JP2021040647A - 発酵乳清タンパク質製品を製造するための方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】飲料などの液体または固体食品もしくは半固体食品などの食品に混合することができる、安定性が改善された発酵乳清タンパク質製品を製造するための方法を提供する。【解決手段】ａ）乳透過物、ラクトース、およびそれらの組合せからなる群より選択されるラクトース供給源を、乳清タンパク質と、約１：３〜約１：１０の比率（ラクトース供給源：乳清タンパク質）で混合して、固形物含有量が約１０〜約３０％（ｗ／ｖ）である水性混合物を形成させる段階；ｂ）水性混合物に少なくとも1種の微生物接種物を添加する段階;ならびにｃ）乳清タンパク質発酵製品を製造するために、微生物発酵を促進する条件下で、少なくとも１種の微生物接種物が添加された水性混合物を加工処理する段階を含む方法である。【選択図】なし
Description
本出願は、2015年4月16日に出願された米国特許仮出願第62/148,728号の優先権の恩典を主張する。
発明の分野
本発明は、特性が改善された乳清タンパク質製品を製造するための方法に関する。より具体的には、本発明は、乳清タンパク質の微生物発酵の結果として生じる乳清タンパク質製品に関する。
本発明は、特性が改善された乳清タンパク質製品を製造するための方法に関する。より具体的には、本発明は、乳清タンパク質の微生物発酵の結果として生じる乳清タンパク質製品に関する。
発明の背景
乳清は、チーズ製造時にカゼインが乳から沈殿した後に残る乳漿画分である。米国乳製品輸出協会(the United States Dairy Export Council)によれば、液体乳清は、「典型的には、93％の水、0.8％のタンパク質、0.3％の脂肪、4.8％のラクトース、および0.5％の灰分を含む。液体乳清より、乾燥乳清(13％タンパク質)から乳清タンパク質濃縮物(25〜89％タンパク質)および乳清タンパク質単離物(>90％タンパク質)に至る様々な商業的成分が作られる。」(Burrington, K.J. Technical Report: Sensory Properties of Whey Ingredients. U.S. Dairy Export Council, 2012（非特許文献1）)。乳清タンパク質濃縮物(WPC)は、一般に25〜80％の範囲であるタンパク質濃度に基づいて名称をつけられる(例えばWPC80)。35％タンパク質WPCを得るためには、液体乳清を約5倍に濃縮して、全固形物を約8％にしなければならない。限外ろ過によって25〜30倍のレベルまで濃縮すると、全固形物含有量が25％であるWPC80(80％タンパク質)が生じる。
乳清は、チーズ製造時にカゼインが乳から沈殿した後に残る乳漿画分である。米国乳製品輸出協会(the United States Dairy Export Council)によれば、液体乳清は、「典型的には、93％の水、0.8％のタンパク質、0.3％の脂肪、4.8％のラクトース、および0.5％の灰分を含む。液体乳清より、乾燥乳清(13％タンパク質)から乳清タンパク質濃縮物(25〜89％タンパク質)および乳清タンパク質単離物(>90％タンパク質)に至る様々な商業的成分が作られる。」(Burrington, K.J. Technical Report: Sensory Properties of Whey Ingredients. U.S. Dairy Export Council, 2012（非特許文献1）)。乳清タンパク質濃縮物(WPC)は、一般に25〜80％の範囲であるタンパク質濃度に基づいて名称をつけられる(例えばWPC80)。35％タンパク質WPCを得るためには、液体乳清を約5倍に濃縮して、全固形物を約8％にしなければならない。限外ろ過によって25〜30倍のレベルまで濃縮すると、全固形物含有量が25％であるWPC80(80％タンパク質)が生じる。
乳清タンパク質濃縮物は、望ましい栄養特性と機能特性の両方を有しており、例えば、冷菓、砂糖菓子、コーヒー用クリーム、スプレッド、泡立てた泡状物質、オーブンで焼いた食品、および加工肉などの食品中の成分として広く使用されている。食品製造において有益であるWPCの特性には、溶解性、乳化、水結合、ゲル化、および起泡性が含まれる。
例えば、ペクチンおよびカルボキシメチルセルロースなどの多糖は、乳清タンパク質と複合体を形成して、それらの機能特性を変化させる。硫酸デキストランおよびλ-カラゲナンなどの様々な多糖は、タンパク質-多糖複合体を形成することによって、熱によって引き起こされる乳清タンパク質の凝集の程度を低くする。
微生物細胞によって合成される菌体外多糖(EPS)もまた、乳清タンパク質単離物および乳清タンパク質濃縮物の特性に影響を及ぼすことが判明している。菌体外多糖は、それらを産生する微生物によって異なる。一部は中性であるが、多くは、ウロン酸(例えば、d-グルクロン酸、d-ガラクツロン酸、d-マンヌロン酸)、ケタール結合ピルバート、またはホスファートもしくはスルファートなどの無機残基のいずれかの存在が原因で、ポリアニオン性である。ごく一部のEPSは、ポリカチオン性である。Deepらは、少量の発酵乳清タンパク質濃縮物(WPC)を添加することによって乳清タンパク質に菌体外多糖を加えると、WPCの機能特性が向上し、WPCは、より多くの水を保持する強いゲルを形成し、噴霧乾燥工程後に有する変性タンパク質の量が少ないことを発見した(Deep G, Hassan AN, Metzger L. Exopolysaccharides modify functional properties of whey protein concentrate. J Dairy Sci. 2012; 95(11):6332-6338（非特許文献2）)。
