ITUD20070180A1

ITUD20070180A1 - Procedimento per ottenere latte a basso contenuto di zuccheri

Info

Publication number: ITUD20070180A1
Authority: IT
Inventors: Francesco Vernazza
Original assignee: Parmalat Spa
Priority date: 2007-10-01
Filing date: 2007-10-01
Publication date: 2009-04-02
Also published as: AU2008306958B2; CA2701147C; CA2701147A1; AU2008306958A1; WO2009043877A1

Description

Descrizione del trovato avente per titolo:

"PROCEDIMENTO PER OTTENERE LATTE A BASSO CONTENUTO DI ZUCCHERI"

CAMPO DI APPLICAZIONE

Il presente trovato si riferisce ad un procedimento, ad al relativo impianto, per ottenere latte a basso contenuto di zuccheri. In particolare, il procedimento secondo il presente trovato riduce od elimina il lattosio naturalmente presente nel latte mediante idrolisi enzimatica e, successivamente, riduce il contenuto dei rimanenti zuccheri, particolarmente zuccheri semplici, glucosio e galattosio, derivanti dall'idrolisi.

STATO DELLA TECNICA

E' noto che il lattosio è un disaccaride naturalmente presente nella composizione del latte, in ragione di circa il 5% in peso.

Il lattosio può comportare difficoltà digestive od altre problematiche legate alla sua metabolizzazione in alcune categorie di consumatori predisposti, ad esempio per persone intolleranti al lattosio od in cura a base d'antibiotici.

È noto un procedimento per ridurre od eliminare il lattosio sottoponendo il latte ad idrolisi enzimatica, mediante l'enzima β-galattosidasi. L'idrolisi determina la conversione di più del 80% del lattosio in monosaccaridi, o zuccheri semplici, glucosio e galattosio. Tuttavia, glucosio e galattosio hanno, sia singolarmente, sia complessivamente, un potere dolcificante molto superiore a quello del lattosio originario. Il latte che risulta da tale procedimento è così impoverito o privato di lattosio ma ha un gusto che può risultare, per alcune categorie di consumatori, troppo dolce.

Inoltre, il latte così ottenuto ha, comunque, un apporto calorico, dovuto ai monosaccaridi, che può essere sconsigliabile nelle diete a basso consumo di zuccheri o per chi soffre di disturbi del metabolismo degli zuccheri.

È noto anche un procedimento per eliminare il lattosio dal latte che prevede inizialmente di sottoporre il latte tal quale ad ultrafiltrazione.

Successivamente, il permeato di ultrafiltrazione è sottoposto a nanofiltrazione per ottenere retentato di nanofiltrazione contenente principalmente lattosio e permeato di nanofiltrazione, contenente principalmente i sali del latte. Il permeato di nanofritrazione è sottoposto ad osmosi inversa, da cui si ottiene un permeato a base di acqua ed un concentrato a base di sali che viene miscelato al retentato dell'ultrafiltrazione. Tale miscela viene addizionata con sali ottenuti da siero del latte, sottoposta ad idrolisi enzimatica, ulteriormente addizionata con acqua, ultrapastorizzata e confezionata.

Tale procedimento noto, tuttavia, presenta limiti tecnologici nei processi a membrana di separazioneconcentrazione del lattosio, a causa della limitata solubilità di questo zucchero. Inoltre, tale procedimento noto è complesso dal punto di vista della gestione, in quanto richiede diverse operazioni con impiantistica dedicata.

Ulteriore inconveniente di tale procedimento noto è che le operazioni di filtrazioni a membrana avvengono tradizionalmente a temperatura relativamente elevata, per un miglior rendimento delle stesse. Ciò determina il rischio di possibile attivazione sia d'enzimi specifici che degradano il latte, sia di batteri normalmente presenti nel latte.

Inoltre, la necessità di riscaldamento del latte determina anche un notevole consumo energetico, che fa aumentare il costo complessivo di tale procedimento.

