DE2354475A1 - Verfahren zur herstellung einer diaetmilch mit veraendertem lactosegehalt - Google Patents
Verfahren zur herstellung einer diaetmilch mit veraendertem lactosegehaltInfo
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Description
- Verfahren zur Herstellung einer Diätmilch mit verändertem Lactosegehalt Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Diätmilch mit verändertem Lactosegehalt durch Ultrafiltration und umgekehrte Osmose0 Des weiteren betrifft die Erfindung das nach diesem Verfahren erhaltene Produkt.
- Es wurde bereits weitgehend nacbgewiesen, , daß viele Formen der Verträglichkeitsreaktionen des Menschen gegenüber Milch auf eine Unverträglichkeit gegen die in der Milch zugegene Lactose zurückzuführen sind. Diese angeborene oder erworbene Unverträglichkeit wird durch das Fehlen des hydrolptischen Lactossenzyme (0-Calactoxydase) im Darm verursacht und verschwindet nach einer Diät, wälhrend welcher die Lactose quantitativ reduziert wurden Diese Unverträglichkeit wurde von Fois et al. (Acta Paed0Latina, 13,596,1961), Durand und Lamedica (Helv. Paed.Acta 17, (6), 395, 1962) et alO beschrieben Einige Industrien haben bereits versucht,eine Milch mit herabgesetztem Lactosegehalt herzustellene So hat beispielsweise Stimpson (USA-Patentschrift N4. 2 681 858, 1954, und 2 782 266, 1957) ein Verfahren zur hydrolytischen Umwandlung der Lactose in Galactose und Glucose mittels Hefe patentiert. Durch dieses Verfahren wird Jedoch der Geschmack der Milch verändert.
- De Koning wendet die Gelfiltraction an (The Neth.Milk and Dairy Journal, 16, 210-216, 1962), hierbei wird Jedoch ein vollständig entsalzenes Produkt erhalten.
- Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Entlactosierung basiert im wesentlichen auf zwei fundamentalen, an sich bereits bekannten physikalischen Prinzipien, nämlich der Ultrafiltration (UF) und der umgekehrten Osmose (OeT.) Die Ultrafiltration erfolgt bei mäßigem Druck (0,5-10 atü) durch poröse Membranen (z.B. CUT-OFF-MG 20.000) mit fast vollständiger Retention der Seroproteine, Jedoch Abtrennung der Substanzen mit einem Molekulargewicht von weniger als 20.000 (z.B. Lactose, Vitamine, Enzyme). Die umgekehrte Osmose basiert auf demselben Prinzip der Ultrafiltration, es werden jedoch höhere Irücke (z.B. 40-100 atü) und Membranen mit sehr kleiner Porosität (Porendurchmesser 2-5 A, z.B. eine NaCl-Retention von 98%), einer fast vollständigen Retent.ion der Lactose (MG-360,32) und anderer Substanzen mit niedrigem Molekulargewicht und Abtrennung von H2O und einigen Salzen (z.B.
- kleiner NaCl-Mengen verwendet. Auch bet der Osmose werden zwei getrennte Fraktionen erhalten. So können beispielsweise aus einer wässerigen Lösung, die Lactose, Salze und Substanzen mit relativ geringen Molekulerdurchmessern enthalt einerseits Lactose und andererseits Wasser, Salze und Substanzen mit geringem Molekulargewicht erhalten werden Hauptsäcgliches Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Diätmilch mit verändertem Lactosegehalt oder fast vollständig entfernter Lactose sowie eines Verfahrens zur Herstellung der Dlätmilch nach physikalischen Methoden ohne Zuhilfenahme chemischer Behandlungs.
- methoden und unter Vermeidung der Bildung von Glucose oder Galactose.
- Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Milchprodukts mit stark herabgesetztem Lactosegehalt, in welchem jedoch weiterhin die anderen Ausgangsprodukte der Milch enthalten sind.
- Diese und weitere, der folgenden Beschreibung deutlicher entnehmbare Ziele werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Diätmilch mit herabgesetztem Lactosegehalt erreicht, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Ausgangsmilch einer Ultrafiltration zwecks Gewinnung eines Konzentrates,bestehend aus dem nicht durch das Ultrafilter hindurchgetretenen Teil der Milch, und eines Permeats,bestehend aus d.em durch das Ultrafilter hindurchgetretenen Teil der Milch, unterworfen wird, daß wenigstens ein Teil des Konzentrates und Permeats mit so herabgesetztem Lactose gehalt vereinigt wird und daß das auf diese Weise erhaltene Produkt wenigstens einer Manipulationsbehandlung unterworfen wird.