しかし、発酵製品を製造するのに一般に信頼されるタイプの細菌には、発酵進行の効率、菌体外多糖の産生量などに影響を及ぼす栄養条件および増殖条件が存在する。例えば、LehおよびCharlesは、ラクトバチルス・ブルガリカス(Lactobacillus bulgaricus)によって推進される発酵は、かなり多量の加水分解乳清タンパク質が存在する場合の方が、顕著に効率的であることを実証した(Leh and Charles, The effect of whey protein hydrolyzates on the lactic acid fermentation, Journal of Industrial Microbiology, 4 (1989) 71-75（非特許文献3）)。BriczinskiおよびRobertsは、「乳清および乳清透過物(permeate、パーミエイト)は、十分な低分子量窒素がなく、このことは多くの工業用微生物の増殖にとって難題であり、したがって、しばしば補充を必要とする」ということに注目した。(Briczinski, E.P. and Roberts, R.F., Production of an Exopolysaccharide-Containing Whey Protein Concentrate by Fermentation of Whey, J. Dairy Sci. 85:3189-3197（非特許文献4）)。彼らのアプローチは、酵素的加水分解という第1の段階を利用して、部分的に加水分解されたWPCを発酵のために製造するものであった。細菌は菌体外多糖を産生したが、WPC/菌体外多糖製品中のWPCは、標準的なWPCの溶解性と比べて低下した溶解性を示したことから、彼らは「EPS含有WPCを製造することは可能であるが、これらのタンパク質の熱曝露を最小限にするために、酵素を不活性化する代替手段が必要とされるであろう」と述べるに至った。
補充は、菌体外多糖と組み合わせた乳清タンパク質製品を製造する工程に追加費用を加える。乳清タンパク質を加水分解して、細菌の増殖を促進するために十分な量の加水分解タンパク質を生成させることにより、溶解性が低い乳清タンパク質製品を製造する方法が得られた。一部の用途では、皆無に等しい加水分解乳清タンパク質を含む製品を製造することが望ましい。Deep、Briczinski、およびLehによって説明されているもののような発酵方法では、発酵を用いて多量の乳清タンパク質製品を製造するのに望ましい可能性がある量よりもタンパク質含有量が少ない液体乳清または乳清タンパク質濃縮物を利用していた。タンパク質含有量が少ない発酵培地を利用して、かなりの量の乳清タンパク質/菌体外多糖製品を加工処理する場合、多量の菌体外多糖に付随する乳清タンパク質を製造するために実施されなければならない加工処理の量が増加する。必要とされているのは、EPSの有益な特性を利用して乳清タンパク質製品を改善する、発酵製品を製造するためのより優れた方法、およびそれらの方法によって作られた改善製品である。
Burrington, K.J. Technical Report: Sensory Properties of Whey Ingredients. U.S. Dairy Export Council, 2012
Deep G, Hassan AN, Metzger L. Exopolysaccharides modify functional properties of whey protein concentrate. J Dairy Sci. 2012; 95(11):6332-6338
Leh and Charles, The effect of whey protein hydrolyzates on the lactic acid fermentation, Journal of Industrial Microbiology, 4 (1989) 71-75
Briczinski, E.P. and Roberts, R.F., Production of an Exopolysaccharide-Containing Whey Protein Concentrate by Fermentation of Whey, J. Dairy Sci. 85:3189-3197
