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TECHNISCHES GEBIET
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Diese
Erfindung betrifft Milchprodukte, Verfahren zu deren Herstellung
und deren Verwendung, insbesondere bei der Käseherstellung.
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STAND DER TECHNIK
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Ein „Milchproteinkonzentrat" (MPC) ist ein Milchproteinprodukt,
bei dem mehr als 55%, bevorzugt mehr als 75%, des Trockenmaterials
Milchprotein ist und das Verhältnis
von Kasein- zu Molkeprotein etwa dasjenige von Milch ist. Solche
Konzentrate sind auf dem Fachgebiet bekannt. MPCs werden häufig mit
dem an „MPC" angefügten Prozentanteil
des Trockenmaterials in Form von Milchprotein beschrieben. Beispielsweise ist
MPC70 ein MPC mit 70% des Trockenmaterials als Milchprotein.
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Der
Begriff „Milchproteinisolat" (MPI) bezieht sich
auf eine Milchproteinzusammensetzung, die einen im wesentlichen
nicht-geänderten
Anteil an Kasein- zu Molkeproteinen umfaßt, wobei das Trockenmaterial
aus mehr als 85% Milchprotein besteht. Solche Isolate sind auf dem
Fachgebiet bekannt.
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Diese
Produkte unterscheiden sich von Milchkonzentraten, indem sie einen
hohen Protein- und
einen geringen Fettgehalt und Lactosegehalt aufweisen. Sie unterscheiden
sich von Magermilchkonzentraten, indem sie einen hohen Protein-
und einen geringen Lactosegehalt aufweisen.
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Eine
Verwendung für
MPC und MPI ist in der Käseherstellung.
Durch Zugabe dieser, um die Proteinkonzentration von in der Herstellung
von Käse
verwendeter Milch zu erhöhen,
kann die Käseherstellung
gleichmäßiger und
effizienter gemacht werden.
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Unter
Verdampfung und Trocknung ist es möglich, getrocknetes MPC und
MPI zu erhalten. Das Hauptproblem bei der Herstellung eines getrockneten
Milchproteinkonzentrats mit hohem Proteingehalt ist, daß solche
Produkte im allgemeinen bei kalten Temperaturen sehr unlöslich sind.
Das ist insbesondere ein Problem, wo der Milchproteingehalt 85%
oder mehr ist. Jedoch sogar bei Milchproteingehalten von so wenig
wie 70% ist dies ebenfalls ein Problem. Zusätzlich nimmt die Löslichkeit
bei allen Temperaturen bei der Lagerung ab.
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Ebenfalls
diese getrockneten Produkte leiden unter dem Nachteil, daß sie mit
der Bildung von Brocken im Käse
verbunden sind. Brocken sind dünne
Proteingele einer unterschiedlichen Farbe im Käse. Brockenbildung ist durchweg
ein Problem, wenn getrocknetes MPI mit 85% Trockenmaterial in Form
von Milchprotein verwendet wird.
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Brockenbildung
tritt bei einigen, jedoch nicht allen Gelegenheiten auf, wenn ein
getrocknetes MPC mit 70% Trockenmaterial in Form von Milchprotein
verwendet wird. Diese Probleme können
durch Verwendung erhöhter
Temperaturen nach Mischen des getrockneten MPC oder MPI mit der
Milch überwunden
werden. Jedoch fügt
dies dem Käseherstellungsverfahren
einen zusätzlichen
Schritt bei.
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WO 01/41578 , die unter Artikel
54(3) EPÜ fällt, beschreibt
Verfahren zum Herstellen von getrocknetem MPC oder MPI unter Verwendung
einer Calciumentfernung durch eines von (1) Verwendung eines Kationenaustauschers,
(2) Ansäuerung
und Dialyse und (3) Chelatbildung. Jedoch verbleibt eine Notwendigkeit
für ein einfaches
Verfahren zum Herstellen von getrocknetem MPC und MPI mit guten
Löslichkeitseigenschaften,
da diese Verfahren entweder zusätzliche
Verarbeitungsschritte oder die Zufügung von Chelatbildungsagentien einschließen.
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WO 00/51440 offenbart ein
Verfahren zum Herstellen von MPC mit guter Löslichkeit.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren
zum Herstellen eines getrockneten Milchproteinprodukts mit verbesserten
Löslichkeitseigenschaften
und/oder einer verminderten Tendenz, eine Brockenbildung bei der
Käseherstellung
zu veranlassen, bereitzustellen, ohne die Notwendigkeit zur Verwendung
eines Kationenaustauschers, der Ansäuerung oder der Zugabe von
Chelatbildungsagentien, oder wenigstens der Öffentlichkeit eine geeignete
Auswahl bereitzustellen.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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In
einer Erscheinung liefert die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen
eines getrockneten MPC- oder MPI-Produkts mit verbesserter Löslichkeit,
welches umfaßt:
- (a) Bereitstellen eines MPI oder MPC mit wenigstens
70% Trockenmaterial als Milchprotein in wäßriger Lösung/Suspension;
- (b) Zugeben wenigstens eines einwertigen Salzes in einer Menge,
die eine verbesserte Löslichkeit
auf das Produkt, wenn es getrocknet ist, überträgt; und
- (c) Trocknen des Produktes,
wobei die Menge an zugegebenem
Kation 0,013–0,30
mol Kation pro 100 g Protein ist.
