DE1811341A1

DE1811341A1 - Verfahren zur kontinuierlichen Extraktion der im Milchserum enthaltenen loeslichen Proteine

Info

Publication number: DE1811341A1
Application number: DE19681811341
Authority: DE
Inventors: Jean Pien
Original assignee: Genvrain
Current assignee: Genvrain
Priority date: 1967-11-30
Filing date: 1968-11-28
Publication date: 1969-08-14
Also published as: GB1243988A; SE351777B; US3644326A; FR1555757A; NL6816987A; BE724386A; LU57419A1

Description

GENVRAIN, kk, Rue Louis Blanc, Paris - lOeme / Frankreich

"Verfahren zur kontinuierlichen Extraktion der im Milchserum enthaltenen löslichen Proteine"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Extraktion der in dem Milchserum (Molke) enthaltenen löslichen Proteine, insbesondere im Hinblick auf deren erneuter Zusetzung zur Milch bei der Käseherstellung, sowie das nach dem Verfahren erzielte Erzeugnis.

Das Milchserum, das bei der Herstellung von Käse unter der Wirkung des Labes auf die Milch aus der geronnenen Milch abläuft, enthält eine bestimmte Zahl von Stoffen in Lösung, u.a. durch das Lab nicht gerinnbare Proteine, und zwar hauptsächlich Milchalbumin und Milchglobulin, wobei deren Menge pro Liter Molke je nach Milch, Jahreszeit, Art des hergestellten Käses, Temperatur bei der Milchpasteurisation usw. schwankt.

Bei der normalen Käseherstellung geht somit eine nicht unbedeutende Menge dieser löslichen Proteine im Milchserum verloren. Sie sind vollkommen verloren, wenn es sich bei der verwendeten Milch um rohe Milch handelt. Anderer-

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seits werden sie bei der Herstellung von Käse aus pasteurisierter Milch je nach dem Grad der Erhitzung der Milch nur zu einem geringen Teil unlöslich, und zwar an der Peripherie der Kalziumphosphorkaseinmizellen (micelles ^: de phosphocaseinate de calcium). Während der Ausfällung der Milch mit Lab, führt die Gerinnung des Kaseins zu einer Zurückhaltung des unlöslich gewordenen Albumins, wodurch sich der Ertrag erhöht. Die Käsereien hatten schon sehr häufig den Ehrgeiz, den Ertrag ihrer Fabrikation zu erhöhen, unter Einsatz einer hohen oder sehr hohen Pasteurisation. Die Grenze dieser Möglichkeit wurde jedoch sehr schnell erreicht, denn wie bekannt, werden die physikalisch-chemischen Bedingungen des Labvorgangs durch die Erhitzung der Milch gestört; die Erhöhung des Ertrags durch vorherige Unlösbarmachung der Proteine der zu verarbeitenden Milch bleibt daher stets sehr gering.

Da diese Albumine im Milchserum in Lösung übergeführt, werden, wurde daher erwogen, dieselben durch Unlösbarmaohen und Abscheiden zurückzugewinnen, um sie der Verarbeitungsmilch wieder zugeben zu können.

Zur kontinuierlichen Extraktion der im Milchserum enthaltenen löslichen Proteine wurden bereits verschiedene Verfahren vorgeschlagen.

Bestimmte Verfahren arbeiten mit spezifischen Temperatur- und pH-Bedingungen bei der Behandlung der Molke. Das ameri-

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kanisohe Patent 3 066 133 ζ·Β. beschreibt ein Verfahren zur Extraktion der Proteine aus dem bei der Herstellung einer bestimmten Käsesorte anfallenden Milchserum, das laut Angabe der in dem Patent enthaltenen Tabellen unter den spezifizierten Bedingungen die Extraktion von ca.