- Erfindungsgemäß erfolgt die Herabsetzung des Lactosegehaltes im Konzentrat durch Waschen des Konzentrates.
- Des weiteren wird erfindungsgemäß der Lactosegehalt des Permeats aus der Ultrafiltration vorzugsweise dadurch herabgesetzt, daß man das Permeat einer umgekehrten Osmose unterwirft,wobei man ein Konzentrat des Permeats aus der Ultrafiltration,welches Wasser, Lactose, Salze und Substanzen mit niedrigem Molekulargewicht und ein zweites Permeat bestehend aus Wasser mit einem Gehalt an sehr wenigen Salzen erhält. Dieses zweite Permeat wird vorzugsweise für die Durchführung der verschiedenen Waschstufen des Konzentrates aus der Ultrafiltration verwendet.
- Erfindungsgemäß wird außerdem die Herabsetzung des Lactosegehaltes im Konzentrat aus der umgekehrten Osmose durch vorzugsweise aufeinanderfolgende VerdampfungseSund Kristallisierstufen erreicht.
- Die Erfindung umfaßt vorzugsweise eine eventuelle nachfolgende enzymatische Behandlung der in Lösung im Konzentrat aus der umgekehrten Osmose verbliebenen Lactose durch Einwirkung von ß-Galactoxydase und Gal-l-P-Uridyl-Transferase vor der Vermischung oder Vereinigung der konzentrierten Lösung aus der umgekehrten Osmose mit dem gewaschenen Konzentrat aus der Ultrafiltration.
- Als Manipulationsbehandlung ist erfindungsgemäß der Zusatz von die Lactose ersetzenden Kohlehydraten (Saocharose, sacharin und/oder Malzdextrin) wie auch evt. die direkte Zerstäubung dieser Mischung zwecks Gewinnung eines pulverförmigen Produktes oder der Zusatz von Wasser aus der umgekehrten Osmose zwecks Gewinnung eines flüssigen Produktes und gegebenenfalls die Homogenisierung und Sterilisierung des Produktes oder eine Gefrierbehandlung, Lyophilisierbehandlung u.dgl. vorgesehen.
- Weitere Merkmale und Vorteile des errindungsgemäßen Verfahrens sind deutlicher.der folgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele, ohne die Erfindung auf diese zu beschränken, unter Hinweis auf die beiliegenden Zeichnungen zu entnehmen,wobei sich die Fig.1 auf das Beispiel 1 und die Fig.2 auf das Beispiel 2 bezieht.
- Außerdem werden in der Folge weitere Beispiele mit den betrefffenden Analysendaten angeführt,wobei die in den Zeichnungen gewählten Bezeichnungen beibehalten wurden.
- Beispiel 1: Eine Ausgangsmagermilch (Proteingehalt 3%, Lactosegehalt 5%)wird in an sich bekannter Weise einer Ultrafiltration unter Verwendung poröser Membranen mit Porendurchmessern von 20 2 (Angström) unterworfen,wobei unter einem Druck von 2 kg/cm2 gearbeitet wird. Aus dieser Ultrafiltration gewinnt man eine erste Fraktion (A I) (6%iges Proteinkonzentrat entsprechend der doppelten Konzentration der Ausgangsmilch,Lactosegehalt 2,5%; der Gehalt an anderen Substanzen ist,wie bei Lactose, um 50 herabgesetzt) und eine zweite Permeatfraktion (A II), bestehend aus einer Salzlösung enthaltend sehr wenig Proteine (unter o,l), eine Lactosemenge von 5% und dieselbe Menge an in der Ausgangsmilch enthaltenen Substanzen mit geringem Molekulargewicht.
- Das Permeat (A II) wird der umgekehrten Osmose unterworfen,die in an sich bekannten Membranfiltervorrichtungen durchgeführt wird, welche in diesem Falle Porendurchmesser in der Größenordnung von 4 R haben.Der Betrlebdruek beträgt 40-60 at.