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Bevorzugt
schließen
dieses Verfahren und andere Verfahren der Erfindung zwischen den
Salzzugabe- und Trocknungsschritten einen Entwässerungsschritt, bevorzugt
unter Verwendung einer Verdampfung, ein.
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Der
Begriff „verbesserte
Löslichkeit" bezieht sich auf
die Eigenschaft eines Produkts, welches bei Rekonstitution in eine
5% w/v-Lösung
ein geringeres Sediment bei Zentrifugation für 10 Minuten bei 700 g in bezug
auf das entsprechende Produkt ohne Salzbehandlung liefert. Beispielsweise
kann die verbesserte Löslichkeit
eine Löslichkeit
bei 20°C
sein, wo es weniger als 5% Sediment bei Zentrifugation für 10 Minuten
bei 700 g gibt.
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Zusätzlich oder
alternativ kann die verbesserte Löslichkeit demonstrierbar sein
in einem Bereich von Temperaturen unterhalb von 60°C. In einigen
Fällen
wird die verbesserte Löslichkeit
eine verbesserte Löslichkeit
folgend einer Lagerung sein. Die besondere Eigenschaft kann nicht
leicht unmittelbar nach Herstellung meßbar sein, wird jedoch anschließend offensichtlich.
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In
einer weiteren Erscheinung wird das einwertige oder zweiwertige
Salz direkt der Magermilch zugegeben, die verwendet wird, um das
MPI oder MPC herzustellen. Somit liefert die Erfindung ein Verfahren
zum Herstellen eines getrockneten MPC- oder MPI-Produktes mit verbesserter
Löslichkeit,
welches umfaßt:
- (a) Bereitstellen einer Magermilch in der Form
einer wäßrigen Lösung/Suspension;
- (b) Zugeben wenigstens eines einwertigen Salzes;
- (c) Konzentrieren der erhaltenen Lösung durch Ultrafiltration,
optional mit Diafiltration, um ein MPI oder MPC mit wenigstens 70
Trockengewichtsprozent als Protein zu bilden, und
- (d) Trocknen, um ein getrocknetes Produkt mit verbesserter Löslichkeit
herzustellen,
wobei die Menge an zugegebenem Kation 0,013–0,30 mol
Kation pro 100 g Protein ist.
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In
dem Verfahren dieser Erscheinung der Erfindung ist die Menge an
verwendetem Salz größer, um einen
Verlust während
der Ultrafiltration und irgendeiner Diafiltration zu erlauben. Dies
kann so berechnet werden, daß das
Verhältnis
von zugegebenem Salz zu Protein zum Zeitpunkt der Trocknung äquivalent
ist zu demjenigen in der ersten Erscheinung der Erfindung an der
gleichen Stufe.
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In
einer weiteren Erscheinung wird das einwertige Salz während der
Diafiltration zugegeben. Somit wird ein Verfahren zum Herstellen
eines getrockneten MPC oder MPI mit verbesserter Löslichkeit
bereitgestellt, welches umfaßt:
- (a) Bereitstellen einer Magermilchlösung in
der Form einer wäßrigen Lösung/Suspension;
- (b) Konzentrieren der Magermilch durch Ultrafiltration, mit
Diafiltration, um ein MPI oder MPC mit wenigstens 70 Trockengewichtsprozent
als Protein zu bilden;
- (c) Trocknen, um ein getrocknetes Produkt mit verbesserter Löslichkeit
herzustellen,
wobei das Diafiltrationsmedium wenigstens
ein einwertiges Salz umfaßt
und das gebildete MPC oder MPI 0,013–0,30 mol an zugegebenem Kation
pro 100 g Protein enthält,
wobei das Diafiltrationsmedium wenigstens ein einwertiges Salz umfaßt. Wiederum
kann das Verhältnis
von zugegebenem Salz zu Protein zum Zeitpunkt der Trocknung so berechnet
werden, um das gleiche zu sein, wie dasjenige in der ersten Erscheinung
der Erfindung.
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In
einer weiteren Erscheinung wird das einwertige Salz zum MPC oder
MPI während
oder nach dem Entwässerungsschritt
zugegeben, welcher den Wassergehalt des MPI oder MPC reduziert,
jedoch das Produkt nicht trocknet. Somit wird ein Verfahren zum
Herstellen eines getrockneten MPC oder MPI mit verbesserter Löslichkeit
bereitgestellt, welches umfaßt:
- (a) Bereitstellen eines MPI oder MPC mit wenigstens
70% Trockenmaterial als Milchprotein in wäßriger Lösung/Suspension;
- (b) Entfernen eines Teils des Wassers aus dem MPC oder MPI;
- (c) Zufügen
zum konzentrierten MPC oder MPI wenigstens eines einwertigen Salzes
in einer Menge, die Löslichkeit
auf das Produkt überträgt;
- (d) Trocknen des Produktes;
wobei die Menge an zugegebenem
Kation 0,013–0,30
mol Kation pro 100 g Protein ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Entwässerungsschritt
ein Verdampfungsschritt.