本発明は、安定性が高められ配合特性が改善された乳清タンパク質濃縮物を製造するのに使用され得る方法、およびその方法によって製造された製品に関する。特定の局面において、この方法はまた、風味が高められ苦味が減らされた加水分解乳清タンパク質を製造するのにも使用され得る。方法は、乳透過物、ラクトース、およびそれらの組合せからなる群より選択されるラクトース供給源を乳清タンパク質と、約1:3〜約1:10のラクトース供給源と乳清タンパク質の比率で混合して、固形物含有量が約10〜約30％(w/v)である水性混合物を形成させる段階;この水性混合物に少なくとも1種の微生物接種物を添加する段階;ならびに、乳清タンパク質発酵製品を製造するために、微生物発酵を促進する条件下で、少なくとも1種の微生物接種物が添加された水性混合物を加工処理する段階を含む。様々な局面において、乳清タンパク質発酵製品は、望ましいレベルの発酵が完了次第、噴霧乾燥される。様々な局面において、水性混合物を加工処理する段階は、断続的撹拌も連続的撹拌も伴わずに、実施される。他の局面において、この段階は、穏やかに撹拌しながら実施され得る。様々な局面において、乳清タンパク質は、乳清タンパク質濃縮物、乳清タンパク質単離物、およびそれらの組合せからなる群より選択される。乳清タンパク質濃縮物が乳清タンパク質供給源として選択される場合、それは、約40〜約85％タンパク質(w/w)の乳清タンパク質濃縮物およびそれらの組合せからなる群より選択され得る。本発明のいくつかの局面において、乳清タンパク質供給源はまた、乳清タンパク質濃縮物、乳清タンパク質単離物、およびそれらの組合せからなる群より選択される乳清タンパク質製品の添加によって追加の乳清タンパク質が添加された液体乳清であってもよい。
本発明の方法のいくつかの態様において、微生物接種物は、粘着性の菌体外多糖を産生する少なくとも1種の細菌株の接種物として提供される。方法の様々な局面において、加工処理時間は、約6〜約8時間であってよい。いくつかの局面において、加工処理時間は、少なくとも約8時間であってよい。
本発明の様々な局面において、方法は、発酵工程中にタンパク質を加水分解するか、または部分的に加水分解するために、微生物接種物を添加する段階の前、同時、後に、少なくとも1種のタンパク質分解酵素を水性混合物に添加する追加の段階を含む。本発明のいくつかの局面において、乳清タンパク質発酵製品は、微生物接種物によって産生される粘着性の菌体外多糖と組み合わさった乳清タンパク質を含む。他の局面において、乳清タンパク質発酵製品は、従来の方法によって加工処理された加水分解乳清タンパク質製品と比べて、風味が改善され苦味が減らされた加水分解乳清タンパク質製品を含む。
[本発明1001]
a)乳透過物、ラクトース、およびそれらの組合せからなる群より選択されるラクトース供給源を乳清タンパク質と、約1:3〜約1:10のラクトース供給源と乳清タンパク質の比率で混合して、固形物含有量が約10〜約30％(w/v)である水性混合物を形成させる段階;
b)該水性混合物に少なくとも1種の微生物接種物を添加する段階;ならびに
c)乳清タンパク質発酵製品を製造するために、微生物発酵を促進する条件下で、該少なくとも1種の微生物接種物が添加された該水性混合物を加工処理する段階
を含む方法。
[本発明1002]
乳清タンパク質発酵製品を噴霧乾燥する段階をさらに含む、本発明1001の方法。
[本発明1003]
水性混合物を加工処理する段階が、断続的撹拌も連続的撹拌も伴わずに実施される、本発明1001の方法。
[本発明1004]
水性混合物を加工処理する段階が、穏やかに撹拌しながら実施される、本発明1001の方法。
[本発明1005]
乳清タンパク質が、乳清タンパク質濃縮物、乳清タンパク質単離物、およびそれらの組合せからなる群より選択される、本発明1001の方法。
[本発明1006]
乳清タンパク質濃縮物が、約40〜約85％タンパク質(w/w)の乳清タンパク質濃縮物およびそれらの組合せからなる群より選択される、本発明1005の方法。
[本発明1007]
乳清タンパク質が、乳清タンパク質濃縮物、乳清タンパク質単離物、およびそれらの組合せからなる群より選択される少なくとも1種の乳清タンパク質製品の添加によって追加の乳清タンパク質が添加された液体乳清を含む、本発明1001の方法。
[本発明1008]
加工処理する段階が、約3〜約8時間の発酵時間を提供する、本発明1001の方法。
[本発明1009]
微生物接種物が、粘着性の菌体外多糖を産生する少なくとも1種の細菌株の接種物を含む、本発明1001の方法。
[本発明1010]
加工処理する段階が、約4〜約6時間の発酵時間を提供する、本発明1009の方法。
[本発明1011]
発酵時に乳清タンパク質を加水分解するために、微生物接種物を添加する段階の前、同時、または後に、少なくとも1種のタンパク質分解酵素を水性混合物に添加する追加の段階をさらに含む、本発明1001の方法。
[本発明1001]
a)乳透過物、ラクトース、およびそれらの組合せからなる群より選択されるラクトース供給源を乳清タンパク質と、約1:3〜約1:10のラクトース供給源と乳清タンパク質の比率で混合して、固形物含有量が約10〜約30％(w/v)である水性混合物を形成させる段階;
b)該水性混合物に少なくとも1種の微生物接種物を添加する段階;ならびに
c)乳清タンパク質発酵製品を製造するために、微生物発酵を促進する条件下で、該少なくとも1種の微生物接種物が添加された該水性混合物を加工処理する段階
を含む方法。
[本発明1002]
乳清タンパク質発酵製品を噴霧乾燥する段階をさらに含む、本発明1001の方法。
[本発明1003]
水性混合物を加工処理する段階が、断続的撹拌も連続的撹拌も伴わずに実施される、本発明1001の方法。
[本発明1004]
水性混合物を加工処理する段階が、穏やかに撹拌しながら実施される、本発明1001の方法。
[本発明1005]
