DE2431228B2

DE2431228B2 - Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von gewaschenen Kaseinkörnern

Info

Publication number: DE2431228B2
Application number: DE2431228A
Authority: DE
Inventors: Ernest Orbe Badertscher; Michel Vevey Chaveron
Original assignee: Societe des Produits Nestle SA
Current assignee: Societe des Produits Nestle SA
Priority date: 1974-06-07
Filing date: 1974-06-28
Publication date: 1978-03-16
Also published as: CA1058952A; AR211689A1; ES436337A1; DE2431228A1; FR2273481A1; FR2273481B1; NL165914B; ZA752614B; JPS5417017B2; MX3004E; DE2431228C3; US4075196A; GB1479822A; NL7505649A; CH587021A5; AU8188075A; JPS5119164A

Description

Kasein ist der kolloidale Eiweißbestandteil von Milch, welcher bei einem neutralen oder schwach sauren pH-Wert mit Hilfe von Lab oder mit Hilfe eines Mineralsalzes, wie z. B. eines Kalziumsalzes, oder aber bei einem pH zwischen 4,6 und 5,6 mit Hilfe von Säuren ausgefällt werden kann. Kasein ist wegen seines hohen Gehalts an essentiellen Aminosäuren geschätzt. Durch sei·.cn hohen Gehalt an Lysin eignet es sich besonders zur Anreicherung von Nahrungsmitteln auf Getreidebasis.

Es sind bereits verschiedene Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Kasein und Kaseinaten bekannt, wie z. B. durch chargenweise Destabilisierung der Milch in einem auf niedere Temperatur gehaltenen Behälter und anschließendes Überführen der Milch mittels einer Pumpe in eine Vorrichtung, wo die Koagulation durch Erhitzung durchgeführt wird, oder durch Destabilisierung und Erhitzung der Milch unter Rühren, während sie in einem entsprechenden Rohr geführt wird. Allgemein versucht man Kaseinkörner mit einer gleichmäßigen Größe herzustellen, die sich nicht agglomerieren und die sich außerdem gut für die Abtrennung vom Milchwasser und ein anschließendes Waschen eignen. Üblicherweise wird die Trennung nicht unter allzu heftigen Bedingungen durchgeführt, damit keine zu kleinen Teilchen entstehen, die im Milchwasser aufgenommen oder anschließend bei der Waschung mit Wasser herausgewaschen werden. Beim Waschen sind große Mengen Wasser erforderlich, beispielsweise bis zu 1 I Wasser/l behandelte Milch, da

ίο es erforderlich ist den Milchzucker weitgehend auszuwaschen. Eine herkömmliche Waschung erfolgt in Becken mit beträchtlichen Abmessungen, in welchen das Kasein und das Waschwasser mechanisch mehrere Minuten lang, wie z.B. 10 oder 20min lang, gerührt

is werden, wobei die Trennung des gewaschenen Kaseins und des Wassers durch Filtration oder Dekantation erfolgt. Ein anderes bekanntes Waschverfahren besteht darin, daß man das Kasein mit ein oder mehreren Berieslern, die über einer Transporteinrichtung oder einer Förderschnecke angeordnet sind, welche das Kasein über ein Sieb führen, berieselt.

Der vorliegenden Erfindung lag nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von gewaschenen Kaseinkörnern zu schaffen, das mit wesentlich geringeren Waschwassermengen als bisher auskommt und in einer einfachen und rationellen Anlage durchgeführt werden kann.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von gewaschenen Kaseinkörnern, bei welchem eine kollodiale Lösung mit der Zusammensetzung einer entrahmten Milch destabilisiert wird und die gebildeten Kaseinkörner vom Milchwasser abgetrennt und anschließend gewaschen werden, weiches dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Kaseinkörner in eine erste Waschflüssigkeit einbringt, das Gemisch aus Kaseinkörnern und Waschflüssigkeit unter Turbulenz durch ein erstes Rohr führt, die Kaseinkörner von der Waschflüssigkeit abtrennt und in Wasser, dessen Menge zwischen 0,2 und 0,4 l/l

