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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur
Behandlung von Milch und anderen Molkerei-Rohstoffen, die dazu
geeignet sind, in Käse umgewandelt zu werden, wobei das
Verfahren das Konservieren, ja sogar das Verbessern ihrer Eignung
zur Käseherstellung ermöglicht.
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Bei den klassischen Verfahren zur Herstellung von Käse
variiert die Intensität der thermischen Behandlungen, die auf die
zur Käseherstellung verwendete Milch angewandt wird, nach den
Anwendungen, liegt im allgemeinen aber in einem
Temperaturbereich von 65 ºC bis 90 ºC für einen Zeitraum von 10 s bis
10 min.
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Diese Behandlungen ermöglichen die Beseitigung der harmlosen
und der pathogenen Flora der Milch.
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Um die sporenbildende Flora und insbesondere die Clostridium
tyrobutyricum zu beseitigen, die bei der Technologie der
gekochten, gepreßten Rohmasse (Teig) für ein verzögertes
Aufblähen verantwortlich sind, muß man einige Sekunden lang
Behandlungen bei höheren Temperaturen in der Größenordnung von
110-160 ºC anwenden, O. CERF, J. HERMIER (1973),
Thermoresistance anormale de spores bacteriennes chauffes par injection
directe dans la vapeur. Le Lait, 53, 23-29.
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Die Käsefachleute kennen die Nachteile der Anwendung von
intensiven thermischen Behandlungen auf die für die
Käseherstellung bestimmte Milch gut. Zahlreiche Arbeiten haben eine
Abnahme der Eignung von thermisch behandelter Milch für ihre
Umwandlung in Käse demonstriert: siehe insbesondere M. E.
POWELL, L. S. PALMER (1935), Behaviour of caseinate sols in
a study of a hysteresis like phenomenon in the rennet
coagulation of heated milk. J. Dairy Sci, 18, 401-416, und G. T. PYNE
(1945), Rennet hysteresis and the calcium phosphat of milk.
Biochem. J., 39, 385.
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Eines der wesentlichen Phänomene, das durch diese Abnahme der
Eignung für die Gerinnung von thermisch behandelter Milch
impliziert wird, besteht in der Wechselwirkung zwischen den
löslichen Proteinen (α-Lactalbumin und β-Lactoglobulin) und
den Caseinen durch die Aktivierung der SH-Gruppen und durch
die Bildung von Dischwefelbindungen und hydrophoben Bindungen.
Diese Wechselwirkung ist auf die Bildung von Komplexen
zwischen dem β-Lactoglobulin und dem χ-Casein zurückzuführen.
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Es ist gezeigt worden (C. FERRON-BAUMY, J. L. MAUBOIS, G.
GARRIC, J. P. QUIBLIER (1991), Coagulation presure du lait et
des rétentats d'ultrafiltration. Effets de divers traitements
thermiques. Le lait, 71, im Druck), daß die primäre
Gerinnungsphase durch das Lab (wie durch die Kinetik der
Freisetzung von Caseinomacropeptid geschätzt wird) in einer erwärmten
Milch bei erhöhter Temperatur völlig normal abläuft, d.h., daß
die primäre Gerinnungsphase durch das Erwärmen nicht gestört
wird. Man bemerkt jedoch eine Abnahme der ursprünglichen
Reaktionsgeschwindigkeit in der Größenordnung von 30 % und
eine Abnahme des endgültigen Caseinomacropeptid-Gehaltes von
20 %. Die Abnahme der Eignung zur Gerinnung oder das
Ausbleiben der Gerinnung ist daher nicht auf dieses Phänomen
zurückzuführen.
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Die Bindung des β-Lactoglobulin am χ-Casein verursacht eine
Erhöhung der negativen Nettoladung der Casein-Micellen (1. M.
REDDY, J. E. KINSELLA (1990), Interaction of β-lactoglobulin
with the K-casein in micelles as assessed by chymosin
hydrolysis
: effect of temperature, heating time, β-lactoglobulin
concentration and pH J. Agric. Food Chem., 38, 50-58).
Darüber hinaus steht der sterische Raumbedarf des Komplexes der
Einwirkung des Labs entgegen (E. J. HINDLE, J. V. WHEELOCK
(1970). The primary phase of rennin action in heat-sterilized
milk. J. Dairy Res, 37, 389-396) sowie (A. C. M. VAN HOOYDONK,
C. OLIEMMN, H. G. HAGEDOORN (1984), Kinetics of the
chymosincatalysed proteolysis of K-casein in milk. Neth. Milk Dairy
J., 37, 207-222).
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Eine andere Folge einer intensiven thermischen Behandlung
besteht in der deutlichen Abnahme des Gehaltes an löslichem
Calcium, wodurch die Erzeugung von Bindungen zwischen Micellen
bei der Bildung und bei der Verdickung der Gallerte begrenzt
wird. Der gebildete (Käse-)Bruch ist daher brüchiger
(bröckeliger) und für die mechanische Bearbeitung wie das Schneiden
und das Umrühren wenig geeignet.