Uno scopo del presente trovato è quello di mettere a punto un procedimento, ed un relativo impianto, per ottenere un latte a basso contenuto di lattosio, o sostanzialmente privo di lattosio, ed a basso contenuto di zuccheri, che superi gli inconvenienti di cui alla tecnica nota e abbia un gusto non troppo dolce ed un ridotto apporto calorico. Un altro scopo del presente trovato è mettere a punto un procedimento, ed un relativo impianto, che permetta di operare in un intervallo di temperatura maggiore, anche a temperature inferiori rispetto a quelle della tecnica nota, in modo da impedire l'attivazione dei batteri e degli enzimi che degradano il latte e da ridurre il costo complessivo. Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e per ottenere questi ed ulteriori scopi e vantaggi, la Richiedente ha studiato, sperimentato e realizzato il presente trovato.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il presente trovato è espresso e caratterizzato nella rivendicazione indipendente.

Le rivendicazioni dipendenti espongono altre caratteristiche del presente trovato, o varianti dell'idea di soluzione principale.

In accordo con il suddetto scopo, un procedimento secondo il presente trovato è utilizzabile per ottenere latte a basso contenuto di zuccheri.

In accordo con un aspetto caratteristico del presente trovato il procedimento comprende almeno una prima fase in cui il latte viene sottoposto ad idrolisi enzimatica, per ottenere un latte idrolizzato in cui il lattosio presente nel latte è almeno in parte convertito in glucosio ed in galattosio ed una seconda fase in cui il latte idrolizzato nella prima fase viene sottoposto ad una o più operazioni di filtrazione a membrana, per ridurne il contenuto di glucosio e di galattosio.

Vantaggiosamente, la prima fase di idrolisi enzimatica riduce il contenuto di lattosio nel latte fino ad un valore inferiore a circa il 3% in peso. Tale prima fase può essere eseguita sul latte crudo oppure sul latte preventivamente trattato termicamente ed eventualmente standardizzato ad un contenuto di materia grassa compreso tra il valore naturale ed un valore sostanzialmente nullo.

Secondo una variante del presente trovato, le o perazioni di filtrazione a membrana della seconda fase comprendono almeno un'ultrafiltrazione del latte idrolizzato, in modo da produrre in uscita un permeato di ultrafiltrazione contenente una porzione degli zuccheri, ed un retentato di ultrafiltrazione.

Secondo un'altra variante del presente trovato, le operazioni di filtrazione a membrana della seconda fase comprendono inoltre, a valle dell'ultrafiltrazione, almeno una nanofiltrazione del permeato di ultrafiltrazione, in modo da produrre in uscita un permeato di nanofiltrazione ed un concentrato di nanofiltrazione ricco di glucosio e galattosio.

In accordo con un'altra variante, il procedimento prevede, inoltre, una terza fase in cui il permeato di nanofiltrazione viene miscelato al retentato di ultrafiltrazione .

In un'altra variante del presente trovato il procedimento ha una quarta fase in cui la miscela che si ottiene nella suddetta terza fase viene integrata con un'opportuna quantità di acqua, in modo da riportare la detta miscela al volume di latte impiegato in partenza.

L'integrazione con acqua avviene con un quantitàtivo pari a quello di soluzione concentrata di zuccheri, concentrato di nanofritrazione, rimossa nella seconda fase.

Il presente trovato consente di ottenere un latte a basso contenuto di lattosio, o sostanzialmente privo di lattosio, con percentuale di lattosio vantaggiosamente compresa tra circa 0,1% e 3% in peso, ed a basso contenuto di zuccheri e ridotto apporto calorico.

Grazie all'idrolisi effettuata prima delle operazioni di filtrazione a membrana ed alla conversione di gran parte del lattosio in glucosio e galattosio, si ha che gli zuccheri del latte risultano più solubili e hanno pertanto una minore tendenza a cristallizzare anche in condizioni di bassa temperatura o alta concentrazione. Ciò consente, secondo le necessità di processo, di effettuare le operazioni di filtrazione a membrana in un intervallo di temperatura ampio, compreso tra circa 0 °C e 50 °C, vantaggiosamente anche a temperatura relativamente bassa, compresa tra circa 5 °C e 20 °C, con riduzione dei consumi energetici di processo e del suo costo complessivo.