乳清タンパク質が、乳清タンパク質濃縮物、乳清タンパク質単離物、およびそれらの組合せからなる群より選択される、本発明1001の方法。
[本発明1006]
乳清タンパク質濃縮物が、約40〜約85％タンパク質(w/w)の乳清タンパク質濃縮物およびそれらの組合せからなる群より選択される、本発明1005の方法。
[本発明1007]
乳清タンパク質が、乳清タンパク質濃縮物、乳清タンパク質単離物、およびそれらの組合せからなる群より選択される少なくとも1種の乳清タンパク質製品の添加によって追加の乳清タンパク質が添加された液体乳清を含む、本発明1001の方法。
[本発明1008]
加工処理する段階が、約3〜約8時間の発酵時間を提供する、本発明1001の方法。
[本発明1009]
微生物接種物が、粘着性の菌体外多糖を産生する少なくとも1種の細菌株の接種物を含む、本発明1001の方法。
[本発明1010]
加工処理する段階が、約4〜約6時間の発酵時間を提供する、本発明1009の方法。
[本発明1011]
発酵時に乳清タンパク質を加水分解するために、微生物接種物を添加する段階の前、同時、または後に、少なくとも1種のタンパク質分解酵素を水性混合物に添加する追加の段階をさらに含む、本発明1001の方法。
詳細な説明
本発明者らは、様々な食品、飲料、栄養補助食品などの成分として使用するための乳清タンパク質製品、例えば、乳清タンパク質濃縮物および乳清タンパク質単離物の安定性、滑らかさ、口当たり、風味、および他の同様な望ましい特徴を改善する方法を開発した。通常、この方法は、菌体外多糖を産生する細菌に窒素源を供給するために加水分解タンパク質を添加することも生成することも必要としない。加水分解タンパク質を添加または利用してもよいが、この方法の機能性のためにも最適化のためにも、必要とはされない。
本発明者らは、様々な食品、飲料、栄養補助食品などの成分として使用するための乳清タンパク質製品、例えば、乳清タンパク質濃縮物および乳清タンパク質単離物の安定性、滑らかさ、口当たり、風味、および他の同様な望ましい特徴を改善する方法を開発した。通常、この方法は、菌体外多糖を産生する細菌に窒素源を供給するために加水分解タンパク質を添加することも生成することも必要としない。加水分解タンパク質を添加または利用してもよいが、この方法の機能性のためにも最適化のためにも、必要とはされない。
本発明は、安定性が高められ配合特性が改善された乳清タンパク質濃縮物を製造するために使用され得る方法に関する。発酵工程中に酵素的加水分解が起こることができるように、発酵混合物に少なくとも1種のタンパク質分解酵素を添加することにより、この方法は、もう1つの選択肢として、風味が高められ苦味が減らされた加水分解乳清タンパク質を製造するのにも使用され得る。方法は、乳透過物、ラクトース、およびそれらの組合せからなる群より選択されるラクトース供給源を乳清タンパク質と、約1:3〜約1:10のラクトース供給源と乳清タンパク質の比率で混合して、固形物含有量が約10〜約30％(w/v)である水性混合物を形成させる段階;この水性混合物に少なくとも1種の微生物接種物を添加する段階;ならびに、乳清タンパク質発酵製品を製造するために、微生物発酵を促進する条件下で、少なくとも1種の微生物接種物が添加された水性混合物を加工処理する段階を含む。様々な局面において、乳清タンパク質発酵製品は、望ましいレベルの発酵が完了次第、噴霧乾燥される。
様々な局面において、水性混合物を加工処理する段階は、断続的撹拌も連続的撹拌も伴わずに、実施される。他の局面において、この段階は、穏やかに撹拌しながら実施され得る。例えば、本発明の方法によって、乳清タンパク質および細菌の菌体外多糖を含む乳清タンパク質濃縮物を製造するためには、断続的撹拌も連続的撹拌も伴わずに発酵工程を実施することが賢明である。本発明の方法によって加水分解乳清タンパク質製品を製造するためには、穏やかな撹拌を行って、1種または複数種の酵素(プロテアーゼ)とタンパク質との接触を促進することが賢明である。方法の様々な局面において、加工処理時間は、約6〜約8時間、3〜約8時間、約4〜約6時間などであってよい。いくつかの局面において、加工処理時間は、少なくとも約3時間であってよい。加工処理時間は、方法の使用の結果として望まれる目標製品、所望の加水分解の程度などに基づいて、当業者が容易に選択することができる。
「乳清タンパク質発酵製品」という用語は、本発明の方法によって提供される発酵条件に供された乳清タンパク質製品を意味する。「微生物接種物」とは、1種または複数種の微生物の純粋培養物または混合培養物を含む接種物を意味する。微生物接種物は、発酵を促進するように選択されるべきであり、また、望ましいならば、例えば細菌の菌体外多糖のような特定の望ましい産物を生じるように選択することができる。適切な発酵条件(例えば、時間、温度など)は、当業者に公知であり、方法で使用するために選択された微生物接種物に基づいて容易に選択することができる。「加工処理すること」とは、発酵方法に関与している様々な段階を実施することを意味し、これらの段階は、乳製品タンパク質加工処理および発酵技術の分野の熟練者には公知であり、方法で使用するために必要に応じて当業者によって選択され、例えば、混合物を細菌発酵の促進に適した温度まで加熱する段階、混合物を所望の温度で保つ段階、混ぜる段階、撹拌する段階、混ぜずに静置する段階などである。