23»8 % der in diesem Serum enthaltenen löslichen Proteine

(Albumin) erlaubt. '

Andere Verfahren verwenden spezielle Agenzien für die i , Behandlung der Molke. So führen z.B. gemäß dem amerikanisohen Patent 3 252 961 die klassischen Verfahren zu einer schwierigen Rückgewinnung der Proteine, weswegen ein Bxtraktionsverfahren unter Verwendung spezieller * fakulanter" Agenzien enpfohlen wird, die zu einem besonderen Qefüge der unlöslich gemachten Proteine in Form eines kompakten Kuchens führen.

Solche Patente lassen erkennen, wie schwer es ist, die Bedingungen des Milchserums zu bestimmen, die eine kontinuierliche Extraktion des größten Teils der löslichen Proteine ermöglichen, ohne daß dazu besondere Agenzien verwendet werden und insbesondere unter solchen Bedingungen, daß die extrahierten Proteine einer Milch für die Herstellung von Käse zugegeben werden kann. \

Diese Beigabe hätte jedoch eine beträchtliche wirteohaftliche Bedeutung bei der Her«teilung von Kä*§, dl «el ein·« Milchvolumen L mit einem (Jehalt an Seruavoluaen 8, womit

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ein Käsegewicht P erzielt werden könnte und ausgehend von dem Volumen L zusätzlich der aus einem Serumvolumen S extrahierten Proteine ein Käsegewicht P¹ erzielt werden könnte, das um 13,5 bis 15 °ß> höher liegt als das Gewicht P.

Die Durchsicht der wissenschaftlichen oder technischen Literatur zeigt, daß die zur Lösung dieses schwierigen Problems unternommenen Versuche nur zu Mißerfolgen geführt haben, dahingehend, daß die erzielten Käse.von schlechter Qualität waren (unangenehmer Geschmack oder Geruch, völlige Verschiebung des Reifungsprozesses etc.)·

Unter den vielen Arbeiten, die in dieser Hinsicht genannt werden könnten, soll nur als besonders demonstratives Beispiel die Studie von PULSZ genannt werden, die in der Zeitschrift "Kieler milchwirtschaftliche Forschungsberichte" (1955* S. 585) erschienen ist und in der dieser Autor das Problem der Verwendung der Milchserumsproteine in der Käserei aufzählt und die Mißerfolge nennt, die die verschiedenen Forscher auf diesem Gebiet erlitten haben. Es handelt sich in allen Fällen um Laborversuche oder halbindustrielle' Versuche, die nur zu Mißerfolgen geführt haben.

Die Anmelderin hat bereits in den französischen Patenten 1 455 815 vom 22. Januar 1967 und P.V. ^7 073 vom 27. Juni

1966 verfahren beschrieben, die es bei einer diskontinuier- J//0

liehen Herstellung wirksam erlauben, den Ertrag bei der Her- +) (deutsche Patentanmeldung P 16 17 503-^)

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stellung von Käse dadurch zu erhöhen, daß die Proteine des Milchserums unter bestimmten Bedingungen unlöslich gemacht, die unlöslich gemachten Proteine durch Schleudern oder auf andere Weise abgeschieden und dann der Käsereimilch wieder zugegeben werden.

Seither hat die Anmelderin auf Grund zahlreicher durchgeführter Arbeiten sowohl im Labor als auch im Betrieb festgestellt, daß es möglich ist, durch die Wahl der Bedingungen, unter denen die Proteine unlöslich gemacht werden, insbesondere durch Einsatz neuer Arbeitsgänge im Rahmen des Verfahrens zum Unlösbarmachen der Proteine, sowie durch besondere Wahl eines zu vollkommeneren Ergebnissen führenden Verfahrens zum Abscheiden der unlöslich gemachten Proteine aus dem Milchserum durch eine Reihe genau definierter Arbeitsgänge Proteine mit physikalischchemischen Eigenschaften kontinuierlich zu extrahieren, um durch deren Zugabe zur Käsereimilch einen maximalen Käseertrag und eine maximale Käsequalität zu erhalten.