L'operare a tale bassa temperatura consente, inoltre, di impedire l'attivazione dei batteri naturalmente presenti nel latte e degli enzimi che, ad alte temperature, degradano il latte stesso. Da ciò si ha un aumento della qualità e delle proprietà organolettiche del prodotto finito.

Il presente trovato trae vantaggio anche dal fatto che si può avere un'aumentata concentrazione di zuccheri nel retentato di nanofiltrazione.

Si ottiene, così, anche una soluzione concentrata di zuccheri semplici con un buon potere dolcificante, da usare come materia prima in altre produzioni.

Il procedimento secondo il trovato è vantaggioso, inoltre, poiché può essere integrato in una produzione già esistente di latte delattosato "classico", cioè basato sulla sola idrolisi enzimatica, e messo in opera parallelamente a questa, con notevoli vantaggi gestionali e semplificazione del processo.

Il latte che si ottiene come prodotto finito può. inoltre, essere integrato o meno con sali derivanti dal siero di latte, od anche eventualmente dal latte, per equilibrarne il gusto e la sapidità finale.

DESCRIZIONE DI UNA FORMA PREFERENZIALE DI

REALIZZAZIONE

Con riferimento alla figura allegata, un procedimento secondo il presente trovato è utilizzabile per trattare latte, indicato con il riferimento M, avente una composizione iniziale tipica di circa il 5% in peso di lattosio, circa lo 0,7% in peso di sali, proteine del latte comprese in un intervallo tra circa 3% e 4% in peso, oltre che un contenuto di materia grassa compreso tra circa 0% (cosiddetto latte scremato) e 4% in peso.

Il procedimento secondo il trovato è condotto in modo discontinuo ("batch") e prevede l'alimentazione di una determinata quantità di latte M a un'unità di idrolisi enzimatica, indicata dal blocco EH, e successivamente l'effettuazione di operazioni di filtrazione a membrana sul latte idrolizzato per eliminare parte degli zuccheri rimasti, tra cui particolarmente glucosio e galattosio. Il presente trovato prevede, come passaggio opzionale, una standardizzazione del contenuto di materia grassa a monte dell'idrolisi enzimatica, blocco tratteggiato S, per portarlo alla voluta percentuale, mediante tecniche di tipo noto.

In particolare, una prima fase del procedimento prevede di sottoporre il latte M, opzionalmente standardizzato, ad idrolisi enzimatica mediante l'enzima β-galattosidasi, per convertire almeno parte del lattosio in monosaccaridi, cioè glucosio e galattosio, preferibilmente fino ad un valore di lattosio residuo inferiore a circa il 3% in peso.

In commercio sono disponibili numerosi tipi di βgalattosidasi adatti all'uso nel presente trovato, ad esempio prodotte da Kluyveromyces fragilis oppure Kluyveromyces lactis.

L'idrolisi ha preferibilmente una durata compresa tra circa 1 ora e 48 ore ed è condotta ad una temperatura compresa tra circa 2 °C e 45 °C, preferibilmente tra 4 °C e 10 °C.

È da notare, comunque, che i produttori di enzimi indicano, per i vari tipi di β-galattosidasi, le condizioni ottimali di idrolisi, cioè tempo e temperatura.

In uscita dall'unità di idrolisi EH si ottiene un latte idrolizzato, indicato con HM, con un contenuto di lattosio inferiore al 3% in peso, ad esempio compreso tra 0,5% e 1%, cioè molto basso.

Successivamente, in una seconda fase, tale latte idrolizzato HM viene sottoposto a operazioni successive di filtrazione a membrana. In particolare, il latte idrolizzato HM è inviato ad un'unità di ultrafiltrazione a membrana, indicata con il riferimento UF, dove viene sottoposto ad ultrafiltrazione

L'ultrafiltrazione UF produce un permeato, indicato con il riferimento UFP, contenente tipicamente acqua, miscela di zuccheri (principalmente glucosio e galattosio) al 5% circa e sali, con un contenuto di sostanza secca compreso tra circa 4,5% e 6,5%. Si ha, inoltre, un retentato, indicato con il riferimento UFR, contenente tutte le proteine insolubili del latte, tipicamente caseina e da cui sono stati almeno in parte eliminati acqua, zuccheri e sali .