- Aus dieser umgekehrten Osmose erhält man eine erste Fraktion (B I), bestehend aus einer konzentrierten wässerigen Lösung von Lactose (Gehalt 19,5%), aus welcher die Lactose leicht durch Kristallisation entfernt und industriell verwertet werden kann (eventuell unter Gewinnung des Wassers und von Salzen), und eine zweite Fraktion (B II), die nur aus Wasser, in der Milch enthaltenen Salzen und allen anderen natürlich in der Milch vorkommenden Substanzen mit Molekulargewichten und MolekulardurchRessern,die unter jenen der Lactose liegen, besteht.
- Erfindungsgemäß wird an dieser Stelle die erwähnte verdünnte Salzlösung (B II) zum Proteinkonzentrat A I hinzugefügt, um das Konzentrat zu verdünnen und den Proteingehalt und Lactosegehalt herabzusetzen. Des weiteren schlägt die Erfindung vor, das so verdUnnte Konzentrat A I weiter im-Zuge eines zum bereits erläuterten Zyklus vollkommen analogen Zyklus zu behandeln. Tatsächlich weist das verdünnte Konzentrat A I einen Proteingehalt von 3,2 und einen Lactosegehalt von 2,6% auf. Durch den zweiten Arbeitszyklus erfolgt eine weitere Herabsetzung des Lactosegehaltes. Bei Ultrafiltration des verdünnten Konzentrates A I werden neuerlich zwei Fraktionen erhalten, und zwar ein neues Konzentrat (6% Proteine, 1,3% Lactose) und ein Permeat bestehend aus Lactose, Wasser und Salzen,welche der umgekehrten Osmose unterworfen werden, um den Lactosegehalt weiter herabzusetzen.
- Wenn man im Konzentrat den gewünschten Lactosegehalt (o,5%) erreicht hat,so wird das Konzentrat mit den Fraktionen B II und anderen analogen Fraktionen aus vier verschiedenen Arbeitszyklen vermischt. Die verschiedenen,aus der Milch gewonnenen Wasser- und Salzfraktionen,die,wie erwähnt, dem Proteinkonzentrat mit herabgesetztem Lactosegehalt zugemischt worden waren, ergeben eine Milch mit folgenden Eigenschaften: Proteingehalt 2,9%, Lactosegehalt o,6%,wobei man unter Verwendung des Wassers und der Salze,die aus der Kristallisation der Lactose stammen, eine Menge an Diätmilch erhält,die der Menge der Ausgangsmilch weniger der Lactose und der Verarbeitungssalzen entspricht.
- Beispiel la: Die erste Ultrafiltration einer anderen Milchprobe mit einem Proteingehalt von 3,1% wird so weit geführt, bis das Konzentrat 12% Proteine enthält (etwa vierfache Konzentration) und folglich die Gewichtsmenge der Flüssigkeit und der Lactose etwa der Hälfte jener des Beispiels 1 entspricht.
- In diesem Falle sind zwei Arbeitszyklen,die in vollkommen gleicher Weise wie in Beispiel 1 beschrieben durchgeführt werden,ausreichend, um eine Milch von derselben Konzentration an Protein und Lactose wie im vorhergehenden Beispiel zu erhalten.
- Erfindungsgemäß wird also die aus der umgekehrten Osmose stammende Salzlösung benützt, um das aus der Ultrafiltration stammende Konzentrat im Kreislauf zuführen. Dies ist erforderlich, um eine Milch mit bekanntem und gewünschtem Lactosegehalt zu erhalten,da es aus physikalischen Gründen (Viskosität, osmotischer Druck) nicht möglich ist, mit nur einer ersten Ultrafiltration ein volumsmäßig derart reduziertes Proteinkonzentrat zu erhalten (beispielsweise mit einem Proteingehalt von mehr als 3o%), daß eine gewünschte geringe Restmenge an Lactose erzielt wird. Es ist deshalb notwendig, wenigstens eine zweite Ultrafiltration nach Verdünnung des Konzentrates in der angegebenen Weise vorzunehmen.
- Am Ende des Verfahrens wird das Produkt mit entsprechenden Mengen an Rahm vermischt, um ein milchähnliches Produkt zu bilden.Dieses Produkt wird schließlich vorzugsweise mit einer entsprechenden Menge Süßzucker versetzt,wonach unter entsprechendem Druck homogenisiert wird, um die nötige Feinverteilung der Zusatzprodukte zu erhalten,worauf schließlich das Produkt der Wärmebehandlung bzw.