-to behandelte Milch liegt, einbringt, das Gemisch aus Kaseinkörnern und Wasser unter Turbulenz durch ein zweites Rohr führt, die Kaseinkörner vom Wasser abtrennt und das dabei erhaltene Wasser als Waschflüssigkeit in der ersten Stufe verwendet, wobei die Strömungsbedingungen in den Rohren einem VDe-Wert zwischen 140 und 1000cm^?/sec entsprechen, worin V die mittlere Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches aus Kaseinkörnern und Flüssigkeit im Rohr und De den hydraulischen Durchmesser, ausgedrückt als

so Quotient aus dem Vierfachen des Querschnitts des Rohrs dividiert durch den benetzten Umfang, bedeuten.

So hat sich gezeigt, daß das erfindungsgemäße

Verfahren auch in apparativer Hinsicht Vorteile mit sich bringt. Wenn es sich beispielsweise als nötig erweist, eine Trennvorrichtung zum Trennen der Kaseinkörner von der Waschflüssigkeit zu verwenden, die wirksamer ist als eine einfache Filtrations- oder Dekantationsvorrichtung, dann ergibt sich die Möglichkeit, eine solche Vorrichtung auch für die Trennung der Kaseinkörner vom Milchwasser zu verwenden, was man bisher gerne vermieden hat, und zwar wegen der Gefahr, daß allzu viele Feinstoffe in die Waschvorrichtung geführt werden. Diese Möglichkeit macht eine Vorrichtung zur Abtrennung von Feinstoffen überflüssig, die im Milch-

h5 wasser enthalten sind. Wenn eine wirksame Trennvorrichtung für die Kaseinkörner von der Waschflüssigkeit am Ende des ersten Waschrohres verwendet wird, dann legt dies den Einsatz ;iner weniger aufwendigen und

damit billigeren Vorrichtung am Ausgang eines zweiten Waschrohrs nahe.

Schließlich ist hervorzuheben, daß das vorliegende Verfahren hinsichtlich der Fabrikationshygiene einen enormen Fortschritt mit sich bringt. Wie sich aus den weiter unten stehenden Erörterungen ergibt, ist es beim erfindungsgemäßen Verfahren möglich, eine Anlage für die Herstellung von Kaseinkörnern zu bauen, die vom Anfang bis zum Ende geschlossen und damit steril ist und von einer Pasteurisationsvorrichtung bis zum Ausgang des Endprodukts in sterilem Zustand gehalten werden kann.

Kaseinkörner können bei der Koagulation durch ein heftiges Rühren der Milch, welche die richtige Temperatur und den richtigen pH-Wert für die Ausfällung aufweist, erhalten werden, wobei das nötige Rühren und Durcharbeiten beispielsweise durch eine stark turbulente Strömung oder durch einen Dampfstrahl erzielt werden kann.

Das vorliegende Verfahren eignet sich zur Herstellung von saurem Kasein, von Kaseinaten, von Phosphorkalzium-Kasun und von Lab-Kasein.