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Um diese Probleme der Nicht-Gerinnungsfähigkeit oder der
schlechten Gerinnungsfähigkeit von erwärmter Milch zu lösen
und ihre Verwendung für die Käseherstellung zu ermöglichen,
sind mehrere Verfahren vorgeschlagen worden, die entweder die
Verminderung der Ladung der Casein-Micellen oder die
Einschränkung der Bildung des β-Lactoglobulin-χ-Casein-Komplexes,
indem man die Milch um einen Teil ihrer löslichen Proteine
verarmt oder die Denaturierung von Serumproteinen einschränkt,
oder die Anreicherung der Milch an ionisiertem Calcium
anstreben.
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Eine erste Gruppe von bekannten Verfahren umfaßt die Techniken
zur Erniedrigung der Ladung der Casein-Micellen:
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- durch Ansäuerung: siehe H. SINGH, S. I. SHALABI, P. F. FOX,
A. FLYNN, A. BARRY (1988), Rennet coagulation of heated milk:
influence of pH adjustments before and after heating. J. Dairy
Sci.,
55, 205-215. Diese Autoren haben eine Technik zur
Wiederherstellung der Fähigkeit erwärmter Milch zur Gerinnung
entwickelt, wobei der pH-Wert der Milch vor oder nach der
thermischen Behandlung eingestellt wird. Stromaufwärts oder
stromabwärts von der thermischen Behandlung praktizieren sie
eine Ansäuerung bis zu einem pH-Wert von 5,5-6,0, gefolgt von
einer Neutralisation bis zu einem pH-Wert von 6,6. Diese
Technik ermöglicht die Wiederherstellung der Gerinnung der
Milch, indem sie auf ihr Mineral-Gleichgewicht einwirkt. Sie
weist eine Anreicherung der Milch an ionisiertem Calcium auf.
Auf die aus dieser Praxis resultierenden Mängel in bezug auf
Bitterkeit bei der Cheddar-Technologie wurde hingewiesen:
J. M. BANKS (1988), Elimination of the development of bitter
flavour in cheddar cheese made from milk containing
heatdenatured whey protein. J. Soc. Dairy Technol., 41, 37-41.
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- durch Zugabe von Calciumchlorid: siehe R. J. MARSHALL
(1986), Improving cheese yields by high heat treatment of
milk. J. Dairy Res., 53, 313-322. Dieser Artikel beschreibt
die Herstellung von Käse der Cheshire-Art aus Milch, die 15 s
lang auf 97 ºC erwärmt wird, wobei die Milch mit löslichem
Calcium angereichert wird und der pH-Wert auf 6,40
herabgesetzt wird. Es wurde anschließend eine normale Gerinnungszeit
der so angesäuerten Milch beobachtet, wobei der Bruch jedoch
einen hohen Gehalt an Wasser aufweist. Dieses Verfahren kann
nicht für die Herstellung einer beliebigen Käseart eingesetzt
werden. Es ermöglicht nicht die vollständige Wiederherstellung
der Eignung von Milch zur Umwandlung in Käse.
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Techniken, die zu einer relativen Erniedrigung der
Oberflächenladung der Micellen durch eine teilweise Konzentrierung
der Milch durch Ultrafiltration führen, sind ebenfalls
vorgeschlagen worden. Die teilweise Konzentrierung von H-Milch
durch Ultrafiltration (J. L. MAUBOIS, G. MOCQUOT, L. VASSAL
(1973), Patent FR-73 07 117. Procédé de traitement du lait et
de sous-produits laitiers) ermöglicht eine Gerinnungszeit der
Milch in der Größenordnung von 30-40 min. Die Festigkeit des
erhaltenen Coagulats ist für die Technologien des gekochten,
gepreßten Teigs jedoch nicht voll zufriedenstellend.
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Eine andere Kategorie betrifft die Techniken zur Verminderung
der Bildung des β-Lactoglobulin-χ-Casein-Komplexes;
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- das HHT-Verfahren (Behandlung mit hoher Wärme (high heat
treatment)) besteht darin, die Denaturierung von Serumpro
teinen, insbesondere von β-Lactoglobulin, einzuschränken. Das
HHT-Verfahren (siehe insbesondere D. TROSSAT (1980),
Realisation et étude des caractéristiques d'un appareil de
stérilisation du lait de type HHT injection directe de vapeur. Thèse
de Docteur-Ingénieur ENSAM, Paris; C. FABRE (1982), Etude d'un
système de condensation rapide de vapeur dans un liquide en
écoulement pour la stérilisation du lait. Thèse
Docteur-Ingénieur, INPL, Nancy; C. ESNOUF, E. ABOU MANSOUR (1990): Un
nouveau procédé d'injection de vapeur: application la mise
au pomt d'un nouveau traitement thermique du lait. Le Lait,
70, 233-254) setzt thermische Behandlungen bei erhöhten
Temperaturen für einige Sekundenbruchteile ein. Die durch dieses
Verfahren in hygienischer Hinsicht erhaltene Wirksamkeit ist
mit der vergleichbar, die durch die UHT-Behandlung erhalten
wird, wobei die Denaturierung von löslichen Proteinen bei der
HHT-Behandlung aber in geringerem Umfang auftritt. Sie tritt
für β-Lactoglobulin in der Größenordnung von 25-30 % auf.
