DD236449B1

DD236449B1 - Verfahren zur herstellung von molkeneiweisssuspensionen

Info

Publication number: DD236449B1
Application number: DD27564385A
Authority: DD
Inventors: Joerg Borgwardt; Wolf Wunderlich; Volkmar Ilausky
Original assignee: Wissenschaftl Techn Oek Zentru
Priority date: 1985-04-29
Filing date: 1985-04-29
Publication date: 1988-08-10
Also published as: DD236449A1

Description

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Ausfällung der Proteine aus Molke ist in der Milchwirtschaft seit langem bekannt. Die Molkenproteine können durch Hitze oder durch Zugabe von Fällungsmitteln, wie zum Beispiel Hydrokolloiden und Salzen ausgefällt und durch Separieren oder Sedimentieren abgetrennt werden.

Die Ausfällung der Molkenproteine durch Hitze-Säure-Fällung ist allgemein üblich. Ein Beispiel dafür ist die Hitzeenteiweißung bei der Laktoseherstellung (SPREER, Technologie der Milchverarbeitung, VEB Fachbuchverlag Leipzig 1984). Ein weiteres technisch angewendetes Verfahren der Molkenproteinfällung durch Hitze ist das Centry-Whey-Verfahren (HAUSTEIN, Rückgewinnung von Molkenproteinen und deren Verwendungsmöglichkeiten in der Käserei, Deutsche Molkerei-Zeitung, München 93 Π972] 35, S. 1491-1499).

Die entscheidenden Nachteile dieser Verfahren liegen darin, daß etwa nur die Hälfte der in der Molke enthaltenen Proteine erfaßt werden und die anfallenden Produkte im allgemeinen für den Einsatz in Lebensmitteln wenig und insbesondere für Milcherzeugnisse nicht geeignet sind, da sie schlechte verarbeitungstechnische Eigenschaften aufweisen.

Die Fällung der Molkenproteine als Komplexverbindungen mit Hydrokolloiden, wie zum Beispiel Pektin, Karrageen und Alginat, oder Sal2en der Polyphosphate und Eisen-Ill-Salze hat den Nachteil, daß nur ca. 50% der in der Molke enthaltenen Proteine erfaßt werden und die Anwendungsbreite dieser Produkte auf Grund der Hydrokolloid- b2w. Salzanteile nur auf spezifische Einsatzfälle begrenzt ist. Für die Weiterverarbeitung in Milcherzeugnissen, insbesondere in Käse, sind sie nicht geeignet.

Weiterhin sind Verfahren zur gemeinsamen Fällung von Kasein und Molkenproteinen unter Nutzung der hitzeinduzierten Komplexbildung zwischen Kasein und Lactoglobulin als Kopräzipitat bekannt (KABUS, M. u. HÄRTUNG, H., Produktion von Milcherzeugnissen. VEB Fachbuchverlag Leipzig 1980, S.858-879).

Die Anwendung der hitzeinduzierten Komplexbildung zwischen Kasein und Laktoglobulin für die Herstellung von Käse (POZNANSKI, S. u. a., XIX. Internationaler Milchwirtsch. Kongreß, New Dehli 1974, Bd. 1 D, S. 843-844) hat sich jedoch nicht durchgesetzt. Die schwerwiegenden Nachteile dieses Verfahrens bestehen in der Verzögerung des Labgerinnungsverhaltens der Milch, der Veränderung im Reifungsverhalten des Käses und im Qualitätsverhalten, zum Beispiel in der Entwicklung des Bittergeschmacks.

Der Einsatz der Ultrafiltration für die Rückgewinnung der Molkenproteine wird im allgemeinen in zwei Richtungen verfolgt.