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Jeder
der obigen Erscheinungen der Erfindung ist die Zugabe eines eßbaren einwertigen
Salzes gemeinsam. Bevorzugte Salze sind Natrium- und Kaliumsalze,
bevorzugt Chloride. Natriumsalze sind gegenwärtig bevorzugt, insbesondere
Natriumchlorid. Zweiwertige Salze können zusätzlich zugegeben werden, einschließlich Calciumsalze.
Salze, die verwendet werden können,
schließen
Mg-, Fe- und Zn-Salze ein.
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Das
MPC oder MPI kann durch herkömmliche
Verfahren unter Verwendung von Ultrafiltration, optional mit Diafiltration,
hergestellt werden. Die Entwässerungs-
und Trocknungsschritte können
ebenfalls solche sein, die herkömmlicherweise
verwendet werden.
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Das
Ausgangsmaterial ist bevorzugt frisch hergestelltes MPI oder MPC
in wäßriger Lösung/Suspension,
im Gegensatz zu einer Rekonstitution und Trocknung desselben. Jedoch
ist es ebenfalls möglich,
MPC oder MPI mit schlechten Rekonstitutionseigenschaften wiederherzustellen
und das Verfahren der Erfindung zu verwenden, um seine Eigenschaften
zu verbessern. Aufgrund der schlechten Rekonstitutionseigenschaften wird
die Rekonstitution bei einer Temperatur durchgeführt, die ausreichend ist, um
es löslich
zu machen, beispielsweise 50°C.
Jedoch kann folgend der Verarbeitung gemäß der Erfindung eine verbesserte
Löslichkeit
bei geringerer Temperatur erhalten werden.
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Durch
Manipulation der Auswahl von Natrium oder Kalium, oder des pH-Werts
des Retentats nach Ultrafiltration und Diafiltration, ist es möglich, das
Aroma des Produktes zu variieren. Typischerweise wäre der verwendete
pH-Wert im Bereich von 6,2–7,0.
Für einige
Fälle wird
es ebenfalls geeignet sein, Mikronährstoffkationen zusätzlich zu
Natrium oder Kalium bereitzustellen.
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Die
in der Erfindung verwendeten Trocknungsmethoden schließen thermische
Fallfilmverdampfung und Sprühtrocknung
ein. Eine Trocknung kann durch Entwässerung fortfahren.
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Der
Begriff „Magermilch" schließt Magermilch
ein, welche einer gewissen Vorbehandlung unterzogen worden ist,
die die Eigenschaften von Kasein- zu Molkeproteinen nicht wesentlich ändert.
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Ein
Beispiel einer solchen Vorbehandlung würde beispielsweise eine pH-Behandlung
oder eine Ionenaustauschbehandlung einschließen. Jedoch ist Magermilch,
insbesondere frisch hergestellte Magermilch, ein bevorzugtes Ausgangsmaterial.
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Es
wird erwähnt,
daß der
Begriff „Zugabe
eines einwertigen oder zweiwertigen Salzes" Verfahren zum indirekten Erhöhen des
Salzgehaltes einschließt,
beispielsweise durch Zugabe einer Base, wie Natriumhydroxid oder
Kaliumhydroxid, nach der Zugabe eines Puffers, die nicht selbst
aus ein- und zweiwertigen Salzen zusammengesetzt ist.
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Die
Menge an zuzugebendem einwertigen Salz ist im allgemeinen eine Menge,
die eine Zunahme des Verhältnisses
von Kation zu Protein von 0,013–0,30
mol pro 100 g Protein, bevorzugt 0,035–0,25 mol pro 100 g Protein,
am bevorzugtesten 0,035–0,10
mol pro 100 g Protein bereitstellt. Für zweiwertige Salze ist die
zuzugebende Menge geringer – 0,004–0,15 mol
pro 100 g Protein, bevorzugt 0,006–0,080 mol pro 100 g Protein.
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Die
Löslichkeitseigenschaften
der Produkte des Verfahrens der Erfindung machen das resultierende getrocknete
MPC und MPI vorteilhaft für
der Herstellung einer Vielzahl von Produkten. Beispielsweise ermöglicht die
verbesserte Löslichkeit
eine leichtere Verwendung bei der Herstellung von Getränken. Ebenfalls
können
das getrocknete MPC und MPI der Erfindung vorteilhaft bei der Käseherstellung
zur Vermeidung der Brockenbildung verwendet werden.