Diese schwache Denaturierung des β-Lactoglobulin reicht zur
Bildung von β-Lactoglobulin-χ-Casein-Komplexen aus, die eine
Verschlechterung der Eignung der Milch zur Käseherstellung zur
Folge haben. Diese Verschlechterung zeigt sich durch
verlängerte Gerinnungszeiten und eine verminderte Festigkeit des
Bruchs;
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- die Abreicherung der Milch in bezug auf Milchserum-Proteine
oder die Befreiung von Seroproteinen ist ein weiteres Mittel
zur Verringerung der Bildung von Komplexen zwischen dem β-
Lactoglobulin und dem χ-Casein.
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Die Befreiung der Milch von Seroproteinen vor der thermischen
Behandlung ist nach Kenntnis des Anmelders auf eine einzige
Weise verwirklicht worden, und zwar durch Ausschluß- und/oder
Ionenaustausch-Chromatographie.
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Ein solches Verfahren wird im Patent FR-A-2 465 422
beschrieben. Gemäß diesem Patent unterzieht man die Milch einer
teilweisen oder vollständigen Befreiung von Seroproteinen durch
Ausschluß- und/oder Tonenaustausch-Chromatographie, bevor die
Milch auf erhöhte Temperaturen erwärmt wird. Die industrielle
Anwendung dieses Verfahrens ist insofern sehr schwierig, weil
eine so verstopfende Flüssigkeit wie Milch über einen
Chromatographieträger geleitet werden muß. Dieses Verfahren stößt
auch auf ökologisch bedingte Einschränkungen, die mit der
Regenerierung der Harzkolonnen verbunden sind, und darüber
hinaus führt das Durchleiten der Milch durch Harze zur
Retention von Mineralien, wodurch die
Protein-Mineralien-Gleichgewichte, von denen bekannt ist, daß sie eine wesentliche Rolle
bei der Umwandlung in Käse spielen, wesentlich modifiziert
werden.
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Andererseits ist die Mikrofiltration von Milch durch Membranen
mit Porendurchmessern von 0,2 µ von J. FAUQUANT, J. L. MAU-
BOIS, A. PIERRE (1988), Microfiltration du lait sur membrane
minérale. La Technique Laitière, 1028, 21-23, bereits
experimentell verwirklicht worden.
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Die Autoren dieser Veröffentlichung zeigen einfach, daß die
Behandlung von Magermilch durch das Durchleiten durch eine
Mikrofiltrations-Membran zur Trennung in zwei Flüssigkeiten
führt: ein von Lipiden befreites, den Großteil der Milchserum-
Proteine enthaltendes Mikrofiltrat und ein mit micellarem
Casein angereichertes Retentat.
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Obwohl erwähnt ist, daß das Retentat dieser Mikrofiltration
ein neuer Rohstoff für die Käseherstellung darstellen kann,
ist keine Angabe über eine nachträgliche thermische Behandlung
aufgeführt. Diese Veröffentlichung betrifft tatsächlich ein
präparatives Milchprotein-Verfahren. Sie lehrt in keiner Weise
die Möglichkeit, das Retentat der Mikrofiltration thermisch
zu behandeln, zweifelsohne, weil ein Fachmann annehmen würde,
daß eine solche Behandlung eine nachteilige Wirkung auf die
Eignung zur Umwandlung in Käse ausüben würde. Diese
Veröffentlicht lehrt auch nicht die technische Möglichkeit zur
Diafiltration eines thermisch behandelten Mikrofiltrations-Retentats
mit einem Ultrafiltrat von Milch.
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Das Patent FR-A-24 42 592 beruht darauf, daß zwei Stufen der
Einwirkung von Lab auf Milch auf die
Ultrafiltrations-Retentate angewandt werden, eine bekannte Erscheinung, wobei bei
tiefer Temperatur (2 ºC - 4 ºC) nur die enzymatische Hydrolyse
des Caseins stattfindet; die Aggregation der so hydrolisierten
Casein-Micellen findet sehr langsam statt. Das Patent FR-A-
2 442 592 schlägt die Zugabe von warmem Wasser zu den
Ultrafiltrations-Retentaten vor, um die Temperatur der Mischung auf
die Temperaturen der Bildung des Coagulats (30-40 ºC) zu
erhöhen, aber es lehrt weder die Befreiung von Seroproteinen
noch die thermische Behandlung des Mikrofiltrations-Retentats.
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Der Artikel von Bastian et al., Journal of Dairy Science, Band
74, Nr. 8, August 1988, beschreibt die Verteilung der
Milchkomponenten im Verlauf eines Ultrafiltrations-Vorgangs, bei
dem es sich um eine Technik handelt, die von der
Mikrofiltration grundlegend verschieden ist. Die Mikrofiltration ist
eine Technik zur Teilchen-Makromolekül-Trennung; die
Ultrafiltration
trennt die Makromoleküle von mikromolekular gelösten
Stoffen (zum Beispiel die Trennung Proteine-Zucker). Darüber
hinaus lehrt die Veröffentlichung von Bastian et al. in keiner
Weise die Befreiung der Milch von Seroproteinen.
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Folglich bietet der Stand der Technik kein Verfahren, das auf
eine zuverlässige und industriell anwendbare Weise eine
thermische Behandlung von Milch umfaßt und die Beibehaltung ihrer
Eignung zur Käseherstellung ermöglicht.