Erstens der Herstellung von nativen, wasserlöslichen Proteinkonzentraten aus Molke und Weiterverarbeitung zu diätetischen Lebensmitteln, Milcherzeugnissen und Käse (DE-OS 2925568) und zweitens der Herstellung von Molkenproteinkonzentraten aus denaturiertem Milchserum und der Einsatz für die Diätetik (DE-OS 2914301). Bei Verwendung der ultrafiltrierten, wasserlöslichen Molkenpr-oteine zur Herstellung von Käse gehen diese zum größten Teil in der Molke über, da sie vom Käsebruch nicht gebunden werden. Diese Molkenproteine werden nicht verwertet.

Die Versuche zur Denaturierung der ultrafiltrierten Molkenproteinkonzentrate und der Einsatz derselben in der Käserei führten nichtzum gewünschten Erfolg, da die sich ausbildenden Molkenproteinaggregate im Käse als Stippen, die nicht käsereispezifisch abgebaut werden, verbleiben. Die vorgeschlagene Konzentrierung der denaturierten Molkenproteine führte ebenfalls nicht 2um gewünschten Ergebnis, da die vorgeschlagene Behandlung zu einer Eiweißaggregation führt und nach der Ultrafiltration die Proteine ausfallen. Diese Produkte lassen sich zwar gut zu solchen diätetischen Lebensmitteln verarbeiten, in denen die Eiweißflocken nicht stören, jedoch ist der Einsatz in der Käserei wegen der Stippenbildung im Käse bisher nicht erfolgreich gewesen.

Gemäß der DE-AS 1181 034 wird durch Beeinflussung der Strömungsverhältnisse und der Produktzusammensetzung das Milcheiweiß von der Molke abgetrennt. Zur kontinuierlichen Abscheidung von Eiweiß aus Milch wird die Milch zunächst auf über 30⁰SH gesäuert und im gallertartigen Zustand ohne Anwendung von Rührvorrichtungen bei einer Temperatur von über 45 ⁰C mit einer Strömungsgeschwindigkeit entsprechend einer Reynold-Zahl von über 2320 durch einen Durchlauferhitzer gepumpt, wobei sich das Eiweiß in körniger Form von der Molke trennt und abgeschieden wird. Das Ziel dieses Verfahrens ist dieTrennung der Milch in Kasein und Molke im kontinuierlichen Verfahren durch die Herausbildung zweier getrennter Phasen, also die Aufspaltung einer Emulsion.

In der DE-OS 16i7503wirdein kontinuierliches Verfahren zur Extraktion von Proteinen beschrieben. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß das Milchserum in zwei Stufen auf 95°C erhitzt und anschließend mit Salzsäure kontinuierlich auf pH 4,7 gesäuert wird. Während einer Zeit von mindestens 15min werden die Proteine kontinuierlich vollständig ausgefällt. Durch Abkühlen des Serums wird der Eiweißniederschlag so verfestigt, daß er in einer kontinuierlich arbeitenden Zentrifuge abgetrennt werden kann. Dieses Verfahren hat die kontinuierliche Denaturierung der Molkenproteine in der Weise zum Ziel, daß eine kontinuierliche Abtrennung der Proteine aus dem Serum ermöglicht wird.

In der DE-OS 2023135 wird ein weiteres Verfahren zur kontinuierlichen Gewinnung von Kasein aus Magermilch beschrieben. Die Milch wird nacheinander instabil gemacht und unter Rühren auf eine Temperatur von 40 bis 60⁰C erwärmt, um eine Kaseinsuspension in der Molke herzustellen. Die Suspension wird einer Vorrichtung zugeführt, die mindestens einer Leitung mit einem verengten Teil oder einer Blende enthält, durch den die Suspension mit erhöhter Geschwindigkeit strömt. Diese so behandelte Suspension wird danach pasteurisiert und das Kasein abgetrennt. Bei Anwendung dieser Verfahrensbedingungen werden Kaseinkörner gebildet, die durch Schüttelsiebe abgetrennt werden können. Eine Suspension entsteht nicht, da zwei deutlich voneinander getrennte Phasen, die Kaseinkörner und die Molke, vorliegen.

