改性的乳蛋白質精料及其在製造凝膠和乳製品中的用途的製作方法

2023-05-01 03:16:01

專利名稱：改性的乳蛋白質精料及其在製造凝膠和乳製品中的用途的製作方法
技術領域：
本發明涉及使用陽離子交換劑來生產具有降低鈣含量的陽離子改性的乳蛋白質精料(MPC)。本發明還涉及這種MPC在製造可食用的甜點中的用途。最後，本發明涉及使用這種凝膠來製造乾酪、乾酪同類產品、可口的產品、甜點、糖果產品和半成品食物產品。
背景技術：
該領域熟練的乾酪生產者們能夠改變製造乾酪的參數，從而廣泛地調節在世界不同部分可以長期購買到的天然乾酪類的成分、結構和感官特性。傳統的天然乾酪可以歸類為由其中分布著脂肪顆粒的水合蛋白質基質構成的食物凝膠。在乾酪中，蛋白質基質主要由水合酪蛋白及其反應產物構成，並帶有主要由多種磷酸鈣鹽構成的礦物質。除了總體成分(脂肪、蛋白質、水和鹽的含量)外，乾酪生產者能夠調控從而給出大量結構的主要變量是大桶裡的化學處理條件，如粗製凝乳酶的濃度、時間、溫度、離子濃度和pH。這些變量在脫水收縮過程期間影響從凝乳顆粒中排出乳清的速率和程度。在脫水收縮期間，礦物質與乳清的其它組分一起從凝乳顆粒中排出。影響乾酪凝乳結構的主要礦物質之一是鈣1，2。大量傳統乾酪類的鈣含量由Fox等給出3。1Robinson R K Wilbey R.A.Cheesemaking 3ed.Chapt.8，Aspen Publishers，Gaithersburg.1998.2Creamer L，Gilles J Lawrence R.C.Efffect of pH on the texture of Cheddar and Colby cheese，New Zealand Journal of Dairy Science and Technology，23，23-35(1988).3Fox P F.CheeseChemistry.Physics and Microbiology.Vol.1.General Aspects，2ed.p.563.Chapman Hall，London，1993。
在非傳統的乾酪生產中，產品的鈣含量可以通過先前已經揭示的許多過程來調控。作為最近的實例參見Moran等(美國專利第6,183,804號)，該專利教導了MPC的鈣含量可以通過在超濾前酸化乳來調節(即降低)。另外的教導是如果需要的話可以在超濾前向乳中額外加入氯化鈉來降低鈣含量。使用這些技術，因為例如蛋白質沉澱4、滲餘物粘度的因素，限制了在乳超濾期間能被除去的鈣的比例，並且限制了滲濾的程度。另外，超濾的流出速度可能受到阻礙5，並且所加鹽或酸的滲透物汙染可能降低其速度。典型地，在商業化工廠中使用膜技術的實際去除限將約為鈣的20％。在本發明的整個說明書中，鈣被用作與改進的工藝物流和產物中二價陽離子相比較的參考礦物質。應該注意地是其它礦物質，如鎂的水平也被改變。
Arnaud等(歐洲專利申請EP 16292)教導了使用填充一價陽離子的陽離子交換樹脂的處理可以從乳和乳製品中除去基本上100％的鈣。
從酪蛋白膠束中除去鈣的進一步方法是使用例如磷酸或檸檬酸鹽的可食用螯合劑來將其化學結合。這種試劑在將天然乾酪轉化成精製乾酪、精製塗抹乾酪等產品的領域中是公知的。這種試劑被稱作「熔融鹽類」。Blazey等在WO 01/41578中教導了鈣的螯合，在可溶性MPC的改性中使用如EDTA的試劑。4Walstra P.On the stability of casein micelles，Journal of Dairy Science 73，1965-1979(1999).5See Eckner K F Zattola E A.Modelling flux of skim milk as a function of pH，acidulant andtemperature.Journal of Dairy Science.75，2952-2958(1992)and also Ernstrom C A，SutherlandB J Jameson G W.Cheese base for processing.A high yield product from whole milk byultrafiltration.Journal of Dairy Science.63，228-234(1980).
Arnaud等(歐洲專利申請EP 16292)公開了經陽離子交換處理的乾酪可以轉化成精製塗抹乾酪而不需要使用熔融鹽。
我們已經發現通過使用陽離子交換樹脂處理並限制鈣去除的程度產生了生產大量的新型蛋白質凝膠、乾酪和乾酪同類產品而不需使用凝結酶，如粗製凝乳酶、熔融鹽或樹膠的機會，其中半成品鈣濃度的範圍高於使用Moran等教導方法的濃度並低於Arnaud等教導方法的濃度。
本發明的一個目標是實現這種迫切的需求或者至少為公眾提供一種有用的選擇。
在EP 16292說明書中給出的唯一一個實施例中，在製造乳製品(精製乾酪)之前，從「乳製品」的前體，切達乾酪(Cheddar cheese)中幾乎完全除去了鈣。並沒有指示或建議本發明者試圖限制鈣的去除到預定的水平。也未建議通過控制鈣離子除去的水平可以產生適於在製造具有預定特徵的食物凝膠或乾酪同類凝膠產品中使用的MPC。

發明內容