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Die Anmelderin hat es sich daher zur Aufgabe gemacht, ein
Verfahren zu entwickeln, das es ermöglicht, Milch zu erhalten,
die nicht nur eine gute mikrobiologische Qualität aufweist,
sondern auch ihre Eignung zur Herstellung von Käse beibehält.
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Nach der Erfindung hat man überraschenderweise gefunden, daß
die Befreiung der Milch von Seroproteinen durch deren
Mikrofiltration oder daß die Kombination der Schritte der Befreiung
von Seroproteinen durch Mikrofiltration und die Konzentrierung
durch Ultrafiltration es ermöglichen, Milch zu erhalten, die
nach einer einmaligen thermischen Behandlung eine gute Eignung
zur Herstellung von Käse aufweist.
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In der vorliegenden Beschreibung versteht man unter der
Eignung zur Herstellung von Käse die Eignung von Milch, Bruch
oder Coagulate zu bilden.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren
zur Behandlung von Milch und anderen Molkerei-Rohstoffen, die
dazu geeignet sind, in Käse umgewandelt zu werden, wobei das
Verfahren mindestens das Erhalten ihrer Eignung zur
Herstellung von Käse, insbesondere der Gerinnungszeit und der
Festigkeit der Coagulate, ermöglicht und dadurch gekennzeichnet ist,
daß die Milch durch Mikrofiltration von Seroproteinen befreit
und anschließend einer thermischen Behandlung unterworfen
wird.
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Das Verfahren nach der Erfindung kann darüber hinaus einen
Schritt umfassen, bei dem die Retentate der Mikrofiltration
von Milch durch Ultrafiltration behandelt werden.
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In diesem Fall sind verschiedene Ausführungsformen der
Erfindung möglich.
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Nach einer ersten Ausführungsform wird die Ultrafiltration
nach der thermischen Behandlung durchgeführt.
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Nach einer weiteren Ausführungsform wird die Ultrafiltration
zwischen der Mikrofiltration und der thermischen Behandlung
durchgeführt.
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In der vorliegenden Beschreibung wird zur Vereinfachung der
Ausdruck Milch verwendet, um den behandelten Rohstoff zu
bezeichnen. Es kann sich demnach um Milch oder jeden anderen
Molkerei-Rohstoff handeln, der dazu in der Lage ist, in Käse
umgewandelt zu werden.
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Nach der Erfindung kann man daher Voll- oder Magermilch, mit
Fett angereicherte Milch oder Buttermilch behandeln. Die Milch
kann von allen milchgebenden weiblichen Tieren stammen: der
Kuh, der Geiß, dem weiblichen Schaf, der Eselin, der
Büffelkuh, wobei die Milch davon einzeln oder in Mischung verwendet
werden kann.
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Vorzugsweise wird die Milch durch Diafiltration
mikrofiltriert. Darüber hinaus und bevorzugt weisen die
Mikrofiltrations-Membranen einen Porendurchmesser zwischen etwa
0,05 µm und 0,50 µm und vorzugsweise zwischen etwa 0,10 µm und
0,20 µm auf.
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Die Permeation der löslichen Proteine wird durch die Praxis
der Diafiltration von Milch während der Mikrofiltration
erleichtert. Die Diafiltrations-Technik ist dem Fachmann
bekannt: siehe beispielsweise A. R. COOPER, R. G. BOOTH (1980),
Demetallation of chelating polymers by diafiltration in the
presence of a permeable complexing agent. Ultrafiltration
membrane and applications. Edited by A. R. COOPER. Polymer
Science and Technology.
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Das für das Diafiltrieren verwendete Produkt kann entweder,
in dem Fall, in dem man den Gehalt an Lactose oder an
löslichen Mineralsalzen der Milch erniedrigen möchte, Wasser oder
eine Flüssigkeit sein, deren Zusammensetzung ungefähr der der
löslichen Phase von Milch (Ultrafiltrations-Permeat)
entspricht.
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Als Funktion des verwendeten Diafiltrat-Volumens kann der für
die Milch erhaltene Grad der Befreiung von Seroproteinen bis
zu 100 % betragen. Er hängt von der Behandlungsintensität ab.
Zur Veranschaulichung führt die kontinuierliche Diafiltration,
die mit einem Diafiltrat-Volumen durchgeführt wird, das 1,2mal
dem Volumen der als Ausgangsmaterial dienenden Milch
entspricht, zu Abreicherung des Gehaltes an löslichen Proteinen
um 40 %, was einer Verringerung der Menge an β-Lactoglobulin
und α-Lactalbumin um 60 % entspricht. Genauso beträgt, wenn
das Diafiltrations-Volumen 3mal dem Volumen der als
Ausgangsmaterial dienenden Milch entspricht, die erzielte Befreiung
von Seroproteinen 60 %, was einer Verringerung der Menge an
β-Lactoglobulin und α-Lactalbumin um 80 % entspricht.
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Nach der teilweisen oder vollständigen Befreiung von
Seroproteinen kann die Milch einer beliebigen thermischen
Behandlung unterzogen werden, die zu einer bis zu 100 %
führenden Denaturierung der löslichen Proteinen führt.