Diesen Verfahren ist gemein, daß keine Suspension gebildet wird, sondern unter Einwirkung der angewandten strömungstechnischen Bedingungen eine Aufspaltung der Milch in mehrere Phasen erfolgt.

8ei allen angewandten Verfahren der Molkenproteingewinnung 2um Einsatz in der Käserei bzw. Lebensmittelindustrie treten die Nachteile auf, daß die Molkenproteine nach der Denaturierung sowohl vor als auch nach der Konzentrierung in grobdisperser Verteilung, das heißt unter Flockenbildung und einem mehr oder weniger schnellen Absetzen der Proteine aus der Lösung ausfallen. Durch die Flockenbildung der denaturierten Molkenproteine sind diese für den Einsatz in der Käserei nicht geeignet, da es zu Veränderungen des Reifungsverlaufes, zur Verschlechterung der Qualität und zur Entwicklung des Bittergeschmacks sowie zur Ausbildung der Stippen im Käse kommt.

Des weiteren weisen die Hitzefällungsverfahren für Molkenproteine den Nachteil auf, daß nur 30 bis 70% der Proteine aus der Molke zurückgewonnen werden.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, die bisher für die Lebensmittelindustrie, insbesondere für die Käseherstellung nur unvollkommen verwertbaren Molkenproteine nutzbar zu machen und damit eine Verringerung des Milch- und Labeinsatzes bei gleichzeitiger Verbesserung der Konsistenz des Käses zu erreichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die in der Molke vorhandenen Proteine durch eine gezielte thermisch-mechanische Behandlung so zu beeinflussen, daß eine zur Qualitätsverbesserung von Milchprodukten einsetzbare, durch proteolytische Enzyme gezielt abbaubare Suspension entsteht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Molkenproteinkonzentratlösung einer turbulenten Strömung mit einer Reynold-Zahl > 2 χ 10³und einer Wandschubspannung t_w > 12kg/ms² ausgesetzt und in eine kolloiddisperse, agglomerationsfreie, thermisch stabile Suspension überführt wird.

Bei der Denaturierung der Molkenproteinkonzentrate durch Erhitzen werden Wasserstoffbrückenbildungen und Nebenvalenzbindungen der Helix-Struktur der Molkenproteine aufgespalten und die Polypeptidketten entfaltet. Durch diese Verfahrensweise wird, bedingt durch die Kombination von turbulenter Strömung im Bereich von Reynold-Zahlen > 2 x 10³ und Reibungsvektoren, charakterisiert durch die Wandschubspannung x„ > 12kg/ms², die weitere Aggregation der denaturierten Molkenproteinmoleküle gestört und die Ausbildung der denaturierten Molkenproteinmoleküle gestört und die Ausbildung von SubStrukturen mit einer Teilchengröße von weniger als 10~⁵μιτ> ausgelöst.

Die nach diesem Verfahren erhaltene Suspension ist damit kolloiddispers und setzt sich nicht mehr ab. Sie ist in der vorliegenden Form über mehrere Tage stabil.

Durch die thermische und mechanische Behandlung der Molkenproteine erfolgt eine Erhöhung der Viskosität der Lösung von 2 bis6cPauf 8 bis 15cP.