因此，本發明可以被廣泛地描述成包括用於生產適於生產凝膠的改性MPC的方法，該方法包括使用對食物安全的包含一價陽離子的陽離子交換劑使未改性MPC水溶液接受陽離子交換，從而在所述改性MPC中獲得預定量的一價陽離子取代二價陽離子並且回收所述的改性MPC。
在一個可選擇的方案中，本發明方法包括脫水並乾燥所述改性MPC成粉末的步驟。
在一個實施方案中，所述未改性MPC的水溶液被分成兩個工藝物流，第一個接受所述的陽離子交換，第二個在所述第一個工藝物流已經接受所述離子交換，從而產生所述改性MPC的物流後與所述第一個工藝物流結合。
優選地，所述改性MPC的鈣含量被減少到未改性MPC鈣含量的20～80％。
更優選地，鈣含量被減少到未改性MPC鈣含量的40～60％。
或者，鈣含量被減少到未改性MPC鈣含量的25～45％。
在特別優選的實施方案中，鈣含量被減少到未改性MPC鈣含量的50％。
在一個實施方案中，所述方法包括以下附加的步驟加熱所述改性MPC至35～95℃的溫度並維持所述溫度至凝膠形成，以及從中回收所述的凝膠。
優選地，所述改性MPC被加熱到50～90℃的溫度。
在另一個實施方案中，在形成所述凝膠前向所述改性MPC中加入乳製品形成成分。
在另一個實施方案中，在所述凝膠形成期間加入乳製品形成成分。
在另一個實施方案中，在所述凝膠已經形成後向其中加入乳製品形成成分。
在一個可選擇的方案中，所述未改性MPC從脫脂乳超濾滲餘物來生產。
在另一個可選擇的方案中，所述未改性MPC從全脂乳超濾滲餘物來生產。
優選地，所述超濾被連續進行直至所述未改性MPC包含至少20％的總固體。
優選地，所述離子交換在pH為4.5～8.0間進行。
優選地，所述離子交換在離子交換柱中進行，並且所述交換柱裝載填充鉀或鈉離子的對食物安全的陽離子交換樹脂。
最優選地是所述樹脂填充有鈉離子。
在一個可選擇的方案中，在加熱形成所述凝膠前向所述改性MPC中加入形成成分的乾酪。
在一個可選擇的方案中，所述改性MPC在所述離子交換步驟後通過膜過濾來濃縮。
在一個可選擇的方案中，所述含有未改性MPC的溶液在接受陽離子交換之前接受蛋白質離子交換。
在一個實施方案中，本發明包括由上述方法製備的改性MPC的粉末。
在另一個實施方案中，本發明包括源於由上述方法製備的改性MPC的凝膠。
在一個可選擇方案中，所述凝膠是能夠在進一步的食物成品中起著成分作用的食物產品。
在另一個可選擇方案中，所述凝膠具有乾酪的化學和物理特性。
在另一個可選擇方案中，所述凝膠能進一步被加工成精製乾酪或加工成精製乾酪類產品。
本發明還可以被廣泛地描述成包括在申請說明書中單獨或共同指出或指示的部分、原理和特徵，以及任何或所有任意兩個或更多個所述部分、原理或特徵的組合，並且包括本文所提及的技術中公知與本發明涉及內容相等價的特定內容，這些公知的等價物被合併入本文，如同單獨提出。


參照圖1，本發明可以被更完全地理解，圖1是根據本發明方法的流程圖。圖1闡明了基於這些改性MPC生產液體或乾燥的改性MPC所需要的步驟、配方以及生產大量準備用於消費的食物，如天然乾酪同類產品、甜點、人造肉等所需的加工步驟。
具體實施例方式
改性MPC的製造參照圖1，優選的起始材料是乳。更具體地說，全脂乳的脂肪含量被按需要使用分離來除去例如脂肪作為奶油，或者使用標準化來降低或通過添加適當的奶油或脫脂乳產品增加脂肪含量來調節。分離和/或標準化能夠產生從脫脂乳到富含脂肪的全脂乳範圍的起始材料。更優選的起始材料是含0.06～0.08％脂肪的脫脂乳或者全脂乳。乳被按需要使用標準程序進行加熱消毒並冷卻。如果需要地話，乳中脂肪球的大小可能通過勻化來降低。可以使用大量的過濾程序來從乳中除去所需部分水、乳糖、乳鹽、以及(任選地)一些或全部的乳清蛋白，從而得到所需的MPC溶液。連續膜過濾是分餾乳組分的優選方法。更優選地，使用能夠實現2到8倍單位體積濃度因子(VCF＝乳的體積/滲餘物的體積)的適當膜系統，通過超濾(UF)來分離所製備的乳，產生MPC溶液。優選的UF系統設備具有能夠保留分子量大於10,000～30,000的化合物的膜，使用這種膜可以產生VCF在3～5倍間的UF滲餘物。蛋白質的濃度可以在UF期間通過膜滲濾(DF)來提高；UF期間的加水過程可以增加乳糖及溶解乳鹽的除去和降低滲餘物的粘度。適當的UF/DF系統將會產生總固體物(TS)含量在14～50％的滲餘物。優選的UF/DF系統從脫脂乳產生具有14～30％TS的滲餘物，並且從全脂乳產生具有35～45％TS的滲餘物。優選的UF/DF系統應該產生基本上包含乳食物流中初始存在的所有酪蛋白和乳清蛋白的UF滲餘物。在生產MPC中使用過濾已被文獻良好地報導6，7，8。6Renner E Abd El-Salam M H.Application of ultrafiltration in the Dairy Industry.(1991)Elsevier Applied Science London，England.7Glover F A.Ultrafiltration and Reverse Osmosis for the Dairy Industry.Technology Bulletin 5National Institute of Research in Dairying.(1985)Reading，England.8Cheryan Minir.Ultrafiltration and Microfiltration Handbook.(1998)Technomic Publishing，Lancaster.Pa..USA.