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Die thermische Behandlung wird im allgemeinen während einiger
Sekundenbruchteile bis 100 s bei einer Temperatur zwischen
etwa 90 ºC und 160 ºC durchgeführt, kann aber auch bei
tieferen Temperaturen durchgeführt werden, wenn der Druck niedriger
als der Atmosphärendruck ist, wie im Fall einer thermischen
Konzentrierung in einem Verdampfer.
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In praktischer Hinsicht kann die thermische Behandlung von
Milch in einem Wärmeaustauscher, in einem thermischen
Verdampfer oder in einem ganz anderen System zur thermischen
Behandlung durchgeführt werden.
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Der Fachmann kann durch Routineversuche die für die thermische
Behandlung charakteristischen Zeitdauer- und
Temperatur-Bedingungen auswählen, um in Einklang mit dem behandelten Rohstoff
die erwünschte bakteriologische und hygienische Qualität zu
erhalten.
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Die Ultrafiltration wird vorzugsweise an Membranen
durchgeführt, die einen Rückhalte-Schwellenwert zwischen 10 kD und
30 kD und vorzugsweise von etwa 20 kD aufweisen.
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Die Eignung von Milch zur Herstellung von Käse kann durch
verschiedene Instrumente ermittelt werden, die die Bildung und
die Entwicklung von Gallerten während der Gerinnung messen.
Von diesen kann man die Vorrichtung anführen, die unter der
Bezeichnung FORMAGRAPH (Foss Electric) kommerzialisiert wird.
Mit Hilfe dieser Apparatur zeigt man, daß eine nach der Erfin
dung um 80 % an β-Lactoglobulin verarmte und anschließend 10 s
lang auf 140 ºC erwärmte Milch eine Gerinnungszeit von 21 min
aufweist, während dieselbe Milch, die einfach 10 s lang auf
140 ºC erwärmt wurde, nach einer Beobachtungsdauer von 1 h
nach dem Zeitpunkt des Zusetzens von Lab nicht gerinnt.
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Die Studie der Parameter der Bildung und der Festigkeit der
Gallerte unterstreichen eine Verbesserung der
Festigungsgeschwindigkeit und der Festigkeit der durch dieses Verfahren
erhaltenen Gallerte, bezogen auf Rohmilch.
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Für den Fachmann sind diese beiden Parameter für die Eignung
der Milch zur Herstellung von Käse repräsentativ.
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Die Geschwindigkeit der Bildung des Gels, das aus einer um
40 % ihrer löslichen Proteine verarmten Milch erhalten wird,
die 10 s lang auf 140 ºC erwärmt wird und anschließend 1,8mal
konzentriert wird, wird im Vergleich zu der von Rohmilch um
10 % erhöht. Eine Verbesserung der Festigkeit des aus diesem
Verfahren stammenden Bruchs wird ebenfalls festgestellt. Die
Festigkeit erhöht sich um 20 %.
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Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltenen Ergebnisse
zielen auf die Bestätigung ab, daß die Eignung der erwärmten
Milch zur Herstellung von Käse durch den Gehalt an
denaturierten, löslichen Proteinen eingeschränkt wird und daß die
Befreiung von Rohmilch von Seroproteinen dazu beiträgt, ihr
Koagulationsvermögen zu verbessern.
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Als Beispiel weist eine Milch, die thermisch nicht behandelt
wurde und einer teilweisen Befreiung von 40 % der Seroproteine
unterzogen wurde, ein besseres Koagulationsvermögen als die
Bezugsmilch auf. Die Gerinnungszeit ist um 5 % verringert, die
Geschwindigkeit der Gel-Bildung und die Festigkeit sind
jeweils um 10 % erhöht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht folglich:
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- die Herstellung von Pulvern mit einer hohen
bakteriologischen Qualität und einem hohen Wert für die Käseherstellung,
die durch das Trocknen von Mikrofiltrations-Retentaten
(Konzentrierungsfaktor
kleiner als oder gleich 3) oder durch das
Trocknen von mikrofiltrierter Milch erhalten werden. Diese
Verwendung von Trockenmilch für die Käseherstellung offenbart
eine beträchtliche ökonomische Bedeutung, insbesondere in den
warmen Ländern, in denen keine Milch erzeugt wird.
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- die Verwendung von steriler Milch für die traditionelle
Technologie zur Käseherstellung oder für die eine
Ultrafiltration umfassende Technologie zur Käseherstellung.
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Darüber hinaus ist festzustellen, daß das in dieser Erfindung
beschriebene Verfahren in bezug auf den zuvor beschriebenen
Stand der Technik den Gehalt und die Verteilung der anderen
Bestandteile der Milch nicht ändert, wenn die Diafiltration
mit dem Ultrafiltrations-Permeat durchgeführt wird. Es ist
ebenfalls möglich, den Mineralsalz- und den Lactosegehalt zu
ändern, indem die Milch mit Wasser diafiltriert wird.
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Die durch das Verfahren der Erfindung erhaltenen Produkte
unterscheiden sich von den herkömmlichen Produkten, die keiner
Mikrofiltration unterzogen wurden, dadurch, daß bei der ersten
Stufe ihrer Umwandlung in Käse die Anfangsgeschwindigkeit der
Freisetzung von Caseinomacropeptid (CMP) höher als im
herkömmlichen Fall ist.
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Das CMP kann nach dem Analytikverfahren von J. LEPNIL und D.