Die so erhaltene Suspension kann direkt oder nach Lagerung der zur Käseherstellung verwendeten Kesselmilch oder einem durch Ultrafiltration gewonnenen Vorkäse zugesetzt werden. Es erweist sich als günstig, der Kesselmilch etwa 5% der Suspension zuzusetzen. Diese Menge enthält die bei der Käseherstellung anfallenden Molkenproteine. Auf Grund der Homogenität der agglomerationsfreien Suspension kann sie der Milch bereits vor dem Separieren und der • Pasteurisation zugesetzt werden. Damit werden Probleme bei der Standardisierung der Milch umgangen. Die Verarbeitung der Milch zu Käse, vorzugsweise Weichkäse, erfolgt nach der üblichen Käsereitechnologie. Die in der Suspension enthaltenen Molkenproteine gehen bei der Käseherstellung in den Käsebruch über, da sie adsorptiv an die Kaseinmicellen gebunden sind. Auf Grund des hohen Wasserbindevermögens der Molkenproteine weisen Käse mit Molkenprotein einen höheren Wassergehalt auf, wodurch eine gegenüber dem Vergleichskäse erhöhte Geschmeidigkeit des Käses erreicht wird. Die Reifung des Käses mit Molkenprotein2usatz entspricht der des Vergleichskäses, es gibt keine geschmacklichen Abweichungen im fertigen Käse. Gegenüber der herkömmlichen Käsereitechnologie kann eine Ausbeutesteigerung von 15 bis 20% erreicht werden.

Die gewonnene Milcheiweißsuspension kann wahlweise getrocknet und als Eiweißkonzentratpulver in der Lebensmittelindustrie eingesetzt werden.

Ausführungsbeispiele

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend an 2wei Beispielen erläutert.

Beispiel 1

100001 Molke der Camembert-Produktion werden nach Abtrennung des Fettes und des Kaseinstaubes durch Ultrafiltration auf etwa 8001 konzentriert. Das gewonnene Konzentrat weist einen Trockenmassegehalt von 18% und einen Eiweißgehalt von 8,5% auf. Dieses Konzentrat wird einer Temperaturbehandlung bei 90⁰C für 6 min unterworfen, wobei eine Strömungsgeschwindigkeit von 1,5m/s, das entspricht einer Re-Zahl von 4500 und einer Wandschubspannung vonx_w = 15 kg/ms², realisiert wird. Nach der Denaturierung wird das Konzentrat schockartig auf 20⁰C abgekühlt.

Das gewonnene Konzentrat, das eine Viskosität von 14cP aufweist, enthält die Molkenproteine in agglomerationsfreiem, kolloiddispersem Zustand.

Die Suspension wird 18h nach der Herstellung zu 100001 Kesselmilch zugegeben und nach herkömmlicher Technologie zu Camembert verarbeitet.

Beispiel 2

1 OOOI eines Molkeneiweißkonzentrates mit einem Trockenmassegehalt von 20%, einem Eiweißgehalt von 9,5% bei einem pH-Wert von 4,2 werden 15min bei 85'C durch eine Ultrafiltrations-Trenneinheit mit eirier Geschwindigkeit von 4,0m/s bei einem Druck von 0,4MPa zirkuliert. Bei diesen Bedingungen wird eine Re-Zahl von 5000 und eine Wandschubspannung von t„ = 50kg/ms² erreicht. Nach dem schockartigen Abkühlen der Lösung auf 15°C ist die Eiweißlösung in eine kolloiddisperse, agglomerationsfreie Suspension überführt. Diese Molkeneiweißsuspension wird 100001 Kesselmilch zugegeben und in bekannter Weise zu Weichkäse verarbeitet.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Molkeneiweißsuspensionen aus einer Molkenproteinkonzentratlösung mit einem Eiweißgehalt von 8 bis 11 %, einer Trockenmasse von 16 bis 22% und einem pH-Wert von 4,2 bis 5,2 durch eine Temperaturbehandlung im Bereich von 85 bis 95⁰C bei einer Heißhaltezeit von 5 bis 20 min und anschließender schockartiger Kühlung, dadurch gekennzeichnet, daß die Molkenproteinkonzentratlösung einer turbulenten Strömung mit einer Reynold-Zahl > 2 χ 10³ und einer Wandschubspannung t_w > 12lg/ms^k ausgesetzt und in eine kolloiddisperse, agglomerationsfreie, thermisch stabile Suspension überführt wird.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von'Molkeneiweißsuspensionen zum Einsatz in der Lebensmittelindustrie, insbesondere zur Qualitätsverbesserung von Milchprodukten.