Preferibilmente, l'ultrafiltrazione è realizzata con un coefficiente di concentrazione k compreso tra circa 1 e 6, preferibilmente tra circa 2 e 4.

Per coefficiente di concentrazione k s'intende il rapporto in peso, ad esempio in chilogrammi, tra il liquido alimentato all'unità di ultrafiltrazione UF, nel caso di specie il latte idrolizzato HM, ed il retentato UFR.

Inoltre, nella seconda fase, il permeato UFP viene successivamente inviato ad un'unità di nanofiltrazione a membrana NF, a valle dell'ultrafiltrazione UF, dove è sottoposto a nanofiltrazione .

In uscita dall'unità NF si ha un concentrato, indicato con NFC , comprendente acqua e zuccheri (principalmente galattosio e glucosio) in composizione compresa tra circa 20% e 30% ed un permeato, indicato con il riferimento NFP, contenente sali originariamente presenti nel latte M ed una ridotta quota di zuccheri semplici, in quantità compresa tra circa 0% e 2% in peso.

Il concentrato NFC ottenuto dalla nanofritrazione NF è un prodotto ricco di zuccheri che può essere riutilizzato nei settori applicativi che necessitano di zuccheri semplici.

Preferibilmente, la nanofritrazione è realizzata con un coefficiente di concentrazione k compreso tra circa 1 e 6, preferibilmente tra circa 4 e 6.

La temperatura d'esercizio delle unità di ultrafiltrazione UF e nanofritrazione NF è compresa tra circa 0 °C e 50 °C.

Vantaggiosamente, il presente trovato consente di operare anche a temperature più basse di quelle della tecnica nota, cioè tra circa 5 °C e 20 °C, poiché temperature più elevate non sono strettamente necessarie, in quanto gli zuccheri nel latte idrolizzato hanno solubilità compatibile con la filtrazione a membrana in un ampio intervallo di condizioni .

La pressione di esercizio delle unità di ultrafiltrazione UF e nanofiltrazione NF è quella consigliata dai produttori di membrane, cioè di alcuni bar, ad esempio compresa tra 1 bar e 4 bar, per l'ultrafiltrazione, e di alcuni bar od alcune decine di bar, ad esempio tra circa 5 bar e 40 bar, per la nanofiltrazione.

Secondo le esigenze, le operazioni di ultrafiltrazione UF e nanofiltrazione NF possono essere previste in un singolo stadio o in più stadi a cascata, con eventuali ricircoli di correnti, o combinazione di tali soluzioni.

In una terza fase, il permeato NFP viene miscelato al retentato UFR, in un miscelatore, indicato genericamente con il riferimento MIX in fig. 1.

In una quarta fase, che può avvenire contestualmente alla terza fase e nello stesso miscelatore MIX, a tale miscela viene anche aggiunta una quantità di acqua W, sostanzialmente uguale alla quantità di concentrato NFC in uscita all'unità di nanofiltrazione NF, in modo da riportare il latte al suo volume originario.

Il prodotto finito, latte a basso contenuto di zuccheri, viene indicato con il riferimento LFM. Il latte LFM è sostanzialmente privo di lattosio ed ha un contenuto di zuccheri residui compreso tra circa 0,5% e 3%, preferibilmente tra circa 1,5% e 2,5%.

Secondo le necessità produttive, tale contenuto di zuccheri può essere variato e spinto verso l'uno o l'altro degli estremi dell'intervallo, agendo selettivamente sulla pressione d'esercizio, sui coefficienti di concentrazione k e/o sul numero di stadi della ultrafiltrazione e della nanofritrazione. È chiaro che al procedimento per ottenere latte a basso contenuto di zuccheri fin qui descritto possono essere apportate modifiche e/o aggiunte di parti, senza per questo uscire dall'ambito del presente trovato.