MOLLE, J. Dairy Res. 58-3, Seite 321-328 (1991) quantitativ
bestimmt werden.
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Die vorliegende Erfindung wird durch die nachfolgende
Beschreibung und die angefügten Zeichnungen veranschaulicht, in
denen:
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- Figur 1 gemäß Beispiel 1 die Entwicklung der Parameter der
Eignung und der Gerinnung der Milch (auf der Ordinate) als
Funktion des Diafiltrat-Volumens (auf der Abszisse) darstellt.
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- Figur 2 ein Diagramm ist, das einer Ausführungsform der
Erfindung entspricht, bei der die Milch (1) einer
Mikrofiltration-Diafiltration (2), anschließend einer thermischen
Behandlung (3) und zuletzt einer Ultrafiltration (4)
unterzogen wird, wodurch ein Produkt (5) erhalten wird.
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- Figur 3 ein Diagramm ist, das einer Ausführungsform der
Erfindung entspricht, bei der die Milch (1) einer
Mikrofiltration-Diafiltration (2), anschließend einer
Ultrafiltration (4) und zuletzt einer thermischen Behandlung (3)
unterzogen wird, wodurch das Produkt (5) erhalten wird.
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- Figur 4 ein Diagramm ist, das einer Ausführungsform der
Erfindung entspricht, bei der die Milch (1) einer
Mikrofiltration-Diafiltration (2) und anschließend einer
thermischen Behandlung (3) unterzogen wird, wodurch das Produkt
(5) erhalten wird.
BEISPIEL 1:
Studie der Gerinnung von Milch als Funktion des Gehaltes an
löslichen Proteinen.
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Rohmilch wurde durch erfindungsgemäße Mikrofiltration von
Seroproteinen befreit.
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Es wurde gemessen:
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- die Gerinnungszeit in min (R),
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- die Zeitdauer (in min), die nach dem Flockungspunkt
erforderlich war, um auf der zuvor erwähnten Apparatur
"Formagraph" einen Abstand von 20 mm zu erhalten (K20).
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- den Abstand in mm zwischen den beiden Zweigen des
Rheogramms 30 min nach Zugabe des Labs (a 30).
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K20 ist umgekehrt proportional zur Bildungsgeschwindigkeit des
Bruchs, wobei der Wert a 30 der Festigkeit des erhaltenen
Koagulats entspricht.
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Figur 1 stellt die Entwicklung dieser Parameter als Funktion
des Diafiltrat-Volumens dar.
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Je größer das Diafiltrat-Volumen ist, d.h., je beträchtlicher
die Befreiung von Seroproteinen ist, desto fester ist das
erhaltene Koagulat.
BEISPIEL 2:
Herstellung von Milch.
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Eine Magermilch wird auf 50 ºC erwärmt und anschließend
kontinuierlich durch ein SFEC-Modul S 2*37 von 1,6 m², ausgerüstet
mit CARBOSEP-M 14-Membranen, wobei der Porendurchmesser
0,14 µm beträgt, diafiltriert. Die Zufuhrgeschwindigkeit
beträgt 1800 1/h, die Kreislaufgeschwindigkeit der Milch 7500
l/h, die Reinigungsgeschwindigkeit 4 m/s. Der Druck beträgt
am Eingang des Moduls etwa 3 bar und 0,5 bar am Ausgang.
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Das verwendete Diafiltrat ist ein Ultrafiltrations-Permeat von
Milch mit dem Anfangs-pH-Wert, das durch eine Membran CARBOSEP
M 5 (Rückhalte-Schwellenwert 10 000 Dalton) erhalten wurde,
wobei ihre Gehalte 0,3 g/l β-Lactoglobulin und 0,1 g/l α-
Lactalbumin nicht überschreiten.
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Die Menge des zur Eliminierung von 60 % des β-Lactoglobulins
und α-Lactalbumins eingebrachten Diafiltrats beträgt das
1,2fache des Volumens der als Ausgangsmaterial verwendeten
Milch. Um 90 % von jedem dieser beiden Proteine zu entfernen,
beträgt sie das 3fache des Volumens der zu Beginn eingesetzten
Milch.
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Die am Ende der Diafiltration vorliegende Milch wird durch
eine Laguilharre-UHT-Apparatur mit einer Dampfkammer
sterilisiert. Das Vorwärmen findet 80 s lang bei 80 ºC statt. Die
Sterilisationstemperatur beträgt 140 ºC und wird 10 s lang
angewandt. Aus der Dampfkammer gelangt die Milch in die
Entspannungskammer, um direkt auf 80 ºC abgekühlt zu werden,
anschließend in die Kühlvorrichtung, wo die Temperatur auf
50 ºC eingestellt wird.
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Anschließend wird die Milch zweimal durch Ultrafiltration
durch ein SFEC-Modul S 2*37 von 1,6 m², ausgerüstet mit
CARBOSEP-M4-Membranen, die einen Rückhalte-Schwellenwert von
20 000 Dalton aufweisen, konzentriert.
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Die jeweiligen, bei einem Versuch erhaltenen Zusammensetzungen
von verschiedenen Produkten (Rohmilch,
mikrofiltriert-diafiltrierte Milch, mikrofiltriert-diafiltrierte und sterilisierte
Milch, mikrofiltriert-diafiltrierte, sterilisierte und
konzentrierte Milch) sind in der nachfolgenden Tabelle I angegeben.