如該文獻背景技術中所述，已經公知MPC中二價礦物質的含量可以在過濾前通過調節乳的pH來調控。通過添加食用酸和/或鹼，乳的pH可以在3.0～9.5的範圍內調節。pH調節的程度促進了二價離子在酪蛋白中的溶解，從而使這些礦物質遷移到乳漿液中，並且在過濾期間從乳中除去。優選的程序是在≤18℃時通過添加食用酸從而增強酪蛋白中存在的二價礦物質絡合物的溶解來降低乳的pH。或者，增強二價離子的除去可以通過加入酸降低乳的pH、保持乳一定的時間並且加入鹼升高pH的方法來實現。用於實現通過調控pH來增強從酪蛋白膠束中除去二價離子的優選順序包括(1)在≤15℃時，用食用級有機酸降低乳的pH至4.9～5.4；(2)在該溫度下，在溫和攪拌的情況下保持乳30～45分鐘；(3)加入食用級鹼增加乳的pH至5.8～6.2，並且立即繼續所需的加工。用於調節pH的更優選的酸是食用有機酸，並且最優選的有機酸是乳酸。
或者除了酸外，任選地可以在過濾前向乳中加入含有一價陽離子的食用鹽。在加入一價陽離子後，乳優選地在UF前溫和攪拌下保持30分鐘。
但是，所有上述公知的程序都局限於鈣消耗的最大實際水平僅約為20％。由於在降低的pH下通過某些過濾膜的流出速度明顯降低以及酸和/或鹽滲透物的形成，這些公知的程序也並不是優選的。上述降低MPC溶液中二價陽離子水平的公知方法可以用作實施根據本發明的過程之前的預備步驟。
在本說明書中，鈣消耗的百分數指每千克總蛋白中鈣的毫摩爾數，這一值典型地在通過過濾典型地在新鮮乳pH、即6.6-6.8下生產的等價MPC溶液中發現。
儘管參照圖1描述的過程考慮了從新鮮乳中形成MPC並且立即在離子交換柱中加工其滲餘物，但是同樣可以根據本發明通過重組用於進一步加工的乾燥MPC來製造蛋白質水溶液。
在根據本發明的過程中，MPC溶液中礦物質的含量通過在含有適當填充樹脂的離子交換反應器中加工從10～100％的MPC溶液來改變。優選的離子交換反應器包括填充一價陽離子如氫(H+)、鉀(K+)或鈉(Na+)離子的陽離子交換樹脂。更優選地，陽離子交換樹脂可以填充鈉離子，用於實施所需量二價陽離子的交換和去除，特別是從MPC溶液中交換和去除Ca2+和Mg2+。
在100％MPC溶液通過離子交換樹脂的情況下，鈣的除去優選地限於不低於20％並不高於80％的原始MPC溶液中的鈣。用於實現目標鈣消耗水平的優選程序是離子交換MPC溶液部分，然後使之與未進行離子交換處理的MPC溶液混合。優選地，＞10％但＜100％的原始MPC溶液進行離子交換處理，除去離子交換的MPC溶液中的20～95％的鈣，它將優選地被鈉代替。更優選地，陽離子交換將除去離子交換的MPC溶液中60～85％的鈣，它將優選地被鈉代替。然後，離子交換的MPC溶液被與沒有用離子交換處理的MPC溶液混合，從而產生鈣消耗水平不低於20％且不高於80％原始MPC溶液中鈣的混合物。
離子交換反應器的設計和使用的離子交換樹脂的量應該促進適當快的二價陽離子與一價陽離子交換反應速度。從MPC溶液中除去的鈣離子的量可以通過選擇離子交換柱中適當的樹脂、MPC濃度、粘度，以及離子交換柱內的加工條件來控制。這些條件包括保留時間、pH、溫度、液體體積、樹脂體積、交換容量和樹脂層的穿透特性。離子交換過程的操作能夠由那些本領域的技術人員來實施9，10，11。9Perry.Chemical Engineers Handboo k.Sixth edition，Chapter 16.10Vemeulen T LeVan D.Adsorption and Ion Exchange.McGraw Hill(1984).11Nachod F C Schubest J.Ion Exchange Technology.Academic Press，New York，(1956).
加入離子交換反應器中的優選MPC溶液包括約10％的總固體。在離子交換前通過加入適當的食用級酸將pH調節到約5.9，從而降低離子交換柱中的液體粘度。優選的離子交換樹脂是食用安全的Amberlite SR1L Na。優選地，離子交換在2～60℃的溫度下實施。更高的溫度降低離子交換容器的液體粘度，但是優選10℃以控制微生物有機體的生長。
優選地，在混合的MPC物流中，鈣被消耗＞20％但＜80％。基於終產品和凝膠形成過程所需的物理和化學性質如MPC粉末水合、乳化及膠凝所需的速度來選擇MPC中鈣消耗的水平。本發明實現的鈣消耗的這一範圍高於公知的在過濾前添加酸或鹼實際所能實現的鈣消耗水平，並且低於Arnaud在EPA16292中教導的鈣消耗水平。
為了生產切達乾酪類凝膠，用離子交換處理約25％到約60％的脫脂乳MPC溶液，除去約80％到約90％的鈣。所處理的溶液與未接受離子交換的MPC溶液混合，從而在混合物中產生約25％到約45％的目標鈣消耗水平。本說明書的實施例闡明了從大量改性MPC生產的大量其它終產品應用。
MPC溶液任選地通過單獨的離子交換系統來改變蛋白質含量並進行礦物離子交換。優選地，用於改變蛋白質的離子交換系統在離子交換前順序實施，從而改變礦物質含量。更優選地，用於改變濃縮蛋白質溶液中蛋白質含量的離子交換系統包括能夠除去β-乳球蛋白(β-Lg)的樹脂。因此這種離子交換系統優選地生產出MPC溶液，其中在隨後使用用於改變礦物質含量的離子交換之前，β-Lg和相似蛋白質已經全部或部分地從該MPC溶液中除去。