Demgemäß ist nach einem ersten Kennzeichen der Erfindung vorgesehen, die Proteine des Milchserums nach einem kontinuierlichen Verfahren unlöslich zu machen, und zwar in folgenden aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten: das Milchseruffl wird(erforderlichenfalls) auf einen pH-Wert zwischen 6,2 und 6,4 gebracht.und auf diesem Wert gehalten; anschließend wird das Milchserum im Verlauf einer ununterbrochenen Zirkulation auf eine Temperatur zwischen 90°(

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und 100 C erhitzt und während einer Zeitdauer von 10 und 30 Minuten auf dieser Temperatur gehalten; hierauf wird es auf einen pH-Säurewert von mindestens 4,4 und höchstens 4,9* vorzugsweise zwischen 4,5 und 4,7 gesäuert und für den Niederschlag der Proteine eine bestimmte Zeit auf dieser Temperatur und diesem pH-Wert gehalten und schließlich auf eine Temperatur zwischen 6o°C und 20°C abgekühlt, um-die niedergeschlagenen Proteine in einem kontinuier- % liehen Extraktionsverfahren abzuscheiden.

Nach einem zweiten Merkmal der Erfindung und um die Kontinuität der Arbeitsgänge bis zum Erhalt des gewünschten Endprodukts zu gewährleisten, erfolgt das Abscheiden durch einen Schleudervorgang, wodurch gleichzeitig die kontinuierliche Evakuation des Serums, dem die Proteine entzogen wurden, sichergestellt wird.

Im Vergleich zu den oben beschriebenen diskontinuierlichen Extrakt!onsverfahren, die eine bestimmte Zahl statischer Arbeitsgänge erfordern, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren ein besseres und gleichmäßigeres Ergebnis, da dieses automatisch erzielt wird. Die Verwirklichung der kontinuierlichen Extraktion hat ferner zu einer bedeutenden technologischen Änderung sowie gleichzeitig zu einer Vereinfachung der Anlage und der Steuerung ihrer Funktion geführt.

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Die Erfindung bezieht sich auch auf die Proteine, die durch das beschriebene Verfahren in Form einer stabilen, homogenen und konzentrierten Suspension sehr feiner Milehalbumin- und Milchglobulinteilchen in stark hydriertem Zustand erzielt werden, wobei diese Suspension bei 1O⁰C eine Viskosität zwischen 20 und ¹K) Zentipoise und einen Qesamt-Trockenextrakt zwischen 10 % und 350 %, vorzugsweise mindestens 16 % (was einem Gehalt von mindestens 100g reinen und getrockneten Proteinen pro kg Fertig- J

ware entspricht) für die Verwendung im Käse hat.

Die Elementarteilchen einer solchen Suspension haben eine Größe von höchstens 1^m.

Dieses Produkt weist das mit seiner Gewinnung verbundene spezielle physikalische Gefüge auf, das für die erfolgreiche Einverleibung der Milchserumsproteine in die Käsereimilch zum Zweck einer Ertragsverbesserung oder der Zerstäubungstrodnung unerlässlich ist. "

Die vorstehend definierten Eigenschaften können für die Bedürfnisse anderer Anwendungszwecke modifiziert werden.

Die nachstehende Tabelle vermittelt zur Erläuterung (in Gewichtsprozenten) die Zusammensetzung eines Milchserums bei Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung, und zwar vor dessen Anwendung (Spalte "VORHER") bzw. nach dessen Anwendung (Spalte "NACHHER").

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j 9 5 1

1 ft 1 Jt
-ϊ » MT

VORHEH NACHHER

Feuchtigkeit 93.66 ......... 94·4ΐ

Trockenmasse .........Y.......». 6.jS4 ......... 5.59

Mineralstoffe 0.5A ......... 0.53

Lakfcoeö .....,.,,..-.,. „ ;„.^: 4·3β ..... .■·.. 4.20

Alliuaiin «... Ϊ,..........»....... 0.555......... 0.042

Stickstoff ohne Eiweitstoffs ... 0.053....*.... 0.053

Diese fateelle iseigt, dai mit dem Verfahren 0*535 - 0^042

' ""^T535

also mehr als 92 Ji der löslichen Proteine (Albumin) des Serums entzogen werden konnten.