Es wird bevorzugt, in einer geschlossenen kontinuierlichen Straße zu arbeiten, in welche einige tausend Liter entrahmte Müch oder mit Lab versetzte Milch eingepumpt werden können. Es ist günstig, bei allen Erwärmungs-, Pasteurisierungs-, Abkühlungs- und Waschvorgängen im Turbulenzzustand zu arbeiten. Ein bekanntes Kriterium, welches die Intensität der Turbulenz einer Strömung abschätzen oder vorhersagen läßt, ist das Produkt VDe, worin V die mittlere Geschwindigkeit der in einer Leitung oder durch eine öffnung fließenden Flüssigkeit und De den Quotienten darstellt, der sich aus dem Vierfachen des Querschnitts der Leitung oder des in Betracht gezogenen Durchgangs dividiert durch den benetzten Umfang ergibt. Im Falle einer kreisförmigen öffnung oder einer zylindrischen Leitung ist De gleich dem Durchmesser D. Man kann Durchsätze von etwa 2700 bis 10 000 l/st vorsehen, was für VDe-Werte in der Größenordnung von 140 bis 650 cm²/sec im Waschrohr eine Auswahl der Durchmesser zwischen 35 und 100 mm ergibt, wobei die bevorzugten Durchmesser 35 mm für einen Durchsatz von 2000 l/st und 55 oder 70 mm für einen Durchsatz von 10 000 l/st betragen. Eine ähnliche Auswahl kann man für Koagulation, Erhitzung, Pasteurisation, Abkühlung usw. wählen. Die Länge der einzelnen Leitungen läßt sich leicht aus dem Durchsatz, dem Durchmesser und der Verweilzeit errechnen. Die Verweilzeit ist die Zeit, während der die entrahmte Milch, die Kaseinsuspension im Milchwasser oder die Dispersion des Kaseins in der Waschflüssigkeit sich in einer gegebenen Leitung aufhält, anders ausgedrückt, die Zeit, die für den Durchlauf vom Anfang bis zum Ende erforderlich ist. Bei der Pasteurisation kann die Verweilzeit beispielsweise in der Größenordnung von 20 bis 60 see liegen, je nach der aus einem Bereich von 70 bis 80⁰C ausgewählten Temperatur, was beispielsweise für einen Durchmesser von 35 mm und einen Durchsatz von 3000 l/st oder einen Durchmesser von 70 mm und einen Durchsatz von 10 000 l/st Längen in der Größenordnung von 15 bis 50 m ergibt.

Beim Waschen kann die Verweilzeit, die ausreichen sollte, um eine Diffusion des Milchwassers vom Zentrum zur Oberfläche der Kaseinkörner zu ermöglichen, zwischen etwa 23 und 135 see liegen.

Im Falle von saurem Kasein und von Lab-Kasein kann im ersten Waschrohr die Temperatur der Kaseinkörnerdispersion im Wasser auf einen Wert in der Größenordnung von 45 bis 55°C gehalten werden, ein Wert, der für eine wirksame Waschung ohne ein Verkleben oder eine Agglomeration der Körner günstig ist, und kann im zweiten die Temperatur allmählich auf einen Wert in der Größenordnung von 25 bis 35°C abgesenkt werden, der für eine nachfolgende Zentrifugation günstig ist. Im Falle von Phosphorkalzium-Kasein ist eine Temperatur von 45 bis 55°C, die sich gut für

ίο die Waschung eignet, auch für eine Zentrifugalion günstig.

Es ist günstig, wenn die Kaseinkörnersuspension im Milchwasser, die in eine erste Zentrifugationsvorrichtung eintritt, eine Temperatur zwischen 25 und 35°C oder zwischen 45 und 55°C aufweist, je nachdem, ob es sich um saures Kasein und Lab-Kasein oder um Phosphorkalzium-Kasein handelt. Da beim erfindungsgemäßen Verfahren wirksame Trennvorrichtungen von der Art der Zentrifugen, vorzugsweise von der Art der horizontalen Zentrifugendekantierer, verwendet werden, besitzen die nach der Abtrennung des Milchwassers oder nach der Abtrennung der Waschflüssigkeit erhaltenen Kaseinkörner einen Feststoffgehalt von 40 bis 50%, was wesentlich über der üblichen Abtrennung des Milchwasers liegt (~30%), die beispielsweise auf einem Vibrationssieb vorgenommen wird.

Die Intensität der Turbulenz während des Waschens kann dadurch verstärkt werden, daß man im Waschrohr eine Verengung oder ein Leitblech vorsieht, so daß ein VDe-Wert über 650 und vorzugsweise zwischen 900 und 1000cm²/sec erhalten wird. Ähnliche Maßnahmen können bei der Koagulation ergriffen werden, um den Kornern eine gut definierte und gleichförmige Größe zu geben, d. h., sie zu »normalisieren«.