另外，任選地在使用離子交換之後可以繼續濃縮蛋白質溶液，進一步改變MPC的礦物質含量並且可能地改變蛋白質的含量。優選地，使用UF和DF的組合來濃縮蛋白質流並且降低每千克總蛋白質中其一價陽離子的含量。
優選地，如果要向MPC中加入鹽，可以在過濾後向MPC溶液中加入帶有一價陽離子的鹽。優選地，向濃縮的蛋白質溶液中加入約0.05～2.5％水平的氯化鈉和/或氯化鉀。
任選地，MPC溶液的進一步濃縮可以通過包括蒸發的標準程序來完成。蒸發方法包括但不局限於使用降膜、管狀和後掠空氣動力面(swept surface)(擦膜)的蒸發器。改性MPC溶液繼續達到約25％到約75％的總固體(TS)水平。進行了礦物質調節或隨後蒸發的MPC溶液的脂肪含量可以通過添加具有適當脂肪含量的奶油來按要求調節。在蒸發之前或之後，改性MPC溶液的鹽含量還可以按要求通過添加氯化鈉和/或氯化鉀來調節。濃縮的改性MPC溶液能夠按照下面描述在配製和形成食物凝膠的配方和形成中直接使用。
或者，濃縮的改性MPC溶液能夠任選地被乾燥成粉末。乾燥的方法包括但不局限於使用霧化、流化床和冷凍乾燥器。乾燥後產品優選的TS約為95％。乾燥的改性MPC粉末是擱置穩定的，並且能夠包裝且儲備至日後需要完成凝膠形成/乾酪生產，可能在不同的位置。任選地，當需要將粉末轉化成想要的食物凝膠時可開始進一步的加工。
由改性MPC形成食物凝膠任選地，濃縮的改性MPC溶液、乾燥的改性MPC粉末或者改性MPC溶液和改性MPC粉末的組合可與適當的脂肪源混合。適當的脂肪源包括奶油、高脂肪稀奶油、黃油、脫水乳脂肪、澄清黃油和食用油類。最優選的脂肪源是高脂肪稀奶油(包含約80％乳脂肪的乳製品)、黃油和/或脫水乳脂肪。當使用乾燥的改性MPC粉末時可選的程序是在充分攪拌下將改性MPC粉末混合入脂肪中，產生均勻的糊狀產品。
在下述混合物中，可以通過直接藉助加熱套或直接添加烹調蒸汽從35℃加熱至約95℃的方法來誘導凝膠的形成。優選地，用於生產包括但不局限於切達乾酪的任何乾酪品種的凝膠形成在約35℃到約75℃之間的溫度下誘導進行。選擇攪拌的水平來生產食用凝膠，其在冷卻時具有想要的形體、結構、脂肪球大小和熔融特性。任選地，在膠凝過程期間可以改變剪切速度。
不需要凝結酶如粗製凝乳酶、熔融鹽或樹膠來形成這些凝膠，但是如果需要的話可以加入這些組分來調控凝膠的結構。如果需要的話，食用凝膠可以被進一步加工，例如乾酪類食用凝膠可以使用標準的加工乾酪生產技術來加工生產精製的乾酪類產品。
在一系列實驗中，我們發現對於給定的食用凝膠產品，鈣消耗水平對於生產有用的凝膠有一個最優的範圍。根據實施例1中給定的程序製備一系列具有一定範圍鈣濃度的改性MPC粉末。該系列包括從脫脂乳以及全脂乳製備的粉末。該系列還包括一組未接受離子交換鈣消耗程序的脫脂乳和全脂乳的對照MPC粉末。在如實施例3描述的在Blentech炊具中進行的實驗中，檢查這些粉末產生具有切達乾酪標稱成分(35％水分)的凝膠的能力。從這兩個系列粉末生產的凝膠的性質結果總結於表1中。合格和不合格的凝膠組合被生產。根據MPC中鈣的水平(kg Ca/kg蛋白)整理這些結果，並且列於表2中。
表2表明對於生產具有切達乾酪標稱成分的合格凝膠具有一個優選的鈣濃度範圍，其取決於初始的乳源(脫脂乳或全脂乳)。
表2中表示的結果使我們可以得出這樣的結論對於製造切達乾酪類產品的應用，低於約25％鈣消耗水平得到不好的MPC粉末水合作用，並且加熱時不能形成有用的凝膠。另外，在高於約70％的高鈣消耗水平時，我們發現不合格的不良脂肪分散性和不良凝膠形成的組合發生。
在另一系列的實驗中，本說明書的實施例闡明了怎麼樣使用不同的MPC粉末(具有70和85％乾重的蛋白質)和不同的鈣消耗水平來生產大量的乳品食用凝膠。
表1在Blentech雙槳炊具中從鈣消耗的MPC中製備切達乾酪類凝膠粉末鈣消耗2粉末水合 脂肪鈣含量1凝膠形成類別 (％) 和分散 混合7840 成塊合格糊狀高脂 58226成塊合格糊狀MPC70 56428分散合格凝膠31560分散游離脂肪分離蛋白相14 98成塊游離脂肪分離蛋白相7840 成塊合格糊狀51235分散良好凝膠脫脂 46041分散良好凝膠MPC70 40648分散游離脂肪凝膠323570分散游離脂肪分離蛋白相14 98分散游離脂肪分離蛋白相1以每千克總蛋白中鈣的毫摩爾數計2由離子交換除去的鈣的百分數3不明確的凝膠形成表2在Blentech雙槳炊具中從鈣消耗的MPC中製備切達乾酪類凝膠鈣消耗2粉末水合 脂肪鈣含量1凝膠形成(％) 和分散 混合 1以每千克總蛋白中鈣的毫摩爾數計2由離子交換除去的鈣的百分數3不明確的凝膠形成如果需要，在膠凝過程前、期間或之後可以在加工容器中向蛋白質-脂肪混合物中添加其它適當的組分，從而產生全食物凝膠。可以添加的組分包括，但不局限於附加的蛋白質溶液或粉末、經離子交換進行礦物質調節後的蛋白質溶液或粉末、經適當的起始培養微生物和/或滋味產生酶發酵後的蛋白質溶液或粉末、水、動物和/或植物脂肪和/或油、鹽、乳礦物質、酶改性的乾酪、調味劑、滋味產生酶和培養物、脂解的乳脂油、食用樹膠和/或水狀膠質、著色劑、防腐劑、流動活動劑、食用酸等等。凝結酶，如粗製凝乳酶對於膠凝過程並不是必需的。另外，在精製乾酪生產中典型使用的熔融鹽如(但並不局限於)本領域中公知的磷酸鈉鹽對於實現凝膠的形成並不是必須的。
通過選擇配方變量，例如蛋白質、脂肪和水的水平、改性MPC中鈣消耗水平、鹽的濃度和pH，以及諸如溫度、剪切速度和保留時間的加工變量，可以控制冷卻後凝膠產品的物理和化學性質。優選地，凝膠產品將具有與天然乾酪相似的化學和物理性質，並且因此可以作為天然乾酪來包裝和銷售。