Die bei anderen Anwenätingeflllen des Verfahrens vorgenommenen Analysen - zeigen, daß dieser Anteil. 94 % erreichen kann.

Nachstehend wird - lediglich als Beispiel und ohne jede Beschränkung auf dieses Beispiel.- ein bevorzugtes praktisches Dur'chführungsverfahren des Verfahrens gemäß der Erfindung beschrieben, wobei die Zeichnung in schematischer Darstellung eine Anlage für die Durchführung des Verfahrens zeigt;

Das im Verlaufe der Käseherstellung entstehende Milchserum wird entsprechend seinem Anfall sehr sauber gesammelte auf + 6 / + 8 C gekühlt und dann in einem Lagertank 1 aus Edelstahl-aufbewahrt.
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Dieses' Milohseruiu, das vor seiner Gewinnung keine Milchgärung durchlaufen hat, wird nun im Verlauf einer ununterbrochenen Zirkulation den nachstehend aufgeführten Behandlungsvorgängen unterworfen:

a) Einregelung des pH-Werts auf 6,25;

b) Vorerhitzung auf 7O⁰C in einem Plattentauscher 2;

c) Enderhitzung auf 95° - 96⁰C durch direkte Dampfein» spritzung J5 gesteuert durch ein Regelventil 4; |

d) Temperierung mit Bewegung während eines Zeitraumes von 20 bis 25 Minuten in einem wärmeisolierten Tank 5 mit kontinuierlichem Durchlauf;

e) kontinuierliche Ansäuerung auf einen pH-Wert von 4,5 bis 4,6 durch Einspritzung reiner Salzsäure, die auf 20$ verdünnt wurde, mit Hilfe einer kleinen Dosierpumpe ;

f) kontinuierliche Temperierung bei 96 C und einem pH-Wert von 4,5 bis 4,6 in einer Leitung 7 von geeigne-

tem Volumen während eines Zeitraumes von 10 bis 100 s, vorzugsweise von ca. 75 s;

g) kontinuierliche Abkühlung des Milchserums mit dem unlöslich gemachten Protein in einem Plattentauscher bis auf 4O⁰Cj

h) kontinuierliche Schleuderextraktion in einem Abscheider 9.

Die Anlage nimmt die aus Serum (Molke) und Proteinen bestehende Mischung auf und liefert einerseits kontinuierlich

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eine Suspension von Proteinen 10 mit einem gesamten Trockenextrakt von 16 # und andererseits das Serum 11 ·, dem die Proteine entzogen worden sind.

Die Temperaturen und pH-Werte in den verschiedenen Stadien der Aufbereitung werden mit Hilfe geeigneter Geräte kontrolliert und aufgezeichnet, die in die Steuereinrichtungen für die Temperatur und den pH-Wert eingebaut werden können.

Die Proteinsuspension wird anschließend der für die Käseherstellung bestimmten Milch zugegeben.

Falls die gewonnene Proteinsuspension erst zu einem späteren Zeitpunkt verwendet werden soll, wird diese vor der Lagerung und dem Transport erst bei einer tiefen Temperatur gekühlt.

Das von dem Protein befreite Milchserum wird nach einer eventuellen Konzentration für die Herstellung von Viehfutter, für die Extraktion von Laktose, für die Trocknung etc. verwendet.

Die Erfindung erstreckt sich beispielsweise auch auf solche Ausführungsformen des beschriebenen Verfahrens, bei denen das Serum (Molke) vorher konzentriert oder der pH-Wert auf einen anderen Wert als 4,6 und die Schleuderextraktion bei einer anderen Temperatur als 4O⁰C durchgeführt wird. 909833/Ö8SI ._·.■.-—