- der Verpackung in Flaschen od.dgl. zugeführt wird.
- Aus den obigen Beispielen resultiert, daß das erfindungsgemäße Verfahren zu einer kontrollierten Herabsetzung des Lactosegehaltes in der Milch führt, in der jedoch alle anderen Komponenten weiterhin erhalten bleiben. Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Milchprodukt kann wahlweise gegebenenfalls mit geschmacksmodifizierenden Stoffen, wie etwa Kakao,Obstlyophilisierungsprodukten u.dgl. versetzt werden.
- Beispiel 2: 150 l Magermilch (L.M., 4,75% Lactose) werden auf etwa 1:5 konzentriert, wobei man ein konzentrat (C I) von 30 1 erhält, das dreimal mit enthärtetem Wasser gewaschen wid. Man erhält ein gewaschenes Endkonzentrat von do-l (C 4) (o,56% Lactose). Neben diesem Konzentrat werden 120 1 Permeat (P I) erhalten, wovon 108 1 der Osmosebehandlung (O-I) unterworfen werden, um 28 L Konzentrat (P 2; 17,65% Lactose) zu erhalten, das weiter durch Eindampfen auf 14 1 eingeengt wird, woraus sodann durch Kristallisation und Zentrifugierung 3,831 g fouchte Lactose (51% Fonchtigkeit) und 11.290 ml Mutterlauge (P 3) erhalten werden. Letztere wird sodann durch Eindampfen weiter eingeengt (1 : 2,62) und man erhält 4,200 ml, welche nach Kristallisation und Zentrifugieren weitere 3.899 g Lactose (Naßgewicht) und 1.456 ml Mutterlauge ( P 45; 18,50% Lactose) ergeben.
- Bei diesem Beispiel trat aufgrund der kleinen Produktionsmenge und der Probenahme ein Produktionsverlust auf.
- Tabelle I Analysendaten (g/loo gr) AOAC met.
- Probe Ges.N2 Lactose Asche pH Säuregrad Dornic L M 3,266 4,75 0,75 6,68 1,40 C 1 15,52 4,50 C 2 2,10 C 3 0,95 c 4 16,40 0,56 1,39 P 1 0,19 4,85 o,58 P 2 17.65 1,48 P 3 27,50 2.62 P4 S 18,50 9,60 aob,c, 3,28 o,29 0,56 6,74 1,1o Es wurden weitere Produktbeispiele in folgender Weise hergestellt: a) looo ml C4 wurden mit 48,5 ml P 4S, 85 g Saccharose + 5 g NaCl + loo ml Rahm mit 65 Fett versetzt. Die Mischung wurde direkt in einer Versuchssprühtrockenanlage getrocknet,wobei eine Pulvermenge erhalten wurde,die ausreichte, um 5 1 Milch zu bilden.In dieser Milch betrug der Prozentanteil an Lactose o-29ffi.
- b) Iooo ml C4 wurden mit den unter a) angeführten Substanzen versetzt,wobei jedoch die 48,5 ml P 4S vorher 3 h lang mit ß-Galactoxydase,blockiert in Cellulosetriacetatfaser behandelt wurden. Es konnte eine Umwandlung von 41% der Lactose erzielt werden und das Endprodukt hatte in diesem Falle einen Lactosegehalt von o,17%.
- c) looo ml C 4 wurden mit den unter a) angeführten Substanzen versetzt,wobei jedoch anstatt 85 g Saccharose 75 g Saccharose und 175 g Malzdextrin, gelöst in wenig H20,eingesetzt wurden.
- d) looo ml C 4 wurden mit den unter a) angeführten Substanzen versetzt,wobei Jedoch anstatt Saccharose 3 g (o,6%) Sacharin zugegeben wurden; die zu a) analoge Probe wurde nicht pulverisiert, sondern mit H20 aus der 0 I zu 5 1 aufbereitet, homogenisiert, sterilisiert und keimfrei verpackt. Nach zahlreichen Kontrollen zeigte sich, daß die Stabilität der in der Flüssigkeit suspendierten Proteine einwandfrei war.