或者，凝膠產品可以用作進一步加工的組分。舉例來說，在添加熔融鹽如(但並不局限於)本領域公知的磷酸鈉鹽之後並且使用標準的精製乾酪生產設備和技術，可以進一步加工乾酪類凝膠，生產精製乾酪類產品。就在形成乾酪類凝膠之後，乾酪類凝膠產品可以被轉化成精製的乾酪類產品。或者，乾酪類凝膠產品可以在典型的天然乾酪儲備條件下儲備，直至需要生產精製的乾酪類產品。
使用乾酪類凝膠產品來生產精製乾酪類產品涉及添加標準的精製乾酪組分，其包括但不局限於天然乾酪、脂肪、奶油、酸、鹽、熔融鹽、調味劑、食用樹膠和/或水狀膠質、用於調味的酶改性的乾酪和脂肪產品、著色劑、防腐劑、流動劑等等。按照生產精製乾酪類產品的標準，在適當的攪拌下加熱產品至典型的加工溫度(即＞80℃)、按需包裝並且買賣。
實施例實施例1-製備本發明改性MPC粉末獲取新鮮的全脂乳並且在≤5℃下分離除去奶油，得到脫脂乳。脫脂乳被通過標準程序進行加熱消毒、冷卻到10℃，並在包含帶有10,000橫截分子量的KochTMS4 HFK131型膜的系統中經UF加工至VCF為3。然後，施加膜滲濾並持續至MPC溶液的蛋白質含量構成85％的總固體。一部分MPC溶液被引入離子交換柱中，柱中包含食用安全的AMBERLITETMSRILNa，強酸性陽離子交換樹脂，具有每升2份鈉的總交換容量。約70升的鈉填充樹脂被裝載入140升的不鏽鋼容器中，得到55釐米高的樹脂層。MPC溶液在離子交換柱中以133kg/hr的流速進行處理，並且在儲備容器中收集。在完成離子交換處理後，儲備容器中的液體具有85％的鈣消耗水平。
足量的改性MPC溶液被與未處理的MPC溶液混合，產生具有每千克總蛋白質含378毫摩爾鈣的改性MPC混合物，即與未處理的MPC85溶液相比大約消耗了33％的鈣。該混合的改性MPC溶液通過標準程序蒸發並乾燥，從而得到具有下列組分的乳蛋白質精料粉末95.6％TS，(4.4％水分)，2.3％脂肪，82.46％蛋白質(％N×6.38)，3.74％乳糖，7.1％灰分和378mmol Ca/kg蛋白質。改性MPC溶液被用工業標準包裝材料來包裝，並保持在環境溫度中直至用於凝膠生產。
使用相同的基本過程通過簡單改變UF/DF的程度並改變離子交換過的和沒有離子交換過的MPC溶液的混合比例，可以生產具有限定的蛋白質和鈣消耗水平的改性MPC溶液。
實施例2-本發明的改性MPC與根據Arnaud在EP16292指示的方法生產的MPC的膠凝特徵的比較Arnaud粉末的生產獲取新鮮的全脂乳並分離除去奶油，得到脫脂乳。在10℃下大約1150L脫脂乳用UF過濾(使用帶有10,000橫截分子量的KochHFK131型膜)，使用4.0的VCF，從而生產MPC溶液。該MPC溶液用去離子水稀釋，降低總固體含量至～10％，然後在離子交換柱中處理前用3％的乳酸調節至pH5.9，交換柱包含150L用鈉離子填充的離子交換樹脂(Rohm and Haas AMBERLITETMSRILNa)。
在55℃，用3％的乳酸調節大約85千克的奶油至pH5.9，並且通過Pharmacia離子交換柱，該柱中含有用鈉離子填充的食用級陽離子交換樹脂(Rohm and Haas AMBERLITETMSRILNa)。
表3表示陽離子交換後奶油和MPC溶液的組成，由MILKOSCANTMFT120和滴定確定。因此，通過這些離子交換過程基本上所有的鈣、即＞98％被從MPC溶液和奶油中除去。
表3在根據Arnaud在EP16292中描述的陽離子交換後奶油和MPC溶液的組成

290升處理的MPC溶液的pH被調節至約pH6.4，並且通過標準程序蒸發且乾燥，得到如Arnaud在EP16292中教導的基本上不含鈣MPC70粉末。剩餘的處理MPC溶液(240L)被與32千克的無鈣奶油混合，並且調節至約pH6.4，然後，蒸發且乾燥得到包含約佔非脂肪固體重量70％的蛋白質的高脂MPC粉末。同Arnaud在EP16292中教導的一樣，該高脂MPC粉末也基本上不含鈣。
表4表示這兩種「Arnaud」粉末的組成及它們與下列物質的比較結果
·Arnaud實施例2(EP 16292)中使用的起始切達乾酪。
·Arnaud實施例2(EP 16292)中離子交換後的切達乾酪。
·商業生產的MPC70粉末(ALAPRO(TM)4700，NZMP，Wellington)。
·如本發明描述的鈣含量降低48％的改性MPC70粉末。
表4「Arnaud」MPC粉末與Arnaud實施例2中使用的切達乾酪、商購MPC粉末以及本發明的MPC粉末的成分比較

12EP16292中沒有提供數據。切達乾酪典型的蛋白質含量從腳註7的參考文獻中獲得。13EP16292中沒有提供數據。假定脫脂過程不會導致蛋白質或水分的任何損失。脫脂後水分增加6％，假定蛋白質也增加相同的百分數。
「Arnaud」MPC與本發明改性MPC膠凝行為的比較在FARINOGRAPHTM混合器(Model 820500，Brabender，Duisburg，Germany)上使用280克批量實施膠凝實驗。FARINOGRAPHTM混合器由兩個對旋Z形葉片攪拌的水夾套混合室構成。葉片之一的旋轉速度是另一個的兩倍。對於旋轉最慢的葉片，兩個速度設置為31.5或63rpm(因此較快的葉片以63或126rpm的速度旋轉)。攪拌器驅動杆上的轉矩通過測力傳感器來測量。