Bevor auf die Ausführungsbeispiele übergegangen wira, soll vervollständigend noch darauf hingewiesen werden, daß im Falle von saurem Kasein die Ansäuerung der entrahmten Milch beispielsweise durch Einspritzen von Salzsäure erfolgen kann, so daß der pH der entrahmten Milch auf 4,6 abgesenkt wird. Im Falle eines Lab-Kaseins kann das Versetzen mit Lab dadurch erfolgen, daß man beispielsweise etwa 20 g Lab auf 10001 entrahmte Milch während 2 st bei einer Temperatur von 10 bis 12°C zugibt. Im Falle von Phosphorkalzium-Kasein kann man Kalziumchlorid der entrahmten Milch zugeben, beispielsweise 161 einer wäßrigen Lösung mit einer Konzentration von 17,5% CaCl₂ auf 10001 entrahmte Milch. Im Falle von Lab-Kasein soll die Destabilisierung nur erfolgen, bevor

so die entrahmte Milch in die kontinuierliche Fabrikationsstraße eingeführt worden ist. In den anderen beiden Fällen kann die Destabilisierung in der Fabrikationsstraße selbst, vor oder nach einer für die Koagulation nötigen Erhitzung stattfinden. Diese Erhitzung kann gegebenenfalls mit der Pasteurisierung verbunden werden. In dem Fall, in dem die Destabilisierung nach der Erhitzung oder Pasteurisierung vorgenommen wird, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren auch für die Herstellung von Kasein und Kaseinaten mit Hilfe

bo einer entrahmten Milch, die aus Magermilchpulver und Wasser angemacht worden ist. Die Erhitzungen und Pasteurisierungen werden vorzugsweise gemeinsam durch eine Dampfeinspritzung und durch anschließendes Verweilen in einer rohrförmigen Vorrichtung

tr> ausgeführt. Die nachfolgenden Abkühlungen können mit Hilfe von rohrförmigen Wärmeaustauschern erfolgen. Daran schließen sich die oben beschriebene Abtrennung und Waschung und auch die Weiterverar-

beitung an. Die Kaseine können in der üblichen Weise getrocknet werden. Die Trocknung kann beispielsweise in einem Wirbelbett oder in einer Trommel erfolgen, worauf das Produkt in Säcke verpackt wird. Es ist auch möglich, das Kasein in Gegenwart von Wasser zu zerkleinern und die Suspension des zerkleinerten Kaseins unter Zerstäubung zu trocknen. Zur Herstellung von Kaseinaten kann man das gewaschene saure Kasein durch Zusatz einer geeigneten Menge eines Alkalis, wie z. B. Natrium-, Kalium- oder Kalziumhydroxyd, zu ei lern Gemisch aus Kasein und Wasser, das auf eine Temperatur von beispielsweise 45°C gehalten wird, neutralisieren.