Come detto, si può sottoporre il latte ad un'operazione di standardizzazione della materia grassa, blocco tratteggiato S, mediante una separazione a centrifuga per separare la crema del latte, in modo da ridurre il contenuto di grassi ed ottenere latte scremato o parzialmente scremato. Tale variante è vantaggiosa in quanto implica un ridotto deposito dei grassi, cosiddetto effetto "fouling", sulle membrane utilizzate nella filtrazione.

Vantaggiosamente, inoltre, si ottiene così un latte che ha un ridotto apporto calorico sia in termini di zuccheri, sia in termini di grassi. Tale latte a basso contenuto di zuccheri e di grassi è adatto a consumatori la cui dieta prevede un limitato apporto di questi nutrienti.

Inoltre, il latte può essere sottoposto anche ad un trattamento termico per garantirne la conservabilità. Tale trattamento termico può essere effettuato sul latte LFM a valle delle operazioni di filtrazione a membrana, dopo avere addizionato l'acqua W, come indicato dal blocco tratteggiato HT.

Inoltre, secondo le necessità, un trattamento termico può venire effettuato anche prima delle operazioni di filtrazione a membrana e/o d'idrolisi enzimatica.

Ad esempio, il latte può essere pastorizzato, ad una temperatura compresa tra circa 60 °C e 90 °C, ad esempio circa 72 °C per 15 secondi, ultrapastorizzato, metodo ESL ad esempio con temperatura di circa 130 °C per circa 1 - 2 secondi, oppure sottoposto a trattamento U.H.T. (Ultra High Temperature Treatment) a temperatura di circa 145 °C per circa 2 — 4 secondi, ed omogeneizzato a pressione compresa tra circa 100 e 300 bar.

In questo modo si ottiene un latte a basso contenuto di zuccheri, ed opzionalmente anche a basso contenuto di grassi, con le proprietà igieniche e di conservabilità volute.

Una variante prevede di applicare gli insegnamenti della domanda di brevetto internazionale WO-A-2004/110158 a nome della Richiedente, in modo da ottenere un latte sia con ridotto contenuto di zuccheri, sia di tipo ESL, cioè a prolungata conservazione, ma che non sia stato sottoposto a trattamenti termici troppo forti o per troppo tempo, come ad esempio il processo U.H.T., che potrebbero denaturare i nutrienti originalmente presenti nel latte e peggiorarne le originali proprietà organolettiche.

In tale variante, il latte di partenza è sottoposto a scrematura e chiarificazione a centrifuga per separare la materia grassa e per abbattere circa il 70% - 90% di contenuto di batteri e ridurre il contenuto di altri microbi e sostanze patogene.

Tale latte viene alimentato all'idrolisi enzimatica EH, seguendo poi il procedimento principale secondo il trovato di riduzione degli zuccheri. Successivamente, il latte scremato ed a ridotto contenuto di zuccheri ottenuto dalle fasi del procedimento secondo la soluzione principale è opzionalmente sottoposto ad un riscaldamento a 50 °C 60 °C e poi è soggetto a microfiltrazione, in uno o più stadi, per ottenere un latte a basso contenuto batterico e microbico.

Questo latte viene infine standardizzato al titolo di grasso voluto e sottoposto a pastorizzazione a bassa temperatura. Si ottiene, così un latte a prolungata conservabilità ( "shelf-life").