使用如上所述生產的三種粉末進行三個實驗。每種粉末與適當量的去離子水、高脂肪稀奶油(79％)和氯化鈉混合，產生與切達乾酪相似的目標產物組成，即35％脂肪、34％水分和22％蛋白質。所使用的三種粉末如下·本發明改性MPC70粉末，具有48％的鈣消耗。
·「Arnaud」MPC70粉末，具有＞98％的鈣消耗。
·「Arnaud」高脂MPC粉末(非脂肪固體重量70％的蛋白質)，具有＞98％的鈣消耗。
1)使用本發明MPC70粉末的膠凝實驗FARINOGRAPHTM混合器被預加熱到40℃，並且在較慢Z形葉片以31.5rpm的攪拌下向混合室中加入120克高脂奶油。再向奶油中加入89克改性MPC70粉末和3克氯化鈉。繼續混合5分鐘並在脂肪熔化時形成易碎的黃色糊狀混合物。然後，向混合物中加入68克去離子水(預加熱到40℃)。繼續攪拌17分鐘，得到完全脂肪混合的光滑、不透明的黃色混合物。然後，藉助加熱套在12分鐘內逐漸加熱混合物至60℃，在這段時間後測量攪拌器驅動杆上的轉矩。5分鐘後轉矩開始從0.80Nm增加並在10分鐘後達到2.2Nm的最大值。轉矩的響應反映了在該過程期間已經轉變成結實的凝膠的視覺觀察。當冷卻至約5℃時，該凝膠的形體和結構與切達乾酪的形體和結構相當。
2)使用「Arnaud」MPC70的膠凝實驗FARINOGRAPHTM混合器被預加熱到40℃，並且在最慢Z形葉片以31.5rpm的攪拌下向混合室中加入120克高脂奶油。再向奶油中加入89克「Arnaud」MPC70粉末。不需要加入氯化鈉，因為「Arnaud」MPC70粉末比本發明生產的MPC70粉末具有更高的鈉水平。繼續混合5分鐘，得到帶有少量游離脂肪的易碎的黃色糊狀混合物。然後加入68克水(預加熱到40℃)並繼續攪拌混合物2分鐘。在加入水時脂肪分散體立即破裂產生水合蛋白質粘塊和大量游離脂肪。為了試圖重新建立脂肪的分散，繼續攪拌30分鐘，但是並未能成功。由水合蛋白質和游離脂肪構成的兩相被在12分鐘內一起逐漸加熱至60℃，在這段時間後測量攪拌器驅動杆上的轉矩。該過程中沒有高於0Nm的轉矩記錄點，這反映了蛋白質相粘附到正在熔融脂肪池中單向旋轉的攪拌器葉片上。在任何階段都沒有形成脂肪分散體或形成凝膠。
在進一步試圖重分散脂肪並形成凝膠的過程中，混合物被加熱到80℃，再加熱到90℃。甚至在與用63rpm的預言速度混合30分鐘後也沒有再次誘導乳化或膠凝。
3)使用「Arnaud」高脂MPC70的膠凝實驗FARINOGRAPHTM混合器被預加熱到40℃，並且在最慢Z形葉片以31.5rpm的攪拌下向混合室中加入55克高脂奶油。再向奶油中加入44克「Arnaud」高脂MPC70粉末。繼續混合5分鐘，得到帶有少量游離脂肪的易碎的黃色糊狀混合物。然後加入78克去離子水(預加熱到40℃)並繼續攪拌混合物2分鐘。在加入水時脂肪分散體破裂，產生由水合蛋白質粘塊和游離脂肪構成的分離相。繼續攪拌不能產生脂肪的分散體。產物在12分鐘內逐漸加熱至60℃，並且在這段時間後測量攪拌器驅動杆上的轉矩。混合物不能產生脂肪的分散體或凝膠。為了試圖形成脂肪分散體，溫度被升高到80℃，但是甚至在63rpm下攪拌30分鐘後也未能產生脂肪的分散體或凝膠。沒有高於0Nm的轉矩記錄點，這反映了蛋白質相粘附到正在熔融脂肪池中單向旋轉的攪拌器葉片上。
膠凝實驗的結論·由本發明過程生產的MPC70粉末在相對低的剪切速度和相對低的溫度下容易乳化脂肪並形成結實的凝膠。
·基本上不含鈣的「Arnaud」MPC70粉末在加入水時不能產生或維持合格的脂肪乳液並且不能形成可見或可測量的凝膠。為了乳化脂肪或形成凝膠而對這些粉末進行的延長時間的高剪切和溫度處理也不能促進脂肪的分散或凝膠的形成。
實施例3-切達類乾酪的製備加熱消毒的全脂乳被調節到50℃的溫度，並且使用帶有10,000橫截分子量膜的UF/DF系統超濾濃縮至4.65的VCF。過濾後，在50℃下，向具有5千克容量的雙槳精製乾酪炊具(Model CC10，BlentechCorporation，Rohnert Park，CA)中加入1.225千克MPC溶液。雙槳的旋轉速度設定為50rpm，並且加入57克氯化鈉。混合產物約2分鐘，並在8℃下向混合物中加入1.35千克的高脂肪稀奶油(80％脂肪)。攪拌在在2分鐘內將高脂肪稀奶油完全混入混合物中。當高脂肪稀奶油被完全混合入混合物中時，向混合物中加入0.8千克改性MPC85粉末(由實施例1中詳述的程序生產，具有85％乾重的蛋白質含量和378mmol/kg總蛋白質的鈣含量，即消耗了33％)和125克一水合乳糖。在維持產物的溫度在大約50℃下，增加攪拌速度至240rpm並且各組分被混合10分鐘。然後降低攪拌速度至160rpm並且通過直接的蒸汽注入使產物溫度升高到63℃，產生凝膠。
在形成凝膠時，加入30克乳礦物質鹽(ALAMINTM，NZMP(USA)，Inc.，Lemoyne，PA)，從而確保所得凝膠具有與傳統切達乾酪等價的營養礦物質特徵。然後，在220rpm攪拌混合物1分鐘，從而在產物中均勻分布ALAMIN。然後產品以塊的形式包裝並且凝膠在4℃儲備24小時。
冷卻的凝膠等價於初始的乾酪，具有切達乾酪的成分、形狀和結構。組分和產品的組成列於表5中。
表5成分 MPC85 UF滲餘物 初始乾酪-----------------------------------------％-----------水分 4.40 62.08 36.12總固體95.60 37.92 63.88脂肪 2.30 17.39 33.74總蛋白質 82.46 15.77 21.71乳糖 3.74 3.08 4.59灰分 7.10 1.68 3.84表5總結了根據實施例1中詳述過程生產的一系列MPC粉末(所有均包含70％乾重的蛋白質)的膠凝特徵。