Beispiel 1

Entrahmte Milch wird während 2 st bei einer Temperatur zwischen 10 und 12°C mit Lab behandelt, und zwar in einem Verhältnis von 20 g Lab auf 10001 Milch. Die mit Lab versetzte, entrahmte Milch wird dann einer geschlossenen kontinuierlichen Straße zugeführt, in welcher nacheinander die folgenden Operationen durchgeführt werden: Einführung von 3900 l/st Milch in die Straße durch eine Pumpe; Anheben der Temperatur auf 45°C durch Dampfeinspritzung; Koagulation unter Turbulenz in einem Verweilrohr von 35 mm Durchmesser und mit einem Fassungsvermögen von 401, was eine Länge von 42 m ergibt; Anheben der Temperatur auf 70°C durch Einspritzen von Dampf; Pasteurisierung der Kaseinkörnersuspension im Milchwasser, indem sie in 45 see mit 70⁰C durch ein Verweilrohr mit 55 mm Durchmesser hindurchgeführt wird; Abkühlen auf 30⁰C, indem sie durch ein Kühlrohr mit 35 mm Durchmesser und 42 m Länge hindurchgeführt wird; Abtrennen des Kaseins vom Milchwasser durch Zentrifugierung in einem ersten horizontalen Dekantierer; Zugabe von 780 l/st gebrauchter Waschflüssigkeit zum Kasein; Zerkleinerung de; Kaseindispersion im Waschwasser in einer Mühle; erste Waschung unter Turbulenz in einem Rohr von 35 mm Durchmesser und 28 m Länge; Abtrennung des Kaseins vom doppelt verwendeten Waschwasser, welches verworfen wird, mittels Zen'rifugierung in einem zweiten horizontalen Dekantieren Einführung des gewaschenen Kaseins in 780 l/st Trinkwasser mit 35°C; zweite Waschung unter Turbulenz in einem Rohr mit 35 mm Durchmesser und 26 m Länge; Abtrennung des Kaseins vom Waschwasser mit Hilfe einer Trommel, wobei das abgetrennte Waschwasser zurückgeführt und als Waschflüssigkeit in der ersten Waschung verwendet wird. Das Kasein tritt aus der Trommel in einer Menge von 260 kg/st mit einem Feststoffgehalt von etwa 45% aus. Dieses Kasein besteht aus 90 Gew.-% Proteinen, 0,5 Gew.-% Lactose, 8,5 Gew.-°/o Mineralsalzen, bezogen auf die Trockenfeststoffe des Kaseins. Das Kasein wird dann in Gegenwart von Wasser zerkleinert und schließlich unter Zerstäubung getrocknet.

Beispiel 2

Lab-Kasein wird durch das Verfahren von Beispiel 1 hergestellt, wobei jedoch die Erwärmung auf 45⁰C und die Pasteurisierung auf 78°C in einem einzigen Pasteurisierungsarbeitsgang bei 78°C zusammengefaßt werden. Das erhaltene Kasein besitzt die gleichen Eigenschaften und die gleiche Zusammensetzung, wie es in Beispiel 1 beschrieben ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von gewaschenen Kaseinkörnern, bei welchem eine kolloidale Lösung mit der Zusammensetzung einer enirahmten Milch destabilisiert wird und die gebildeten Kaseinkörner vom Milchwasser abgetrennt und anschließend gewaschen werden, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kaseinkörner in eine erste Waschflüssigkeit einbringt, das Gemisch aus Kaseinkörnern und Waschflüssigkeit unter Turbulenz durch ein erstes Rohr führt, die Kaseinkörner von der Waschflüssigkeit abtrennt und in Wasser, dessen Menge zwischen 0,2 und 0,4 l/l behandelte Milch liegt, einbringt, das Gemisch aus Kaseinkörnern und Wasser unter Turbulenz durch ein zweites Rohr führt, die Kaseinkörner vom Wasser abtrennt und das dabei erhaltene Wasser als Waschflüssigkeit in der ersten Stufe verwendet, wobei die Strömungsbedingungen in den Rohren einem VDe-Wert zwischen 140 und 1000cm²/sec entsprechen, worin V die mittlere Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches aus Kaseinkörnern und Flüssigkeit im Rohr und De den hydraulischen Durchmesser, ausgedrückt als Quotient aus dem Vierfachen des Querschnitts des Rohrs dividiert durch den benetzten Umfang, bedeuten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenz in einem Rohr etwa 23 bis 135 see dauert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenz dadurch verstärkt wird, daß das Gemisch aus Kaseinkörnern und Waschflüssigkeit durch mindestens eine Verengung in einem Rohr oder mindestens ein Leitblech in einem Rohr hindurchgeführt wird, wo die Fließbedingungen einem VDe-Wert von über 650cm²/sec entsprechen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließbedingungen durch den verengten Teil oder durch das Leitblech einem VDe-Wert von ungefähr 900 bis lOOOcnvVsec entsprechen.