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Es
wird erwähnt,
daß man
durch Änderung
der Trocknungsbedingungen beträchtliche Änderungen
bezüglich
der Löslichkeit
des getrockneten Pulvers machen kann. Im allgemeinen resultiert
eine höhere
Auslaßtemperatur
in einer Abnahme der Löslichkeit
und einer Reduktion der funktionellen Eigenschaften des getrockneten
Pulvers. Es wird erkannt, daß man
durch Manipulation der Trocknungsbedingungen den Effekt verbessern
oder reduzieren kann, den die Salzzugabe auf die funktionellen Eigenschaften
des hergestellten Pulvers hat.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Graph der Kaltwasserlöslichkeit
von rekonstitutiertem MPC 85, hergestellt mit und ohne zugegebene
Natriumionen in einem Bereich von Hydratisierungszeiten (mit und
ohne Lagerung bei 40°C
für 7 Tage).
⦁ Frisch,
zugefügtes
Natrium; o Frisch, kein zugegebenes Natrium;
Gelagert,
zugegebenes Natrium; Δ gelagert,
kein zugegebenes Natrium.
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2 ist
ein Graph der Löslichkeit
des MPC (über
einen Bereich von Rekonstitutionstemperaturen), hergestellt in einem
Ansatz mit größerem Maßstab, mit
und ohne zugegebene Natriumionen in einem Bereich von Temperaturen.
o
Frisch, zugegebenes Natrium; ⦁ Frisch, kein zugegebenes
Natrium;
⎕ Gelagert bei 40°C für 7 Tage, zugegebenes Natrium; ∎ Gelagert
bei 40°C
für 7 Tage,
kein zugegebenes Natrium;
Δ Gelagert
bei 40°C
für 1 Monat,
zugegebenes Natrium;
Gelagert
bei 40°C
für 1 Monat,
kein zugegebenes Natrium;
o Kontrollpulver, gelagert bei 40°C für 7 Tage
und in Salzwasser rekonstituiert.
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3 zeigt
Elektronenmikrophotographien vom Kontroll- und kationenverstärkten MPC85-Pulvern (0,045 mol
Natrium/100 g Protein), hergestellt auf einer kommerziellen Anlage,
die bei 40°C
für unterschiedliche
Zeitdauern gelagert wurden.
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4 zeigt
den Effekt der Lagerung bei 40°C
auf die Löslichkeit
von MPC85-Pulvern mit zunehmenden Konzentrationen an zugegebenem
Kation (⦁-Probe E (Kontrolle); ∎-Probe f (0,06
mol/100 g Protein);
-Probe
G (0,10 mol/100 g Protein)), rekonstituiert in Wasser bei 20°C.
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5 zeigt
den Effekt der Lagerung bei 40°C
auf die Löslichkeit
von MPC85-Pulvern mit zunehmenden Konzentrationen an zugegebenem
Kation (⦁-Probe E (Kontrolle); ∎-Probe F (0,06
mol/100 g Protein);
-Probe
G (0,10 mol/100 g Protein)), rekonstituiert in Wasser bei 30°C.
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6 zeigt
den Effekt der Lagerung bei 40°C
auf die Löslichkeit
von MPC85-Pulvern mit zunehmenden Konzentrationen an zugegebenem
Kation (⦁-Probe E (Kontrolle); ∎-Probe F (0,06
mol/100 g Protein);
-Probe
G (0,10 mol/100 g Protein)), rekonstituiert in Wasser bei 40°C.
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7 zeigt
den Effekt der Lagerung bei 40°C
auf die Löslichkeit
von MPC 70-Pulvern mit zunehmenden Konzentrationen an zugegebenem
Kation (⦁-Probe J (Kontrolle); ∎-Probe I (0,06
mol/100 g Protein);
-Probe
J (0,11 mol/100 g Protein)), rekonstituiert in Wasser bei 20°C.
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8 zeigt
den Effekt der Lagerung bei 40°C
(geschlossene Symbole sind frisch; offene Symbole mit zweiwöchiger Lagerung)
auf die Löslichkeit
von MPC85-Pulvern mit (⦁-Probe K) und ohne (∎-Probe
E) zugegebene Natriumkationen (0,030 mol/100 g Protein), rekonstituiert
in Wasser über
einen Temperaturbereich.
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9 zeigt
den Effekt der Lagerung bei 40°C
(geschlossene Symbole sind frisch; offene Symbole sind nach zweiwöchiger Lagerung)
auf die Löslichkeit
von MPC85-Pulvern mit (⦁-Probe L) und ohne (∎-Probe
E) zugegebene Kaliumkationen (0,030 mol/100 g Protein), rekonstituiert
in Wasser über
einen Bereich von Temperaturen.
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10 zeigt
den Effekt der Lagerung bei 40°C
(geschlossene Symbole sind frisch; offene Symbole sind nach zweiwöchiger Lagerung)
auf die Löslichkeit
von MPC85-Pulvern mit (⦁-Probe M) und ohne (∎-Probe E)
zugegebene Kaliumkationen (0,023 mol/100 g Protein), rekonstituiert
in Wasser über
einen Bereich von Temperaturen.
