JP5243149B2 - 濃縮乳の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、膜濃縮処理に基づく濃縮乳の製造方法および該方法により製造される濃縮乳に関する。

消費者が牛乳（類）に求める要素には、「自然さ」、「おいしさ」、「栄養／機能」の３つがあると言われているが、消費者が牛乳に求める価値は多様化しており、新しい価値の提供が必要となっているところ、乳等省令の改正により「成分調整牛乳」が誕生した。成分調整牛乳とは、生乳のみ（生乳１００％）から膜処理等の技術により、特定の成分（水分等）を除去したものであり、「無脂肪牛乳（脱脂乳）」及び「低脂肪牛乳（部分脱脂乳）」を除いたものである。この成分調整牛乳では、消費者が牛乳に求める前記の３大要素を満たし、かつ、消費者が牛乳に求める価値の多様化にも対応できる可能性がある。例えば、無脂乳固形分（ＳＮＦ）を濃縮した成分調整牛乳では、牛乳の自然な甘味が強調され、濃厚なコクやまろやかさを味わうことが可能となる。

一方、牛乳関係法令集（乳業団体衛生連絡協議会、平成十六年三月）によれば、成分調整牛乳においては、牛乳の腐敗や細菌汚染等を確認するための指標として、酸度（乳酸として）が０．１８％以下と規定されており、酸度を規格の通りに設定することが必須となる。

ところが、成分調整牛乳の１つとして、例えば原料乳の膜濃縮処理において濃縮倍率を高くし、無脂乳固形分を高濃度とした濃縮乳の製造（特許文献１、特許文献２）では、前記の上限値（規格値）を超えてしまうことがあり、このことから、濃縮乳の製造では、その他の成分調整牛乳とは違い、酸度の確認と制御をより一層入念におこなうことが必須となる。このため、原料乳の膜濃縮処理において濃縮乳の酸度と関連する因子を制御することで、間接的に酸度を制御する成分調整牛乳や濃縮乳の製造方法（特許文献３）が提案されているが、幾らか煩雑な操作を必要とする等の問題があった。

一方、前記の通り、成分調整牛乳や濃縮乳の製造では、その腐敗等と無関係に酸度が変動してしまい、必ずしも酸度が腐敗等を確認する指標とはならないため、腐敗等の確認のために別途、細菌検査等が必要であった。しかしながら、これもまた煩雑な操作を必要とし、実際に結果を得るまでには時間が掛かる等のために、生産ラインの稼働中の確認には向かないという問題点があり、濃縮乳の酸度や鮮度を容易に制御・管理する方法が望まれていた。

さらに、成分調整牛乳や濃縮乳の製造では、特に分離膜の破損や劣化により、膜保持液に保持されることが望ましい成分が漏出する等の問題が生じる可能性もあり、これを制御・管理することにより、品質を一定に保持することも望まれていた。

特開２００２−０５１６９９号公報 特開２００２−２５３１１６号公報 特開２００６−２６２８１６号公報

したがって、本発明の課題は、前記の問題点を解決し、無脂乳固形分を高濃度とした濃縮乳の品質を所定の範囲内に保持しつつ製造する方法を提供することにある。
より詳しくは、酸度以外で濃縮乳の鮮度等を正確に確認できる因子（指標）を解明し、該因子を確認することで、酸度や鮮度等を簡便に制御・管理できる成分調整牛乳や濃縮乳の製造方法を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するため、鋭意研究を重ねる中で、分離膜を介して、原料乳を膜保持液と膜透過液とに分離する濃縮処理を含む、濃縮乳の製造方法において、膜透過液のｐＨと、膜保持液（濃縮乳）の品質や、分離膜の分離性能との関係を見出し、さらに研究を進めた結果、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、原料乳を膜保持液と膜透過液とに分離する膜濃縮処理において、膜透過液のｐＨを制御および／または管理する、濃縮乳の製造方法に関する。
また本発明は、膜透過液のｐＨを制御および／または管理することにより、濃縮乳の品質を所定の範囲内に保持することを特徴とする、前記の製造方法に関する。

さらに本発明は、膜透過液のｐＨを制御および／または管理することにより、分離膜の性能（阻止率、膜透過流束等）を所定の範囲内に保持することを特徴とする、前記の製造方法に関する。
一方で本発明は、さらに、膜保持液のｐＨを制御および／または管理することを特徴とする、前記の製造方法に関する。

そして本発明は、さらに、膜保持液の固形分濃度、無脂乳固形分濃度（ＳＮＦ）、屈折糖度（Ｂｒｉｘ）、比重（密度）、濃縮倍率のいずれかを制御および／または管理することを特徴とする、前記の製造方法に関する。
また本発明は、膜濃縮処理がＮＦ膜処理であることを特徴とする、前記の製造方法に関する。
さらに本発明は、前記の製造方法により製造された濃縮乳に関する。