様々な局面において、乳清タンパク質は、乳清タンパク質濃縮物、乳清タンパク質単離物、およびそれらの組合せからなる群より選択される。乳清タンパク質濃縮物が乳清タンパク質供給源として選択される場合、それは、約40〜約85％タンパク質(w/w)の乳清タンパク質濃縮物およびそれらの組合せからなる群より選択され得る。本発明のいくつかの局面において、乳清タンパク質供給源はまた、乳清タンパク質濃縮物、乳清タンパク質単離物、およびそれらの組合せからなる群より選択される乳清タンパク質製品の添加によって、追加の乳清タンパク質が添加された液体乳清であってもよい。本発明の方法のいくつかの態様において、微生物接種物は、粘着性の菌体外多糖を産生する少なくとも1種の細菌株の接種物として提供される。
本発明の様々な局面において、方法は、微生物接種物を添加する段階の前、同時、後に、少なくとも1種のタンパク質分解酵素を水性混合物に添加して、発酵工程中にタンパク質を加水分解する追加の段階を含む。発酵および加水分解の組合せは、相乗効果を与え、望ましい風味プロファイルおよび減少した苦味を有している加水分解タンパク質を生じる。
微生物多糖(例えば、細菌の菌体外多糖)と組み合わさった乳清タンパク質を含む乳清タンパク質発酵製品の製造は、「粘着性の」菌体外多糖(EPS)を産生する少なくとも1種の微生物接種物(例えば、細菌、酵母など)を混合物に添加して、方法によって製造されるタンパク質/EPS複合体の粘着性質感を高めることによって、容易に達成することができる。本発明者らは、連続的撹拌も断続的撹拌も伴わずに発酵を実施した場合に、所望の組成および効果が最もうまく実現されると判断した。乳清および乳透過物またはラクトースを低温殺菌した後に微生物接種物を混合するために撹拌することが推奨されるが、発酵工程中には、追加の撹拌を行うべきではない。
米国乳製品輸出協会によれば、「乳清タンパク質の独特な特性の内の1つは、広範囲のpH(pH2〜9)における良好な水への溶解性であり、このことは多くの飲料用途にとって重要である。乳清タンパク質を配合する際の1つの難題は、熱加工処理中に溶解性を維持することである。乳清タンパク質の安定性を改善するためのいくつかの方法が調査されており、これには、糖(例えば、グリセロール、ソルビトール)の添加、ミネラルキレート化、および超音波処理によってタンパク質凝集物の大きさを制御すること、ならびに分子シャペロン、酵素的加水分解、静電反発力、炭水化物との結合、タンパク質封入、および可溶性凝集物の形成を用いてタンパク質凝集を制御することが含まれる。米国乳製品輸出協会による1つの出版物では、次のように述べている。「飲料は、一部の開発者が実現したいと願うタンパク質濃度が高いため、タンパク質安定性に関する最大の難題が生じる可能性が高い。良好な安定性を実現するにあたって最も重要な段階の内の1つは、乳清タンパク質成分の水和である・・・水和のための最善の実践例には、高速混合機を用いて60℃未満の水の中で乳清タンパク質成分を混合し、次いで、熱加工処理より前に、最低でも30分間、ゆっくり撹拌しながら、または撹拌せずに、乳清を水和させることが含まれる。高せん断力での連続的混合は、泡立ちを引き起こし、熱処理前に乳清タンパク質を変性させると考えられる。この変性は、熱加工処理後に、濁った質感またはざらざらした/チョークのような質感およびタンパク質沈殿をもたらすと考えられる。」(Burrington, K.J., Technical Report: Whey Protein Heat Stability, U.S. Dairy Export Council, 2012)。
Briczinskiらは、発酵には加水分解乳清の使用が必要とされることに注目して、「非加水分解乳清は、発酵の終了時の生細胞の数の減少をもたらす唯一の媒体であった・・・、そして乳清1リットル当たり0.2gの細胞乾燥重量しか生じず、これは、加水分解乳清中での細胞乾燥重量の増加よりも統計学的に少なかった。非加水分解乳清の場合にラクトース消費、生細胞数、および正味の細胞乾燥重量が少ないことから、乳清が、ラクトバチルス・ブルガリカス亜種デルブリュッキ(delbrueckii)RRの増殖にとって不十分な発酵媒体であることが示唆された。」と述べた。(E. P. Briczinski and R. F. Roberts, Production of an Exopolysaccharide-Containing Whey Protein Concentrate by Fermentation of Whey, J. Dairy Sci. 85:3189-3197)。
しかし、本発明者らは、発酵工程において未変化(すなわち、加水分解されていない)乳清タンパク質を使用すること、および発酵混合物中のタンパク質濃度を高めることによって、視覚的に「粘着性の」タンパク質/EPS相互作用を有している製品の製造について所望の効果が与えられ、その結果、特に栄養バーの用途で使用される場合に、口当たり、および他の特性、例えば、刺激性の弱い風味および接着性の質感が改善することを実証した。より高濃度のタンパク質を使用することによって、本発明者らは、タンパク質を前もって加水分解する段階の必要性も、発酵工程で使用するための加水分解タンパク質を添加する段階の必要性もなくした。したがって、所望の場合は、加水分解乳清を発酵混合物に添加することは許容されるものの、そうする必要はない。