È anche chiaro che, sebbene il presente trovato sia stato descritto con riferimento ad esempi specifici, un esperto del ramo potrà realizzare altre forme equivalenti di procedimento per ottenere latte a basso contenuto di zuccheri, aventi le caratteristiche espresse nelle rivendicazioni e quindi tutte rientranti nell'ambito di protezione da esse definito.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per ottenere un latte a basso contenuto di zuccheri (LFM) a partire da latte (M), caratterizzato dal fatto che comprende almeno le seguenti fasi: - una prima fase in cui il latte (M) viene sottoposto ad idrolisi enzimatica (EH), per ottenere un latte idrolizzato (HM), in cui il lattosio è convertito almeno in parte in glucosio ed in galattosio; - una seconda fase in cui il latte idrolizzato (HM) nella prima fase viene sottoposto ad una o più operazioni di filtrazione a membrana, per ridurne il contenuto di glucosio ed il contenuto di galattosio.
2. Procedimento come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le operazioni di filtrazioni a membrana sono effettuate ad una temperatura compresa tra circa 0 °C e circa 50 °C.
3. Procedimento come nella rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che le operazioni di filtrazioni a membrana sono effettuate ad una temperatura compresa tra circa 5 “C e circa 20 °C.
4. Procedimento come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le operazioni di filtrazioni a membrana della seconda fase comprendono almeno una ultrafiltrazione (UF) del latte idrolizzato (HM), in modo da produrre, in uscita, un permeato di ultrafiltrazione (UFP) ed un retentato di ultrafiltrazione (UFR).
5. Procedimento come nella rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che le operazioni di filtrazioni a membrana della seconda fase comprendono almeno una nanofiltrazione (NF) del permeato di ultrafiltrazione (UFP), in modo da produrre, in uscita, un permeato di nanofiltrazione (NFP) ed un concentrato di nanofiltrazione (CNF) ricco di glucosio e di galattosio.
6. Procedimento come nella rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che comprende una terza fase in cui il permeato di nanofiltrazione (NFP) viene miscelato al retentato di ultrafiltrazione (UFR).
7. Procedimento come nella rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che comprende una quarta fase in cui la miscela che si ottiene nella terza fase viene addizionata con acqua (W), in modo da regolare il contenuto di zuccheri per ottenere il latte a basso contenuto di zuccheri (LFM).
8. Procedimento come nella rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che la quantità d'acqua (W) che viene addizionata nella quarta fase è uguale alla quantità di concentrato di nanofiltrazione (CNF) che si ottiene nella seconda fase.
9. Procedimento come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la durata dell'idrolisi enzimatica nella prima fase è compresa tra circa 1 ora e circa 48 ore e la temperatura dell'idrolisi è compresa tra circa 2 °C e circa 45 °C.
10. Procedimento come nella rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il coefficiente di concentrazione dell'ultrafiltrazione (UF) è compreso tra circa 1 e 6.
11. Procedimento come nella rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che il coefficiente di concentrazione della nanofiltrazione (NF) è compreso tra circa 1 e 6.
12. Procedimento come nella rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che il contenuto di zuccheri nel latte a basso contenuto di zuccheri (LFM) che si ottiene nella quarta fase è compreso tra circa 0,5% e 3% in peso.
13. Procedimento come nella rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che il contenuto di zuccheri nel latte a basso contenuto di zuccheri (LFM) che si ottiene nella quarta fase è compreso tra circa 1,5% e 2,5% in peso.
14. Procedimento come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende, inoltre, una fase di trattamento termico (HT) atto a garantire la conservabilità del latte a basso contenuto di zuccheri (LFM).
15. Procedimento come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende un'operazione di riduzione (S) del contenuto di grassi del latte (M).
16. Procedimento come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende una fase di chiarificazione a centrifuga del latte (M).
17. Procedimento come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende una fase di microfiltrazione del latte a basso contenuto di zuccheri (LFM).
18. Impianto per ottenere un latte a basso contenuto di zuccheri (LFM) a partire da latte (M), caratterizzato dal fatto che comprende almeno: - mezzi di idrolisi enzimatica (EH), atti a sottoporre il latte (M) ad idrolisi enzimatica, per ottenere un latte idrolizzato (HM), in cui il lattosio è convertito almeno in parte in glucosio ed in galattosio; - mezzi di filtrazione a membrana (UF, NF), a valle dei mezzi di idrolisi enzimatica, atti a sottoporre il latte idrolizzato (HM) nella prima fase ad una o più operazioni di filtrazione a membrana, per ridurne il contenuto di glucosio ed il contenuto di galattosio.
19. Procedimento per ottenere latte a basso contenuto di zuccheri sostanzialmente come descritto, con riferimento agli annessi disegni.