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11 zeigt
den Effekt der Lagerung bei 40°C
(geschlossene Symbole sind frisch; offene Symbole sind nach zweiwöchiger Lagerung)
auf die Löslichkeit
von MPC85-Pulvern mit (⦁-Probe N) und ohne (∎-Probe A)
einer Mischung von zugegebenen Kaliumkationen (0,031 mol/100 g Protein)
und Calciumkationen (0,006 mol/100 g Protein), rekonstituiert in
Wasser über
einen Bereich von Temperaturen.
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12 zeigt
die Löslichkeits/Pulverlagerprofile
eines kommerziellen MPC85-Pulvers (
)
und des gleichen kommerziellen MPC85-Pulvers, das bei 50°C rekonstituiert
worden ist, zugefügte
Natrium und Kaliumkationen aufwies (Gesamtkationenzugabe von 0,221
mol pro 100 g) und dann wieder getrocknet wurde (⦁) (Probe O – Tabelle
1).
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13 ist
ein schematisches Diagramm einer Kationen-verstärkten MPC-Herstellung.
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BEISPIELE
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Die
folgenden Beispiele veranschaulichen die Praxis der Erfindung weiter.
Tabelle 1 zeigt die Menge des zugegebenen Kations der in den Beispielen
beschriebenen Proben A-O. Tabelle 1. Die zugegebene Kationenzusammensetzung
der in den Beispielen beschriebenen experimentellen MPC-Pulver.
| Pulverart
und | Mol an zum
MPC-Retentat zugegebenem Kation (als Chlorid) |
| Proben-Nummer | Na
(Mol/100 g Protein) | K
(Mol/100 g Protein) | Ca
(Mol/100 g Protein) |
| (A)
MPC85 | 0,05 | | |
| (B)
MPC85-Kontrolle
bei kleinem Maßstab | | | |
| (C)
MPC85 in großem Maßstab | 0,045 | | |
| (D)
MPC85-Kontrolle
in großem
Maßstab | | | |
| (E)
MPC85-Kontrolle
im Pilotmaßstab | | | |
| (F)
MPC85 im Pilotmaßstab | 0,06 | | |
| (G)
MPC85 im Pilotmaßstab | 0,10 | | |
| (H)
MPC70-Kontrolle
im Pilotmaßstab | | | |
| (I)
MPC70 im Pilotmaßstab | 0,06 | | |
| (J)
Pilotmaßstab
0 | 0,11 | | |
| (K)
MPC85-Pilotmaßstab | 0,030 | | |
| (L)
MPC85-Pilotmaßstab | | 0,030 | |
| (M)
MPC85-Pilotmaßstab | | 0,023 | |
| (N)
MPC85-Pilotmaßstab | | 0,031 | 0,006 |
| (O)
MPC85 im kleinen Maßstab | 0,081 | 0,140 | |
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BEISPIEL 1 Demonstration eines Verfahrens
im kleinen Maßstab
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Ein
MPC-Retentat wird hergestellt, wenn Magermilch einer Konzentrierung
an einer Ultrafiltrations- (oder einer Mikrofiltrations)membran
(Koch S4 HFK 131-artige Membranen mit einer nominellen Molekularabtrennung
von 10.000 Dalton) unterworfen wird, um ein MPC-Retentat herzustellen.
Unabhängig
von dem verwendeten Konzentrationsfaktor wird das MPC-Retentat einen
Proteingehalt im Bereich von 42 bis 85% des Trockenmaterials als
Milchprotein aufweisen.
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Kommerziell
hergestelltes MPC85-Retentat (20% w/w Gesamtfeststoffe) von Anchor
Products Hautapu Neuseeland wurde erhalten und in zwei Chargen von
5 Litern aufgeteilt.
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Zu
einer Charge wurden Natriumionen, in der Form ihrer Chloridsalze,
zu dem Retentat im gleichen Protein:Natrium-Verhältnis zugegeben, wie es in
Magermilch gefunden wird (0,05 mol/100 g Protein). 30,91 g NaCl
aufgelöst
in 100 ml deionisiertem Wasser wurden zu 5 Litern Retentat zugegeben
und bei 40°C
für 90 Minuten
vermischt.
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Die
zweite Charge wurde als eine Kontrolle verwendet. Zu der Kontrollcharge
(5 Liter Retentat) wurden 100 ml deionisiertes Wasser zugegeben
und bei 40°C
für 90
Minuten vermischt.
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Beide
Retentatchargen wurden an einem Laborsprühtrockner getrocknet. Die Trocknerbetriebsparameter
waren: Einlaßlufttemperaturen
190°C; Auslaßlufttemperatur
90°C.
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Die
Kaltwasserlöslichkeit
des Pulvers wurde bei 20°C
bestimmt. Eine 5% w/w Lösung
wurde jeweils in kaltem Wasser (20°C) hergestellt. Proben wurden
für eine
Rekonstitution von 30, 60, 120, 280 und 455 Minuten extrahiert und
in einer Zentrifuge bei 700 g für
10 Minuten gedreht. Der Gesamtfeststoffgehalt der überstehenden
Flüssigkeit
jeder Probe wurde mit dem Gesamtfeststoff der Rohlösung verglichen,
um eine prozentuale Löslichkeit
zu ergeben. Diese Daten wurden aufgetragen, um ein Kaltwasserlöslichkeitsprofil
zu ergeben, das in 1 gezeigt ist. Das Kationen-verstärkte Produkt
(Probe A – Tabelle
1) war löslicher
als die Kontrolle (Probe B – Tabelle
1). Der Effekt war nach Lagerung für 7 Tage bei 40°C ausgeprägter (siehe 1).