さらに、理論に拘束されるものではないが、本発明者らは、乳清タンパク質と菌体外多糖との相互作用の可能性を高めると、方法によって製造される乳清タンパク質製品の望ましい特質が最適化されると考えている。また、本発明者らは、粘着性の菌体外多糖を産生する細菌が、特性が改善された乳清タンパク質製品を本発明の方法を用いて製造するのに、特に有用であることを発見した。タンパク質/EPS相互作用を増やすためには、本発明者らは、タンパク質含有量が約40〜約85％である乳清タンパク質濃縮物(WPC)または乳清タンパク質単離物(WPI)の使用を推奨する。得られた製品は、限定されるわけではないが、水性飲料、冷菓、砂糖菓子、コーヒー用クリーム、スプレッド、泡立てた泡状物質、オーブンで焼いた食品、プロテインバー、シリアルバー、および加工肉を含む様々な製品の成分として使用され得る。
Wijayantiらによれば、「一般に、乳清タンパク質凝集は、-SH/S-S交換反応を介する、遊離-SH基とβ-Lg、κ-カゼイン(κ-Csn)、α-La、およびBSAなどのシステイン含有タンパク質のS-S結合との相互作用を伴う(Considineなど2007)。これらのタンパク質-タンパク質相互作用により、タンパク質の不可逆的凝集が起こって、加熱条件およびタンパク質組成に応じて様々な分子サイズのタンパク質複合体になる。起こり得る不利な実際的結果を最小限にするためには、これらのタンパク質複合体の形成を阻害する方法を知ることが必要である。」(Wijayanti, H.B. et al., Stability of Whey Proteins During Thermal Processing: A Review,” Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety (2014) 13: 1235-1251)。本発明の方法は、そのようなタンパク質複合体の形成を阻害し、かつそれに加えて、他の望ましい特性を促進しつつ乳清タンパク質の溶解性を維持するためのこのような方法を提供する。
乳透過物は、タンパク質および脂肪を取り出すために乳を限外ろ過した後に形成される、乳タンパク質濃縮物(MPC)製造工程の副産物である。典型的には、乳透過物粉末は、3％のタンパク質、9％の灰分、および微量の脂肪を含む少なくとも80％のラクトースである。乳透過物粉末は、例えばIdaho Milk Products(Jerome, Idaho USA)のような様々な商業的供給業者から容易に得ることができる。ガラクトースおよびグルコースに由来する二糖類であるラクトースは、新鮮な甘い乳清から単離された市販の白い結晶粉末である(Glanbia Nutritionals, Inc., Twin Falls, Idaho USA)。ラクトースは、可溶性であり、味は薄く、溶解状態で無色である。本発明の目的のために、乳透過物またはラクトースのいずれかを使用してよい。乳清タンパク質濃縮物(WPC)は、乳清の限外ろ過から得られた保持液(retentate)を乾燥させることによって作られる。乳清タンパク質濃縮物はまた、市販されており、様々な商業的供給業者から得ることができる。本発明者らは、Glanbia Nutritionals, Inc.(Twin Falls, Idaho USA)製のWPC製品(Avonlac(登録商標)WPC)を使用した。
乳製品用の乳酸菌の多くの株は、細胞外多糖(菌体外多糖)を合成する。これらは、細胞壁にしっかりと結合している場合もあれば(カプセル状)、またはぐにゃぐにゃのスライムとして培地中に分泌される場合もある(粘着性)。粘着性EPS産生(EPS+)乳酸菌を用いて発酵させた乳は、通常、粘性の高い質感を持つようになり、ストレプトコッカス・サーモフィルス(Streptococcus thermophilus)およびラクトバチルス・デルブリュッキ亜種ブルガリカス(Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus)のEPS+株が、ヨーグルトの粘度を高め、離漿を減らすためにしばしば使用されている。(Petersen, B.L. et al., Influence of Capsular and Ropy Exopolysaccharide-Producing Streptococcus thermophilus on Mozzarella Cheese and Cheese Whey, J. Dairy Sci. (2000), 83(9): 1952-1956)。Faberらは、S.サーモフィルスRsの乳接種物は非粘着性であり、135mg/Lの平均分子量2.6×103kDaの多糖を生じるのに対し、S.サーモフィルスStsの乳接種物は粘着性であり、127mg/Lの平均分子量3.7×103kDaの多糖を生じ、この多糖の分子量の差が、粘着性株と非粘着性株の主要な違いであると述べた。(E.J. Faber, et al., The Exopolysaccharides Produced by Streptococcus Thermophilus Rs and Sts Have the Same Repeating Unit but Differ in Viscosity of Their Milk Inoculums, Carbohydrate Research (1998), 310(4): 269-276)。粘着性の菌体外多糖を産生することが確認された微生物(例えば細菌株)が市販されており、Chr. Hansen (Horsholm, Denmark)のような会社から購入することができる。