本発明の濃縮乳の製造方法は、原料乳を膜保持液と膜透過液とに分離する膜濃縮処理おいて分離された膜透過液のｐＨを制御・管理することにより、濃縮乳（膜保持液）の品質を所定の範囲内で確実に保持することができる。かかる方法では、通常なら廃棄されるべき膜透過液を測定するものであるため、衛生的かつ簡便に最終製品となる濃縮乳（膜保持液）の品質を管理・確認することを可能にし、生産ラインの稼働中（実際の製造現場）において非常に有用である。

また、本発明の別の態様によれば、膜透過液のｐＨを制御することにより、分離膜の性能（阻止率、膜透過流束等）を所定の範囲内で確実に保持することができる。かかる方法では、生産ラインの稼働中において、分離膜の劣化等を簡便に管理・確認することを可能にする。
さらに、本発明の別の態様によれば、膜透過液のｐＨを制御することにより、原料乳および／または膜保持液の鮮度を所定の範囲内で確実に保持することができる。かかる方法では、最終製品への雑菌混入等を確認して未然に防止することを可能とし、生産ラインの稼働中において非常に有用である。

また、本発明の別の態様によれば、膜透過液のｐＨと膜保持液のｐＨとの両者の数値や差異を制御・管理することにより、原料乳および／または膜保持液の鮮度を所定の範囲内で確実に保持することができる。例えば、膜透過液のｐＨが膜保持液のｐＨよりも高くなった場合は、膜保持液の品質変化の原因は、膜の分離性能ではなく、原料乳の鮮度が原因であることを推測することができ、膜濃縮工程の段階で簡便に原料乳の鮮度を確認することができる。

さらに、本発明の別の態様によれば、膜透過液のｐＨを制御・管理することに加えて、膜保持液の固形分濃度、無脂乳固形分濃度（ＳＮＦ）、屈折糖度（Ｂｒｉｘ）、比重（密度）、濃縮倍率等を制御・管理することにより、実質的な膜保持液の鮮度や、分離膜の性能を保持するだけではなく、膜保持液の酸度を所定の範囲内（例えば、一定値）で確実に保持することができ、濃縮乳の品質を、より多面的に制御・管理することが可能となる。

本明細書において「原料乳」とは、生乳、原乳、全脂乳、脱脂乳、ホエイ等の乳成分を含む液体である。
本明細書において「濃縮乳」とは、前記の原料乳を膜分離法の濃縮処理により得られる液体であり、さらに「濃縮乳」には、前記の濃縮処理の前工程または後工程に、殺菌処理、均質化処理、遠心分離処理、脂肪濃度調整処理等を加えて得られる液体が含まれる場合もある。つまり「濃縮乳」には、例えば、全脂乳から得られた濃縮乳を遠心分離処理することにより、乳脂肪濃度を調整した成分調整牛乳、脱脂乳から得られた濃縮乳にクリーム等を添加することにより、乳脂肪濃度を調整した成分調整牛乳等も含まれる。

本発明にかかる濃縮乳は、通常の牛乳よりも高い無脂乳固形分を有し、例えば１０〜１７重量％、好ましくは１０〜１５重量％、より好ましくは１０〜１３重量％、さらに好ましくは１１〜１２重量％の無脂乳固形分を有する。
また、本発明にかかる濃縮乳の乳脂肪分は特に限定されないが、例えば０〜５重量％であり、好ましくは０．１〜４重量％であり、より好ましくは０．１〜３重量％であり、より好ましくは０．１重量％以上及び３．０重量％未満であり、さらに好ましくは０．５〜２．５重量％であり、さらに好ましくは０．５〜２重量％であり、とくに好ましくは０．５〜１．５重量％である。

本発明の濃縮乳の製造方法において、膜分離法は特に限定されないが、タンパク質や乳糖、ビタミンやミネラル等の栄養成分の損失が少ないことから、逆浸透膜（ＲＯ）法やナノ濾過膜（ＮＦ）法であることが望ましい。そして、タンパク質や乳糖等、ビタミンやミネラルの栄養成分の損失が少なく、尿素、乳酸、ミネラル（ナトリウム、カリウム、塩素等）等の一部が除去されて、濃縮乳の風味を改良できることから、ナノ濾過膜（ＮＦ）法であることがより望ましい。このとき、例えば、ナノ濾過膜（ＮＦ）法と逆浸透膜（ＲＯ）法とを併用することが可能であり、互いを直列に設置しても、並列に設置しても良い。また、製造したい成分調整牛乳の組成に合わせて、互いの膜面積やその比率を自由に設定しても良い。

