосфат кальция.

11. Способ по п.8, в котором смешивание диоксида углерода по крайней мере с частью мицеллярного казеинового концентрата для солюбилизации одного или более компонентов мицеллярного казеинового концентрата включает:

переход одного или более компонентов мицеллярного казеинового концентрата из коллоидной фазы в сывороточную фазу.

12. Способ по п.8, в котором мицеллярный казеиновый концентрат с измененной массовой долей жира содержит мицеллярный казеиновый концентрат с измененной массовой долей жира и сниженным содержанием минеральных веществ, где величина сниженного содержания минеральных веществ в мицеллярном казеиновом концентрате находится в диапазоне от 5% до 40%.

13. Способ по п.8, в котором осуществление дополнительного процесса фильтрации смеси диоксида углерода, мицеллярного казеинового концентрата и жира из источника жира для удаления по крайней мере одного или более солюбилизированных компонентов мицеллярного казеинового концентрата с образованием мицеллярного казеинового концентрата с измененной массовой долей жира включает:

осуществление дополнительного процесса фильтрации смеси диоксида углерода, мицеллярного концентрата казеина и жира из источника жира при смешивании дополнительного диоксида углерода со смесью диоксида углерода, мицеллярного концентрата казеина и жира из источника жира.

14. Способ по п.8, в котором осуществление дополнительного процесса фильтрации смеси диоксида углерода, мицеллярного казеинового концентрата и жира из источника жира для удаления по крайней мере одного или более солюбилизированных компонентов мицеллярного казеинового концентрата с образованием мицеллярного казеинового концентрата с измененной массовой долей жира включает:

выполнение дополнительного процесса фильтрации смеси диоксида углерода, мицеллярного казеинового концентрата и жира из источника жира при смешивании дополнительного диоксида углерода со смесью углекислого газа, мицеллярного казеинового концентрата и жира.

15. Способ по п.8, дополнительно включающий:

перед смешиванием диоксида углерода по крайней мере с частью мицеллярного казеинового концентрата выдерживание смеси мицеллярного казеинового концентрата и жира в резервуаре.

16. Способ получения концентрата мицеллярного казеина с измененной массовой долей жира, включающий:

предоставление и использование объема обезжиренного молока;

осуществление процесса микрофильтрации объема обезжиренного молока для получения мицеллярного казеинового концентрата;

выполнение после процесса микрофильтрации объема обезжиренного молока обработки концентрата мицеллярного казеина диоксидом углерода путем смешивания диоксида углерода по крайней мере с частью мицеллярного казеинового концентрата для снижения pH мицеллярного казеинового концентрата и подкисления мицеллярного концентрата и для солюбилизации одного или более компонентов мицеллярного казеинового концентрата;

выполнение после обработки концентрата мицеллярного казеина диоксидом углерода процесса ультрафильтрации смеси диоксида углерода и мицеллярного казеинового концентрата для удаления по крайней мере части одного или более солюбилизированных компонентов мицеллярного казеинового концентрата для получения модифицированного мицеллярного казеинового концентрата;

предоставление и использование источника жира; и

смешивание жира из источника жира по крайней мере с частью модифицированного мицеллярного казеинового концентрата с получением мицеллярного казеинового концентрата с измененной массовой долей жира.