本発明の方法によって作られた乳清タンパク質および多糖を含む製品は、望ましい配合特性の観点からいくつかの顕著な利点を与えるが、それに加えて、乳清タンパク質を含む製品中で、表1に示すもののような市販の親水コロイドを使用する必要性を減らすか、またはなくす。いくつかの状況において、親水コロイドの添加は、製品製造の費用を顕著に増やし得る。親水コロイドの費用は、ポンド当たり25〜30アメリカドルほどであり得る。例えばプロテインバーのような多くの製品は、少なくとも33〜35％のタンパク質であり得る。通常、必要とされる親水コロイドの量はタンパク質の量に対応するため、付加的な親水コロイドの使用は、このような高タンパク質製品の費用に顕著に影響を与え得る。
（表１）
本発明の乳清タンパク質/EPS製品におけるEPSの使用はまた、有益な健康効果も付加することができる。例えば、Ruas-Madiedoらは、ラクトバチルスおよびビフィドバクテリウム(Bifidobacterium)の種によって産生されるEPSが、細菌病原体のインビトロでの毒性を中和し得ることに注目した(Ruas-Madiedo, et al., Exopolysaccharides Produced by Lactobacillus and Bifidobacterium Strains Abrogate in vitro the Cytotoxic Effect of Bacterial Toxins on Eukaryotic Cells, J. Appl. Micro. (2010), 109(6): 2079-2086)。EPSはまた、コレステロール低下作用を有していること、ならびに病原性バイオフィルムの形成を減少させるのに役立つことも報告されている。
本発明の方法によって作られる製品はまた、例えばプロテインバーのような食料製品の貯蔵寿命を長くするためにも有用であり得る。通常、高プロテインバーは、約20〜50％(w/w)のタンパク質からできており、30:30:40(w/w)の比率のタンパク質、脂肪、および炭水化物(普通はシロップとして)が一般的である。一般に、この組合せから製造される生地は、十分に打ち延ばしすることができ、包装および輸送時に形状を保つバーに容易に形作ることができる。しかし、時間がたてば、これらのバーは硬くなり、消費者には受け入れがたくなる場合がある。この問題に対処するためにこれまで使用された2つの選択肢は、タンパク質を加水分解すること、およびタンパク質の疎水性を高めることである。しかし、これらのような選択肢は、製造工程にさらなる段階および費用を追加する。
配合者は、硬化をもたらす過程がほぼ直ちに始まることに気付いており、一部の配合者は、タンパク質と炭水化物との相分離によって硬化が始まると提唱している。(McMahon, D.J. et al., Hardening of High-Protein Nutrition Bars and Sugar-Polyol-Protein Phase Separation, J. Food Sci. (2009) 74(6): E312-321)。しかし、図1のグラフに示したように、WPCを数時間(例えば、約4〜約6時間)発酵させて、本発明の方法によって乳清タンパク質製品を作った場合、硬度が顕著に低下する。本発明者らは、発酵時間を延ばすと(例えば一晩)、実際には、栄養バー配合物を用いる本発明者らの実験において、時間とともに硬度が増し得ることに注目した。したがって、例えばプロテインバーのような食料製品のために貯蔵寿命の延長および経時的硬化の低減を目的として製品が使用される予定である場合、発酵時間の延長は、所望の効果をもたらすことができない。そのような場合、短い発酵時間(例えば、約3〜約8時間)が推奨される。
本発明者らはまた、発酵前とは対照的に、1種または複数種の酵素を添加して発酵期間中の乳清タンパク質の加水分解を促進すると、発酵風味が高まり顕著な苦い風味が少なくなったペプチドが生じることを実証した。したがって、この方法によって作られたペプチドは、例えば、苦味が少なく、より強く顕著なチーズ風味を有し得る。理論に拘束されるものではないが、本発明者らは、接種物および酵素のブレンドは、インキュベーション中に相乗効果をもたらすと考えている。一般に、酵素的消化によって形成されるペプチドは、非常に苦く、ブロスのようである(brothy)。発酵時に産生されるEPSの存在下でこれらのペプチドを形成させると、苦い末端を包んで(bind up)、付随する苦味を減らしつつ、風味を高めることができる。水浴振盪機によって提供されるもののような非常に穏やかな撹拌を行いながら、細菌および酵素の両方の存在下でタンパク質を発酵させると、酵素とタンパク質の接触が促進される。
発酵乳清タンパク質濃縮物/EPS製品の製造
20％の乳透過物粉末(Idaho Milk Products)、80％のAvonlac(登録商標)180(Glanbia Nutritionals)、および0.25％のリン酸二ナトリウムを25％固形物(w/v)の比率で水と混合し、165°Fで30秒間、低温殺菌した(出口温度100°F)。