實施例4-精製乾酪的製備在實施例3中的包裝和冷卻之前，用3.59千克的乾酪凝膠作為該過程的起始點。然後，在Blentech混合器/炊具中向凝膠中加入下列組分30克水，70克磷酸二鈉，23克磷酸三鈉，100克黃油，350克酶改性的乾酪，25克一水合乳糖和42克氯化鈉。通過直接注入蒸汽加熱混合物至85℃，然後在180rpm的攪拌速度下保持1分鐘。然後產品被從炊具中排入模具中並在＜5℃下儲備。最終產品的組成為水分＝39.3％，TS＝60.7％，脂肪＝30.6％，蛋白質＝18.8％，一水合乳糖＝5.3％和灰分＝6.0％。產品的形狀和結構等價於商購的塊狀精製乾酪。
實施例5-乳制甜點的製備在50℃，通過在Stephan混合器/炊具(Type UMM SK25-GNI，Stephan，Hameln，Germany)中混合2.7千克高脂奶油(78％脂肪)、1.0千克改性MPC70粉末(由實施例1中詳述的程序生產，具有70％乾重的蛋白質含量和406mmol/kg總蛋白質的鈣含量，即消耗了48.2％)、500克一水合乳糖和2.85千克水來開始生產乳制甜點。在1500rpm的高速切割片和60rpm的壁刮料裝置的存在下開始混合。混合物在開始加熱前先混合1分鐘。然後，通過直接注入蒸汽來使混合物的溫度升高到85℃，並保持3分鐘。加熱後，向熱的混合物中加入1.5千克水和30克結晶的檸檬酸。混合物被進一步混合1分鐘。然後，熱的產物被倒入0.25升的塑料瓶中並在5℃下儲備。冷卻的產物膠凝產生乳制甜點的典型結構。產物具有比典型乳蛋糕稍硬的形體並且具有光滑且光亮的外觀。最終產品的組成為62.3％的水分(37.3％TS)，21.9％的脂肪，7.9％的蛋白質，並且pH為5.8。
實施例6-可塗抹的乳製品的製備通過在實施例5中使用的Stephan混合器/炊具中混合50℃的5.8千克高脂奶油(78％脂肪)、1.0千克改性MPC70粉末(由實施例1中詳述的程序生產，具有70％乾重的蛋白質含量和406mmol/g總蛋白質的鈣含量，即消耗了48％的鈣)、0.85千克的水、184克酶改性的乾酪、150克氯化鈉以及150克一水合乳糖來生產乳製品塗抹食品。混合物在1500rpm的高速切割片和60rpm的壁刮料裝置的存在下混合1分鐘。混合物在開始加熱前先混合。然後，通過直接注入蒸汽來使混合物的溫度升高到85℃，並保持3分鐘。加熱後，加入24克結晶的檸檬酸，並且混合物被進一步混合1分鐘。然後，熱的產物被倒入0.25升的塑料瓶中並在5℃下儲備。冷卻產物的形體和結構是加熱消毒精製乾酪塗抹食品的典型形體和結構。最終產品的組成為51.1％的水分，29.6％的脂肪，11％的蛋白質，並且pH為5.7。
實施例7-人造肉的製備通過在實施例5和6中使用的Stephan混合器/炊具中加入50℃的2.15千克高脂奶油(78％脂肪)、2.65千克改性MPC70粉末(由實施例1中詳述的程序生產，具有70％乾重的蛋白質含量和406mmol/kg總蛋白質的鈣含量，即消耗了48％的鈣)、2.65千克的水和150克氯化鈉來開始生產基於乳製品的人造肉。混合物在1500rpm的切割片和60rpm的壁刮料裝置的存在下混合1分鐘。然後，通過直接注入蒸汽來使混合物的溫度升高到85℃，並保持3分鐘。在加入1.5千克的水和40克結晶的檸檬酸之前，烹調的混合物被進一步混合1分鐘。在熱的產物被倒入0.25升的塑料瓶中之前，混合物被再混合2分鐘。然後在放入5℃的儲備容器之前，讓瓶在環境溫度下慢慢冷卻16小時。冷卻產物的形體和結構是製成香腸的午餐肉的典型形體和結構。一般而言，產品維持粒狀的結構、切割良好並且不會熔化。最終產品的組成為55.6％的水分，16.5％的脂肪，20.1％的蛋白質，並且pH為5.9。
實施例8-奶油乾酪的製備通過在前述實施例中使用的Stephan混合器/炊具中加入1.23千克改性MPC85粉末(由實施例1中詳述的程序生產，具有85％乾重的蛋白質含量和406mmol/kg總蛋白質的鈣含量，即鈣消耗48％)、3.53千克的水(40℃)和80克氯化鈉來開始生產奶油乾酪。混合物在1500rpm的高速切割片和60rpm的壁刮料裝置的存在下被混合1分鐘。然後，停止高速攪拌，並再保持壁的刮料裝置60rpm的操作30分鐘。該程序使混合物轉變成厚的糊狀物。混合物再與4.96千克的高脂奶油(78％脂肪)混合。在切割片被調回1500rpm時，通過直接注入蒸汽來使混合物的溫度升高到85℃，並保持3分鐘。熱的混合物被進一步混合1分鐘，然後在約5分鐘內加入595克12.8％的檸檬酸。然後再混合混合物1分鐘。熱的產物被倒入0.25升的塑料瓶中並在5℃儲備。冷卻產物具有典型商購奶油乾酪的形體、結構和成分。產品的組成為54.4％的水分，33.2％的脂肪，9.8％的蛋白質，並且pH為5.2。