BEISPIEL 3:
Herstellung von Pulver.
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Das Produkt von Beispiel 2 wird in einem Versuchs-Verdampfer
von Laguilharre eingedampft, bis ein Trockenextrakt des
Produkts von 30 % erhalten wird. Die Temperatur am Kopf des
Verdampfers ist niedriger als 70 ºC. Das Produkt wird
anschließend in einem Versuchsturm getrocknet, wobei die
Eintrittstemperatur 160 ºC beträgt.
BEISPIEL 4:
Variante der Milchherstellung; Gewinnung von Pulver.
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Eine Magermilch wird auf 50 ºC erwärmt und anschließend
kontinuierlich durch ein SFEC-Modul S 2*37 von 1,6 m², ausgerüstet
mit CARBOSEP-M 14-Membranen, wobei der Porendurchmesser
0,14 µm beträgt, diafiltriert. Die Zufuhrgeschwindigkeit
beträgt 1800 l/h, die Kreislaufgeschwindigkeit der Milch 7500
l/h, die Reinigungsgeschwindigkeit 4 m/s. Der Druck beträgt
am Eingang des Moduls etwa 3 bar und 0,5 bar am Ausgang.
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Das verwendete Diafiltrat ist ein Ultrafiltrations-Permeat von
Milch mit dem Anfangs-pH-Wert, das durch eine Membran CARBOSEP
M 5 (Rückhalte-Schwellenwert 10 000 Dalton) erhalten wurde,
wobei ihre Gehalte 0,3 g/l β-Lactoglobulin und 0,1 g/l α-
Lactalbumin nicht überschreiten.
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Die Menge des zur Eliminierung von 60 % des β-Lactoglobulins
und α-Lactalbumins eingebrachten Diafiltrats beträgt das
1,2fache des Volumens der als Ausgangsmaterial verwendeten
Milch. Um 90 % von jedem dieser beiden Proteine zu entfernen,
beträgt sie das 3fache des Volumens der zu Beginn eingesetzten
Milch.
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Das Produkt wird anschließend in einem Versuchs-Verdampfer von
Laguilharre eingedampft, bis ein Trockenextrakt des Produkts
von 30 % erhalten wird. Die Temperatur am Kopf des Verdampfers
ist niedriger als 70 ºC. Das Produkt wird anschließend in
einem Versuchsturm getrocknet, wobei die Eintrittstemperatur
160 ºC beträgt.
BEISPIEL 5:
Wiederherstellung von Milch aus dem nach Beispiel 3 oder 4
erhaltenen Pulver.
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Die Wiederherstellung von Milch aus dem nach Beispiel 3 oder
4 gewonnenen Pulver wird. so durchgeführt, daß man zu einem
trockenen, entfetteten Extrakt der wiederhergestellten Milch
von 120 g/kg gelangt, was einem Gesamtgehalt der
stickstoffhaltigen Bestandteile von 45 g/kg entspricht.
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Wenn ein Teil des Phosphats und des Calciums während der
anschließenden thermischen Behandlungen unlöslich gemacht
worden war, empfiehlt es sich, eine Dosis von 0,8 g/kg
Calciumhydrogenphosphat zuzugeben, um die
Mineralgleichgewichte wiederherzustellen.
BEISPIEL 6:
Herstellung eines Käses vom Camembert-Typ.
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Die Milch wird wie in den Beispielen 2 oder 5 angegeben
hergestellt. Nach der Standardisierung auf 35 g/l Fett erfährt
diese mit 1 % mesophilen Kulturen beimpfte Milch eine
20stündige Vorreifung bei 14 ºC. Zur Milch wird Penicillium
caseicolum gegeben.
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Am nächsten Tag, dem Herstellungstag, wird die Milch auf 33 ºC
erwärmt und anschließend als Funktion der Ergebnisse der
Vorreifung eine variable Dosis von mesophilen Kulturen
zugegeben.
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Der Ziel-pH-Wert beim Zusatz von Lab beträgt 6,20. Wenn er
erreicht ist, wird der Milch Lab mit einer Dosis von 20 ml auf
100 l Milch zugesetzt. Die Gerinnungszeit beträgt 8 min, und
die Festigungszeit beträgt 45 min. Wenn der Bruch an der
Oberfläche exsudiert, führt man mit dem Käsesäbel ein grobes
Verschneiden durch.
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Anschließend wird der Bruch geformt, danach 7 h nach dem
Formen und an dem der Herstellung folgenden Tag gewendet.
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Der pH-Wert des Käses beträgt dann 4,7 und seine
Gesamt-Trokkenmasse 40 %. Der Käse wird anschließend wiederholt
abgeschmiert und danach reifen gelassen. Er verhält sich auf
dieselbe Weise wie die herkömmlichen Produkte, wobei insbesondere
seine organoleptischen Qualitäten mit denen von existierenden
Produkten vergleichbar sind.
BEISPIEL 7:
Herstellung eines Käses vom Tomme-Typ.
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Die Milch wird wie in den Beispielen 2 oder 5 angegeben
hergestellt.