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BEISPIEL 2 – Demonstration des Verfahrens
mit größerem Maßstab
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Ein
Ansatz mit größerem Maßstab wurde
durchgeführt,
um 60 kg an MPC85-Pulver mit einem zugegebenen Salz (NaCl), um eine
zugegebene Endnatriumkonzentration im Pulver von 0,045 mol/100 g
Protein (Probe C – Tabelle
1) zu ergeben, und 60 kg einer MPC85-Kontrolle ohne Salzzugabe (Probe D – Tabelle
1) herzustellen.
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Der
Ansatz wurde durchgeführt
durch Pumpen einer Salzlösung
(20% w/w NaCl) in ein MPC85-Retentat vor Verdampfung und Trocknung.
Die Zugabe der Salzlösung
verdünnte
das Retentat um etwa 0,5%. Die Salzlösung wies eine Kontaktzeit
mit dem Retentat in dem Leitungssystem vor dem Verdampfer von etwa 5–10 Minuten
auf.
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Die
Pulver werden bei 40°C
in versiegelten Folienbeuteln gelagert. 40°C ist eine Temperatur, die ein Pulver
typischerweise während
eines Transports erreichen kann, insbesondere in den Laderäumen von
Schiffen und an Kais und in Warenhäusern unter warmen klimatischen
Bedingungen. Verschlechterungsreaktionen der Pulver erfolgen bei
einer schnelleren Geschwindigkeit bei 40°C als bei geringeren Temperaturen.
Zeitmaßstäbe für Unterschiede
der Pulver bei geringeren Temperaturen, wie bei 20°C, werden
wahrscheinlich in einer Größenordnung
länger
sein. Gemäß Labuza
(in An integrated approach to food chemistry: Illustrative cases. In
Food Chemistry, Fenema, O. (Hrg.), Seiten 913–938, (1985)) kann eine Lagerdauer
von einem Monat bei 40°C äquivalent
sein zu einer Lagerdauer von 18 Monaten bei 23°C für dehydratisierte Nahrungsmittel.
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Die
Temperaturlöslichkeitsprofile
wurden erhalten durch Mischen von Proben der Pulver in Wasser für 30 Minuten
bei einem Bereich von Temperaturen und dann Zentrifugieren bei 700
g für 10
Minuten. Die Löslichkeit
wurde durch Vergleich der überstehenden
Gesamtfeststoffe mit den Rohlösungsgesamtfeststoffen
wie in Beispiel 1 bestimmt.
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Das
Löslichkeitsprofil
der Pulver, die in einem großen
Maßstab
hergestellt wurden, war etwas verschieden von den Pulvern, die auf
einem Pilotanlagenmaßstab
und einem kleinen Maßstab
hergestellt wurden. Dieser Unterschied ist wahrscheinlich aufgrund
der Verwendung von unterschiedlichen Trocknern. Kein Unterschied
bezüglich
der Löslichkeit
wurde zwischen den Löslichkeits-/Temperatur-Profilen
der frischen Pulver mit zugegebenem Salz und den frischen Kontrollpulvern
mit keinem zugegebenen Salz detektiert.
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Ein
Unterschied wurde beobachtet, nachdem die Pulver bei 40°C für 7 Tage
gelagert worden waren, wobei das mit Kationen verstärke Pulver
eine beträchtliche
Verbesserung der Löslichkeit
verglichen mit dem Kontrollpulver zeigte. Die Ergebnisse sind in 2 gezeigt.
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Nach
Lagerung des Pulvers bei 40°C
für einen
Monat ist der Unterschied sogar noch deutlicher. Beispielsweise
weist bei einer Rekonstitutionstemperatur von 50°C das Kationenverstärkte Pulver
eine Löslichkeit von
95% auf, wohingegen das Kontrollpulver eine Löslichkeit von weniger als 46%
aufwies.
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Die
Transmissionselektronenmikroskopiebilder, die in 3 gezeigt
sind, demonstrieren ebenfalls die Stabilität der Kationen-verstärkten Pulver.
Man kann klar erkennen, daß das
Protein (schwarz gefärbt
in den Bildern) im Kontrollpulver sich bei Lagerung bei 40°C verändert, wohingegen
die Morphologie des Kationen-verstärkten Pulvers konstant bleibt.
Die Folgerung dieser Bilder ist, daß das Protein in den Kationen-verstärkten Pulvern
seine funktionellen Eigenschaften länger als Standardpulver mit
hohem Proteingehalt bewahrt.