實施例9-依丹姆乾酪(Edam Cheese)的製備在實施例3中使用的Blentech雙槳混合器/炊具中，通過混合0.97千克高脂奶油(78％脂肪)和0.94千克改性MPC85粉末(由實施例1中詳述的程序生產，具有85％乾重的蛋白質含量和291mmol/kg總蛋白質的鈣含量，即鈣消耗48.8％)來開始生產依丹姆乾酪。在約40℃下，混合物被在120rpm下混合3分鐘。然後，加入56克氯化鈉，混合物再混合2分鐘，並且最後逐漸加入0.69千克的水。混合物被進一步混合20分鐘，然後加入20克結晶的檸檬酸並且再混合混合物4分鐘。混合物在7分鐘內通過直接注入蒸汽加熱到70℃。繼續混合3分鐘。在這段時間內加入60克的水和3克的結晶檸檬酸，同時通過直接注入蒸汽維持溫度在70℃。熱的產品被包裝入塑料容器中並在5℃下儲備。冷卻產物具有典型依丹姆乾酪的結構和組成。產品的組成為43.6％的水分，25.0％的脂肪，44.3％乾重的脂肪，25.1％的蛋白質，並且pH為5.6。
實施例10-Pasta Filata乾酪的製備通過向前述實施例中使用的Blentech雙槳混合器/炊具中混合0.95千克高脂奶油(78％脂肪)、0.96千克改性MPC85粉末(由實施例1中詳述的程序生產，具有85％乾重的蛋白質含量和291mmol/kg總蛋白質的鈣含量，即鈣消耗48.8％)和45克氯化鈉來生產Pasta Filata乾酪。在緩慢加入1.0千克水之前，在120rpm和約40℃下，混合物被混合5分鐘。再繼續混合24分鐘，然後補加65克42％的乳酸。再繼續混合4分鐘。混合物在7分鐘內通過直接注入蒸汽加熱到70℃。在加熱步驟開始時，預言(augur)速度被增加到150rpm。熱產品在被包裝入塑料容器中並在5℃下儲備之前，再混合1分鐘。冷卻產物具有典型pastafilata乾酪的結構。產品的組成為48.3％的水分，22％的脂肪，23.5％的蛋白質，並且pH為5.7。
權利要求
1.一種生產適於製造凝膠的改性乳蛋白質精料(MPC)的方法，其包括使用含有一價陽離子的食用安全的陽離子交換劑對未改性MPC進行陽離子交換，從而在所述改性MPC中得到一價陽離子對二價陽離子的預定量的取代並且回收所述改性MPC。
2.如權利要求1的方法，其包括脫水並乾燥所述改性MPC成粉末的步驟。
3.如權利要求1或2的方法，其中所述未改性MPC的水溶液被分成兩個工藝物流，第一個工藝物流經受所述的陽離子交換，第二個工藝物流在所述第一個工藝物流已經經受所述離子交換而產生所述的改性MPC物流之後，與所述第一個工藝物流結合。
4.如前述權利要求之一的方法，其中所述改性MPC的鈣含量被消耗至未改性MPC鈣含量的20～85％。
5.如前述權利要求之一的方法，其中所述改性MPC的鈣含量被消耗至未改性MPC鈣含量的40～60％。
6.如權利要求4的方法，其中所述改性MPC的鈣含量被消耗至未改性MPC鈣含量的25～45％。
7.如權利要求5的方法，其中所述改性MPC的鈣含量被消耗至未改性MPC鈣含量的50％。
8.如前述權利要求之一的方法，其包括加熱所述改性MPC至25～95℃並且維持所述溫度至凝膠形成、以及從中回收所述凝膠的附加步驟。
9.如權利要求8的方法，其中所述改性MPC被加熱至50～90℃的溫度。
10.如權利要求8或9的方法，其中在凝膠形成後向所述凝膠中加入乳製品形成成分。
11.如權利要求8或9的方法，其中在所述凝膠形成前向所述改性MPC中加入乳製品形成成分。
12.如前述權利要求之一的方法，其中所述未改性MPC由脫脂乳超濾滲餘物製造。
13.如權利要求12的方法，其中所述超濾持續到所述MPC含有14～45％的總固體。
14.如權利要求1-11之一的方法，其中所述未改性MPC由全脂乳超濾滲餘物製造。
15.如權利要求14的方法，其中所述超濾持續到所述MPC含有20～65％的總固體。
16.如前述權利要求之一的方法，其中所述離子交換在pH為4.5～8.0下進行。
17.如前述權利要求之一的方法，其中所述離子交換在離子交換柱中進行並且所述食用安全的陽離子交換劑用鉀或鈉離子填充。
18.如權利要求17的方法，其中所述交換劑用鈉陽離子填充。
19.如權利要求11的方法，其中在加熱形成所述凝膠前向所述改性MPC中加入乾酪形成組分。
20.如前述權利要求之一的方法，其中所述改性MPC在所述離子交換步驟後通過膜過濾來濃縮。
21.如前述權利要求之一的方法，其中所述含有未改性MPC的溶液在進行陽離子交換之前進行蛋白質離子交換。
22.根據權利要求1-7之一的方法生產的產品。
23.根據權利要求8-21之一的方法生產的產品。
24.根據權利要求8或9的方法生產的產品，其中所述凝膠是能夠在進一步食物成品中用作組分的食用產品。
25.如權利要求24的產品，其中所述凝膠具有乾酪的化學和物理特性。
26.如權利要求25的產品，其中所述凝膠可進一步加工成精製乾酪或加工成精製乾酪類產品。
27.一種參照附圖和任何實施例製造基本上如本文描述的生產改性乳蛋白質精料的方法。
28.一種參照附圖通過基本上如本文描述的方法或通過其任何實施例製備的產品。
全文摘要
本發明的方法使用陽離子交換來用一價離子取代二價離子，從而生產改性的乳蛋白質精料。所生產的改性乳蛋白質精料可以轉化成本身是乾酪同類產品的凝膠，或者用於製造例如乾酪、乾酪同類產品的終產品、可口的產品、甜點、糖果產品和半成品食物產品。
文檔編號A23C19/028GK1503631SQ02808212
公開日2004年6月9日 申請日期2002年4月10日 優先權日2001年4月12日
發明者史蒂芬·託馬斯·迪賓, 加努加帕蒂·維賈雅·巴斯卡爾, 弗朗西斯·派屈克·鄧洛普, 安東尼·麥可·法耶爾曼, 麥可·約翰·惠頓, 約翰 惠頓, 麥可 法耶爾曼, 帕蒂 維賈雅 巴斯卡爾, 斯 派屈克 鄧洛普, 史蒂芬 託馬斯 迪賓 申請人:紐西蘭乳品局