- Obige Ausführungen lassen erkennen, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die eingangs gestellten Ziele vollinhaltlich erreicht werden Je nach dem in der ersten Ultrafiltration erzielten Konzentrationsgrad, der Anzahl und der Volumina der Waschstufen, des Konzentrationsgrades des durch O.Io oder auch durch konventionelle Methoden erhaltenen Permeates und der Qualität der kristallisierten Lactose ist es möglich, jeweils ein Milchprodukt mit dem gewünschten Lactosegehalt zu erhalten.
- In der Praxis können die Art der angewendeten Membranen sowie die Abmessungen der die Durchführung eines Arbeitszyklus des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglichenden Apparaturen von Mal zu Mal verschieden sein, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten.
Claims (12)
- P a t e n t a n s p r ü c h e :Verfahren zur Herstellung einer Diätmilch mit verändertem Lactosegehalt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß man die Ausgangsmilch einer Ultrafiltration zwecks Gewinnung eines Konzentrates,bestehend aus dem nicht durch das Ultrafilter hindurchgetretenen Teil der Milch, und eines Permeats,bestehend aus dem durch das Ultrafilter hindurchgetretenen Teil der Milch, unterwirft, daß man wenigstens einen Teil des Konzentrates und Permeats mit so herabgesetztem Lactosegehalt vereinigt und daß man das auf diese Weise erhaltene Produkt wenigstens einer Manipulationsbehandlung unterwirft.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lactosegehalt im Konzentrat durch Waschen des Konzentrates herabgesetzt wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, daß der Lactosegehalt des Permeats aus der Ultrafiltration dadurch herabgesetzt wird, daß man däs Permeat einer umgekehrten Osmose unterwirSt,wobei man ein Konzentrat des Permeats aus der Ultrafiltration,welches Wasser, Lactose, Salze und Substanzen mit niedrigem Molekulargewicht und ein zweites Permeat bestehend aus Wasser mit einem Gehalt an sehr wenigen Salzen erhält.
- 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Waschvorgang des Konzentrates aus der Ultrafiltration bzw.die Verschiedenen Stufen des Waschvorganges mit entionisiertem Wasser durchgeführt werden.
- 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Waschvorgang des Konzentrates aus der Ultrafiltration bzw.die verschiedenen Stufen des Waschvorganges mit dem erwähnten zweiten Permeat durchgeführt werden.
- 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Lactosegehalt im Konzentrat aus der umgekehrten Osmose im Zuge von vorzugsweise aufeinanderfolgenden Verdampfungs-und Kristallisationsstufen herabgesetzt wird.
- 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Vermischung oder Vereinigung der konzentrierten Lösung aus der umgekehrten Osmose mit dem gewaschenen Konzentrat aus der Ultrafiltration eine enzymatische Behandlung der in Lösung im Konzentrat aus der umgekehrten Osmose verbliebenen Lactose durch Einwirkung von ß-Galaxtoxydase und Gal-1-P-Uridyl-Transferase vorgenommen wird.
- 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekeenzeichnet-, daß als Manipulationsbehandlung der Zusatz von die Lactose ersetzenden Kohlehydraten (Saccharose, Sacharin und/oder Malzdextrin) wie auch evt. die direkte Zerstäubung dieser Mischung zwecks Gewinnung eines pulverförmigen Produktes oder der Zusatz von Wasser aus der umgekehrten Osmose zwecks Gewinnung eines flüssigen Produktes vorgenommen wird,
- 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,dadurcli gekennzeichnet, daß als Manipulationsbehandlung die Homogenisierung und Sterilisierung des Produktes oder eine Gefrierbehandlung, Lyophilisierbehandlung od.dgl. vorgenommen wird
- 10.Diätmilchprodukt mit verändertem Laotesegehalt, welches nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 erhalten wurde, dadurch gekennzeichnet, daß es als flüssiges Produkt oder zu einem flüssigen Produkt rückgebildetes Produkt einen Lactosegehalt,der von o,oi% bis 5% schwankt,aufweistO
- 11.Diätmilchpronkt nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß es als Flüssigprodukt, gefrorenes Produkt, pasteurisiertes oder sterilisiertes Produkt, pulverförmiges Produkt, lyophilisiertes Produkt u.dgl. vorliegt.
- 12.Diämilchprodukt nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet,daß es als Ersatz für die Lactose Kohlehydrate wie Maizdex trin und/oder Saccharose oder andere Zusätze für Diabetesk-ramke, wie Sacharin u. dgl., enthält.
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