20％の乳透過物粉末(Idaho Milk Products)、80％のAvonlac(登録商標)180(Glanbia Nutritionals)、および0.25％のリン酸二ナトリウムを25％固形物(w/v)の比率で水と混合し、165°Fで30秒間、低温殺菌した(出口温度100°F)。
ラクトバチルス・デルブリュッキ亜種ブルガリカス、ラクトバチルス・デルブリュッキ亜種ラクティス(lactis)、およびストレプトコッカス・サーモフィルスのヨーグルト接種物を含む1％のYC-180(Yo-Flex(登録商標), Chr. Hansen)を用いて、混合物に接種し、撹拌せずに4〜6時間インキュベートした(最終pH4.6〜5.0)。インキュベーション期間の最後に、入口温度240℃および出口温度88〜90℃で、固形物を噴霧乾燥した。
プロテインバーへの発酵乳清タンパク質濃縮物/EPS製品の混合
コーンシロップ(47％)、ショートニング(19％)、およびタンパク質粉末(発酵乳清タンパク質濃縮物/EPS)(34％)をボウルに加え、使用可能な生地が形成されるまで混合した。この生地を押し出し、棒状の塊に切り、チョコレートでコーティングして包装した。硬度試験を実施した。結果を表2および図1に示す。対照は、未発酵乳清タンパク質製品である。
コーンシロップ(47％)、ショートニング(19％)、およびタンパク質粉末(発酵乳清タンパク質濃縮物/EPS)(34％)をボウルに加え、使用可能な生地が形成されるまで混合した。この生地を押し出し、棒状の塊に切り、チョコレートでコーティングして包装した。硬度試験を実施した。結果を表2および図1に示す。対照は、未発酵乳清タンパク質製品である。
（表２）延長された貯蔵寿命期間中に測定された硬度(g力)
酵素および細菌の組合せを用いて発酵させた乳清
乳清タンパク質濃縮物(90％、乾物基準、28％固形物)とラクトース透過物(9％、乾物基準、25％固形物)を、これらの液体を一緒にブレンドすることによって混合した。ブレンドした液体を華氏150度まで15分間加熱し、次いで、華氏120度まで冷却した。接種物を1％の割合で添加し、溶液を十分に混ぜ、0.25％のDebitrase HYW20(DuPont Nutrition and Health)を添加した。溶液を良く混ぜ、ふたをし、華氏125度に設定した水浴中に置き、振盪機のスイッチを入れた。混合物を8時間インキュベートし、その時点で設定を解除し、噴霧乾燥によって製品を乾燥させた。
乳清タンパク質濃縮物(90％、乾物基準、28％固形物)とラクトース透過物(9％、乾物基準、25％固形物)を、これらの液体を一緒にブレンドすることによって混合した。ブレンドした液体を華氏150度まで15分間加熱し、次いで、華氏120度まで冷却した。接種物を1％の割合で添加し、溶液を十分に混ぜ、0.25％のDebitrase HYW20(DuPont Nutrition and Health)を添加した。溶液を良く混ぜ、ふたをし、華氏125度に設定した水浴中に置き、振盪機のスイッチを入れた。混合物を8時間インキュベートし、その時点で設定を解除し、噴霧乾燥によって製品を乾燥させた。
（表３）
Claims (11)
- a)乳透過物、ラクトース、およびそれらの組合せからなる群より選択されるラクトース供給源を乳清タンパク質と、約1:3〜約1:10のラクトース供給源と乳清タンパク質の比率で混合して、固形物含有量が約10〜約30％(w/v)である水性混合物を形成させる段階;
b)該水性混合物に少なくとも1種の微生物接種物を添加する段階;ならびに
c)乳清タンパク質発酵製品を製造するために、微生物発酵を促進する条件下で、該少なくとも1種の微生物接種物が添加された該水性混合物を加工処理する段階
を含む方法。 - 乳清タンパク質発酵製品を噴霧乾燥する段階をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 水性混合物を加工処理する段階が、断続的撹拌も連続的撹拌も伴わずに実施される、請求項1に記載の方法。
- 水性混合物を加工処理する段階が、穏やかに撹拌しながら実施される、請求項1に記載の方法。
- 乳清タンパク質が、乳清タンパク質濃縮物、乳清タンパク質単離物、およびそれらの組合せからなる群より選択される、請求項1に記載の方法。
- 乳清タンパク質濃縮物が、約40〜約85％タンパク質(w/w)の乳清タンパク質濃縮物およびそれらの組合せからなる群より選択される、請求項5に記載の方法。
- 乳清タンパク質が、乳清タンパク質濃縮物、乳清タンパク質単離物、およびそれらの組合せからなる群より選択される少なくとも1種の乳清タンパク質製品の添加によって追加の乳清タンパク質が添加された液体乳清を含む、請求項1に記載の方法。
- 加工処理する段階が、約3〜約8時間の発酵時間を提供する、請求項1に記載の方法。
- 微生物接種物が、粘着性の菌体外多糖を産生する少なくとも1種の細菌株の接種物を含む、請求項1に記載の方法。
- 加工処理する段階が、約4〜約6時間の発酵時間を提供する、請求項9に記載の方法。
- 発酵時に乳清タンパク質を加水分解するために、微生物接種物を添加する段階の前、同時、または後に、少なくとも1種のタンパク質分解酵素を水性混合物に添加する追加の段階をさらに含む、請求項1に記載の方法。
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