Claims

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An· DrIloh· t

1· Kontinuierlich·· Verfahren zua Unlusllohmaohen der Proteine dee Miloha«runs_f daduroh gekennzeichnet, daß naoheinander folgende Arbeltegänge durchgeführt werden; der pH-Wert d·· Mllohserua» wird la Verlauf einer ununterbrochenen Zirkulation auf eine« Stand zwischen 6,2 und 6,4 gehalten, das Milch··rum wird auf eine Temperatur zwischen 9O⁰C und 10O⁰C erhitzt und während eines Zeitrau·· gwlsohen 10 und 30 Minuten auf dieser Temperatur gehalten; hierauf wird es auf einen sauren pH-Wert von mindestens 4,4 und höchsten· 4,9 angesäuert und für eine bestimmte Zeit sum niederschlagen der Proteine auf der genannten Temperatur und dem genannten pH-Wert gehalten·

2. Verfahren nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß der pH-Wert auf einen Wert zwischen 6,2 und 6,4, Torzugsweise 6,25 eingeregelt wird.

3« Verfahren nach Anapruoh I₉ dadurch gekennzeichnet, die Temperatur auf einen Wert zwischen 90 und 10O⁰ vorzugsweise auf 95 bis 96⁰C, eingeregelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, .dadurch gekennzeichnet, daß das Milchserum dadurch auf die gewünschte Temperatur zwischen 9U⁰C und 100⁰C gebracht wird, daß es durch

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Vor erliit sung -in einem Plattentauseher auf ungefähr 70⁰C und anschließend.durch direkte Dampfeinspriigungauf die gewünsohte Temperatür erhitzt wird·

5· Verfahren nach Anspruch.1* dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer«.während derer die erwähnte Temperatur zwischen 9O⁰C und IQO⁰G aufrechterhalten wird^ auf eine Zeltepanne zwischen 20 und 25 Minuten eingeregelt wird,»

'■ *

6* Verfahren nach Anspruch X„ dadurch gekennzeichnet_d daß, um das Serum auf der gewünschtmTemperatur zwischen 90 und 100° während eines Zeitraums zwischen 10 und

30 Minuten zu halten» das Serum einer wärmeisolierten, ■■ ." kontinuierlich- durchströmten Kammer bewegt wird-." . -

7» Verfahren nacfe Ansprueli L₉ 'dadurch gekennzei-clinetj daß der" pH-W®rt auf einen Wert vonA,5. bis '4.,7 eingeregelt wird»

w 8.-Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet! daß na.oh der Jmsäüerung das Serum üiber den gewünschten Zeitraum hinweg auf der gewünschten Temperatur gehalten wird, indem man das Serum, durch eine Leitung von geeignetem Volumen laufen läßt®

9· Verfahren nach, Anspruch 1„ dadurch gekennzeichnet, daß die genannte bestimmte Zeit zum liedersolälagen der - Proteine zwischen 10 und, 100 Sekunden,, vorzugsweise bei 75 Sekunden liegt*

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10. Verfahren naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rom Protein befreite Serumlösung mit den niedergeschlagenen Proteinen im Verlauf einer ununterbrochenen Umwälzung auf eine Temperatur zwischen 60⁰C und 20⁰C abgekühlt wird, worauf die unlöslich gemachten Proteine durch Schleudern extrahiert werden.

11· Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

daß die Kühltemperatur auf ungefähr 4O⁰C eingere- |

gelt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Serum kontinuierlich gekühlt wird, indem man es durch einen Wärmetauscher laufen läßt·

13· Die durch ein Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, insbesondere nach Anspruch 10 abgeschiedenen Proteine·

Proteine in Form einer stabilen, homogenen und im Milohserum konzentrierten Suspension von Milohalbumin- und Hllohglobulin-KLementarteilchen in stark hydrierter Form und einer Größe von höchstens ca· Ij^m, wobei die Viskosität zwischen 20 und 40 Zentipoise bei 1O⁰C und einem gesamten Trockenextrakt zwischen 10 % und 30 % beträgt.

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15» " Verfahren zur Herstellung you Käse, in dessen ferlauf der MiIoIi die Proteine gemäß AneprueK Ik zugegeben ward en g wobei der genannte Troclc@n@xtrakt mindestens 15 Ji'beträgt· . " - ■■·.-'

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