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Die
verbesserte Löslichkeit
bei Lagerung (sogar bei großem
Maßstab)
wird ein konsistenteres Produkt erlauben, das Verbraucher erreicht,
und liefert das Pulver mit stärkerer
Robustheit in bezug auf Temperaturfehlbehandlung während Transport
und Lagerung vor der Verwendung.
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BEISPIEL 3 – Zugabe von Kationen – Kationen
nach dem Trocknungsverfahren
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Dieses
Experiment wurde durchgeführt,
um zu bestimmen, ob die verbesserte Löslichkeit der gelagerten Pulver
aus Beispiel 2 einfach durch Zugabe von Salz zu getrocknetem MPC85
verdoppelt werden könnte. Eine
Probe von 10 g des gelagerten (7 Tage bei 40°C) Kontrollpulvers (Probe D – Tabelle
1) wurde in einer 190 g Lösung
(30°C) enthaltend
die gleiche Menge an aufgelöstem
Salz (0,2288 g) aufgelöst,
die zugegeben werden würde,
wenn 10 g des Kationen-verstärkten
Pulvers aufgelöst
worden wären.
Die Zusammensetzung dieser Kontrolllösung mit zugegebenem Salz war
daher nicht verschieden von einer Lösung eines Kationen-verstärkten Pulvers.
Die Löslichkeit
der gelagerten Kontrollprobe war nicht verschieden, ob aufgelöst in einer
Salzlösung
(53,34% w/w) oder aufgelöst
in reinem Wasser (53,68% w/w). Dieses Experiment zeigt, daß überraschenderweise
die Zugabe von Salz vor dem Trocknen notwendig ist, um die verbesserte
Löslichkeit
zu übertragen.
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BEISPIEL 4 – Effekt zur Erhöhung der
Kationenkonzentration
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Die
Experimente, die MPC85 mit zugegebenen Kationen herstellen (Bezugnahme
auf Proben E, F und G – Tabelle
1) zeigen, daß der
Effekt der Kationenzugabe ausgeprägter ist mit zunehmender Kationenkonzentration
(4 bis 6). Bei geringer Kationenkonzentration
ist der Effekt auf die Löslichkeit
in frischen Pulvern minimal, jedoch zeigen bei Lagerung diese Pulver
eine verbesserte Löslichkeit,
insbesondere bei hohen Temperaturen. Pulver mit höheren Kationenkonzentrationen
zeigen eine verbesserte Löslichkeit,
sogar bei frischen Pulvern und bei geringen Temperaturen.
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BEISPIEL 5 – Kationen-Verstärkung für MPC70
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In
diesem Experiment wurden Natriumkationen in zwei unterschiedlichen
Gehalten zu MPC70-Retentat vor dem Trocknen (Proben I und J – Tabelle
1) zugegeben. Ein Kontrollpulver (Probe H – Tabelle 1) ohne zugegebene
Kationen wurde ebenfalls aus der gleichen Retentatcharge hergestellt.
Die Profile der Löslichkeit bei
20°C/Lagerstabilität für diese
Pulver sind in 7 gezeigt. Wie für die Kationenzugabe
bei MPC85 nimmt der Effekt auf die Löslichkeit mit Lagerzeit und
mit zunehmender Kationenkonzentration zu.
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BEISPIEL 6 – Vergleich von unterschiedlichen
einwertigen Spezies
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Der
positive Effekt der Kationenzugabe zur Verstärkung der Löslichkeit von MPC wird durch
Vergleich der Löslichkeitslagerfiguren
(8 bis 10) für Natrium-verstärkte (Tabelle
1 – Probe
K) und Kalium-verstärkte
(Tabelle 1 – Proben
L und M) Pulver gezeigt, die mit der gleichen molaren Zugabe von
Kationen und der gleichen Masse an zugegebenen Salz pro 100 g Protein
hergestellt wurden. Diese Figuren zeigen, daß unterschiedliche Spezies
an einwertigen Kationen sehr ähnlicher
Effekte auf die Löslichkeits/Lager-Eigenschaften
der MPC-Pulver haben.
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BEISPIEL 7 – Zweiwertige Kationenzugabe
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Das
Löslichkeits/Lager-Profil
(11) für
Pulver N (Bezugnahme Tabelle 1) zeigt, daß es mit der beschriebenen
Technologie möglich
ist, zweiwertige Kationen zuzugeben, in Kombination mit einem einwertigen Kation,
ohne einen schädlichen
Effekt auf die Löslichkeit
von frischem Pulver, das in Wasser zwischen 20–40°C rekonstituiert wird, zu haben.
Bei Lagerung bei 40°C
zeigt das zweiwertige verstärkte
Pulver verbesserte Löslichkeitseigenschaften,
wenn es bei 40°C
rekonstituiert wird, gegenüber
dem Kontrollpulver. Die verbesserten Löslichkeitseigenschaften wurden
bei Rekonstitutionstemperaturen von 20°C oder 30°C nicht beobachtet.