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Die Milch, deren Fettgehalt auf 28 g/l standardisiert ist und
deren Gehalt an löslichen Proteinen durch Diafiltration auf
die Hälfte reduziert ist, wird 15 s lang bei 117 ºC
sterilisiert und anschließend 1,6mal durch Ultrafiltration
konzentriert.
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Die auf diese Art hergestellte Milch wird mit mesophilen,
homofermentativen Kulturen mit einer Dosis von 1 % und
thermophilen Kulturen mit einer Dosis von 0,5 % beimpft. Die
Vorreifung dauert 16 h bei 10 ºC.
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Am folgenden Tag, dem Herstellungstag, beträgt der pH-Wert der
Milch 6,65. Die auf 33 ºC erwärmte Milch wird von neuem mit
homofermentativen Milchsäurebakterien mit einer Dosis von 1 %
beimpft. Nach einem 30minütigen Beenden des Reifens durch
Erwärmen ist der tatsächliche pH-Wert für den Zusatz von Lab
von 6,55 erreicht. Der Milch wird dann bei 33 ºC eine
30 ml/100 l entsprechende Labdosis zugesetzt. Die
Gerinnungszeit beträgt 25 min und die Festigungszeit 12 min.
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Das Zerschneiden des Koagulats wird mit Hilfe eines
Schneidrahmens durchgeführt, wobei die Drehgeschwindigkeit
stufenweise erhöht wird, bis ein Korn mit einer Kantenlänge von etwa
0,7 cm erhalten wird. Die Dauer des Verschneidens beträgt
5 min. Das Nachrühren erfolgt aufgrund einer schwachen
Befähigung des Serums zum Ausschwitzen schnell fortschreitend.
Es dauert etwa 30 min.
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Die verschnittene Mischung und das Serum werden anschließend
in einen Drängagebehälter überführt, in dem der Bruch in einem
auf 25 ºC wärmegeregelten Raum 30 min lang mit 10 g/cm² gepreßt
wird. Der Käse wird anschließend geformt und danach 4 h 30 min
lang gepreßt, 30 min lang bei einem Anfangsdruck von 50 g/cm²
und danach 4 h lang mit 150 g/cm². Der pH-Wert des Bruchs
beträgt dann 5,20. Der Käse wird anschließend eingesalzen und
in ein Salzbad eingelegt.
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Der Gesamt-Trockengehalt des Käses beträgt 48 %, der
Gesamtgehalt der stickstoffhaltigen Bestandteile 24,7 % und der pH
Wert 5,10.
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Einen Monat nach der Herstellung weist der Käse im Vergleich
zu vergleichbarem kommerziellem Käse keinen organoleptischen
Fehler auf.
BEISPIEL 8:
Herstellung eines Käses vom Emmental-Typ.
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Die Herstellung der Milch ist zu der der Beispiele 2 oder 5
analog. Die auf 28 g/l Fett eingestellte und auf 33 ºC
erwärmte Milch wird mit 0,5 % mesophilen homofermentativen Kulturen,
0,5 % thermophilen Streptokokken und 0,05 % thermophilen
Milchsäurebakterien beimpft.
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Das Reifen dauert etwa 45 min, der pH-Wert beträgt danach
6,60. Die Milch wird danach bei einer Temperatur von 33 ºC mit
einer Dosis von 20 ml Lab auf 100 l Milch versetit.
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Die Gerinnungszeit beträgt 30 min, die Festigungszeit 6 min.
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Das Verschneiden erfolgt schrittweise, da der Bruch weniger
Serum ausschwitzt als bei der herkömmlichen Herstellung.
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Das erste Nachrühren mit einer Dauer von 10 min wird schonend
durchgeführt, um die Unversehrtheit der Bruchkörner
sicherzustellen. Das Koagulat wird anschließend 35 min lang auf
54 ºC erwärmt und anschließend 25 min lang gerührt. Wenn der
Bruch ausreichend kohärent ist, wird das Serum abgezogen und
der Käse geformt. Er wird anschließend 12 h lang mit 60 g/cm²
gepreßt. Der pH-Wert des Käses beim Herausnehmen aus der Form
beträgt 5,20, sein Gesamt-Trockengehalt 60 %. Nach dem
Einlegen in ein Salzbad wird der Käse unter den üblichen
Bedingungen der Technologie der Herstellung von Käse mit gepreßtem,
gekochtem Teig reifen gelassen. Die organoleptischen
Qualitäten von Käse, der durch dieses Verfahren erhalten wird, sind
zu denen von Käse, der auf die herkömmliche Weise erhalten
wurde, äquivalent.
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In der vorhergehenden Beschreibung wurde das Verfahren der
Erfindung durch die Durchführung einer Mikrofiltration mit
Diafiltration des Rohstoffs veranschaulicht. Es versteht sich
jedoch, daß die Mikrofiltration ohne Diafiltration angewandt
werden kann.
TABELLE 1: Zusammensetzung von Produkten, die durch einen
Versuch zur Herstellung von Milch erhalten werden.
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A: Bezugs-Rohmilch.
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B: Um 55 % lösliche Proteine verarmte Milch.
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C: Um 55 % lösliche Proteine verarmte und anschließend 10
min lang auf 140 ºC erwärmte Milch.
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D: Um 55 % lösliche Proteine verarmte, 10 min lang auf
140 ºC erwärmte und durch Ultrafiltration um das 1,8fache
konzentrierte Milch.