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BEISPIEL 8 – Umwandlung von schlechtem
Pulver zu gutem Pulver
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In
diesem Beispiel wurde ein kommerzielles MPC85-Pulver bei 50°C rekonstituiert,
wies Natrium- (0,081 mol/100 g) Protein und Kalium-(0,14 mol/100
g Protein) Ionen auf (in der Form ihrer Chloridsalze) und wurde
dann wieder getrocknet, um ein Kationen-verstärktes Pulver (Probe O in Tabelle
1) zu ergeben. 12 zeigt, daß verglichen zum Basisausgangspulver
das Kationen-verstärkte
Pulver in ein MPC-Pulver mit einem beträchtlich verbesserten Kaltlöslichkeitsprofil
(20°C) umgewandelt
wurde. Die Löslichkeit
des umgewandelten Pulvers ist 88% frisch und 87% nach 7 Tagen Lagerung
bei 40°C,
verglichen mit 46 bzw. 53% Löslichkeit
für das
ursprüngliche
Pulver.
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Dieses
Beispiel zeigt, daß die
Beaufschlagung der hier beschriebenen Technologie einen alten Vorrat mit
schlechten Löslichkeitseigenschaften
in Pulver mit ausgezeichneter Löslichkeit
umwandeln kann.
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BEISPIEL 9 – Käsemilchausweitung
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Vier
MPC-Proben mit 85% Milchprotein wurden in der Käseherstellung getestet. 3,47
kg frische Magermilch enthaltend 4,38% Protein und 0,18% Fett waren
das Ausgangsmaterial. Frische Sahne (505 g) enthaltend 2,06% Protein
und 41,2% Fett wurde unter mittlerer Scherung zur frischen Magermilch,
die zuvor auf 32,5°C
gebracht worden war, zugegeben. Die resultierende Milchlösung enthielt
4,07% Protein und 5,36% Fett, wie es durch eine Milkoscan-Analyse
bestimmt wurde.
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Die
Milchlösung
wurde in vier Chargen aufgeteilt. Zu jeder Charge wurde ein unterschiedliches
MPC enthaltend 85% Protein zugegeben. Eine Charge erhielt die frische
Kontrolle MPC85 aus dem großen
Maßstab (Probe
D – Tabelle
1), eine zweite erhielt eine Kontrolle MPC85 aus dem großen Maßstab (Probe
D – Tabelle 1),
die bei 40°C
für 7 Tage
gelagert worden war. Die dritte Charge erhielt das frische verstärkte MPC85
aus dem großen
Maßstab
(Probe C – Tabelle
1), und die vierte Charge erhielt ein Kationen-verstärktes MPC85
aus dem großen
Maßstab
(Probe C – Tabelle
1), das bei 40°C
für 7 Tage
gelagert worden war. Die Rekonstitution wurde bei 4,5 bis 8,5°C durchgeführt.
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Alle
Pulver dispergierten in der Milch gut. Keine Probleme wurden bezüglich einer
Pulverklumpenbildung, einer Befeuchtung oder eines Schwimmens auf
der Oberfläche
der Milch beobachtet. Der pH-Wert aller rekonstituierten Milchproben
war ähnlich
mit einem pH-Wert
zwischen 6,5 bis 6,6, wenn bei 32,5°C gemessen wurde.
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Die
Käseherstellung
erfolgte durch ein Standardcheddar-Verfahren. Das verwendete Rennin
war Australian DS. Nach zwei Tagen wurden die Käsezubereitungen untersucht.
In den zwei Käsezubereitungen,
zu denen Kontroll-MPC85 (frisch und gelagert bei 40°C) zugegeben
worden war, wurden viele große,
graue, transluzente Brocken offensichtlich. Die Brocken in der Käsezubereitung,
die aus Kontroll-MPC85 hergestellt worden war, die bei 40°C für 7 Tage
gelagert worden war, waren größer und
zahlreicher als solche, die in der Käsezubereitung vorhanden waren,
die aus dem frischen Kontroll-MPC85 gemacht wurde. Die Käsezubereitungen,
die aus dem Kationen-verstärkten
MPC85 hergestellt wurden, enthielten beide lediglich wenige, sehr kleine
Stränge
aus dem Brockenmaterial.
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Beobachtungen,
die während
der Käseherstellungsschritte
gemacht wurden, zeigten, daß die
Starter in allen rekonstituierten Milchproben ausgezeichnet arbeiteten,
und daß der
pH-Wert aller Milchproben auf 6,45 bis 6,46 über die 15-minütige Inkubationsperiode
fiel. Alle Zubereitungen bildeten ein Koagulat nach 40 Minuten,
nachdem das Rennin zugegeben worden war. Für alle vier Proben war der
gekochte Käsebruchcharakter
ausgezeichnet. Keiner der Käsebrüche zeigte
irgendwelche Probleme während
der Salzungs- und Preßschritte.
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Wenn
es für
Käseausweitungsanwendungen
verwendet wird, wurde der Kationen-verstärkte MPC so beurteilt, um eine
beträchtliche
Verbesserung gegenüber
dem Kontroll-MPC85 zu sein, insbesondere beim Vergleich von Pulvern,
die bei 40°C
für 7 Tage
gelagert wurden.