本発明におけるｐＨの制御や管理とは、ｐＨを所定の範囲内（例えば、一定値）で確実に安定させることをいい、例えば、オンライン式のｐＨ計等を用いて簡便に短時間でｐＨを測定できるため、濃縮乳の製造工程（生産ライン）にｐＨ計を設置するか、濃縮乳の製造工程から試料を採取し、その場で生産ラインの稼働中に数値を確認することができる。そして、製造装置の運転状態が適切か否かを連続的または断続的に判断しながら、濃縮乳の製造を安定させることができる。例えば、ｐＨの変化やその傾向をコンピューター等で処理することにより、ｐＨを自動的に確認し、その結果として、原料乳および／または膜保持液の鮮度や、分離膜の性能も自動的に制御や管理することが可能となる。

本発明の一態様における原料乳の濃縮処理において、酸度と固形分濃度との相関関係を使用して、酸度を制御することを特徴とするが、酸度を制御する因子は、固形分濃度に限定されない。固形分濃度と相関関係にある因子であれば適用することが可能であり、無脂乳固形分濃度（ＳＮＦ）、屈折糖度（Ｂｒｉｘ）、比重（密度）、濃縮倍率等を例示できる。実際に固形分濃度の測定には、手間が掛かるため、本発明の濃縮乳の製造方法において酸度を制御する方法には、屈折糖度や比重、濃縮倍率のような簡便に測定できる因子を使用することが望ましい。

本発明において、屈折糖度は糖度計（refractometer）を用いて簡便に短時間で測定できるため、濃縮乳の製造工程から試料を採取し、その場で生産ラインの稼働中に数値を確認することができる。そして、製造装置の運転状態が適切か否かを断続的に判断しながら、屈折糖度を一定値に安定させる運転を行うことで間接的に、酸度を規格内に制御することが可能となる。

本発明において、比重は比重計を用いて簡便に瞬時で測定できるため、濃縮乳の製造工程に比重計を設置するか、濃縮乳の製造工程から試料を採取し、連続的に数値を確認することができる。製造装置の運転状態が適切か否かを連続的または断続的に判断しながら、比重を一定値に安定させる運転を行うことで間接的に、酸度を規格内に制御することが可能となる。例えば、比重の増減やその増減の傾向をコンピューター等で処理することにより、比重を自動的に確認し、その結果として、酸度も自動的に制御や管理することが可能となる。

以下、本発明について実施例に基づいて更に詳細に説明を加えるが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

[試験例１]
ナノ濾過膜（ＮＦ）法により脱脂乳を濃縮処理した。使用したナノ濾過膜は、ＮＦ−３８３８／３０−ＦＦ（Ｄｏｗ社製）である。ここでは、脱脂乳の膜濃縮処理を約２年間に亘る長期間で、同じ分離膜を交換せずに用いて実施し、膜装置自体の分離性能（特に、膜材質の寿命）の変化を確認した。脱脂乳の濃縮倍率を１．４倍とし、１週間に１回程度の頻度で、膜装置を運転した。このとき、１回の運転で、薬品洗浄（酸とアルカリ）と水濯ぎを繰り返しながら、膜濃縮処理を実施した。
膜材質が新品の状態（０ヶ月、使用開始）、使用開始から９ヶ月後、１４．５ヶ月後、２０．５ヶ月後の状態における、膜透過液と膜保持液のｐＨおよび固形分濃度（ＴＳ）を測定した。

表１および図１に示すように、膜保持液のｐＨは、固形分濃度にかかわらず一定である一方、膜透過液のｐＨは、膜透過液の固形分濃度のみならず、膜保持液の固形分濃度とも相関関係を示すことが確認された。
すなわち、膜透過液のｐＨが、膜保持液および膜透過液の固形分濃度の確認に有用であることが分かった。
また、分離膜の使用期間により、膜透過液および膜保持液の濃度が変化し、それに伴い透過膜液のｐＨが変化することが確認された。

したがって、膜透過液のｐＨを制御や管理することで、濃縮乳の品質（組成）や、分離膜の性能（阻止率等）を所定の範囲内で安定化させることが可能であることが明らかとなった。

例えば、図１で膜透過液の固形分濃度をＸ［重量％］、膜透過液のｐＨをＹ［−］とし、相関関係を一次式で近似すると、Ｙ＝−０．３５・Ｘ＋７．５６となった。このとき、膜材質の寿命を、膜透過液の固形分濃度で２重量％以上に設定した場合には、分離膜または膜分離ユニットを交換する時期を、膜透過液のｐＨで６．８６以下に設定することとなる。また、膜材質の寿命を、膜透過液の固形分濃度で２．５重量％以上に設定した場合、膜交換の時期を、膜透過液のｐＨで６．６９以下に設定することとなる。

さらに、膜保持液の固形分濃度をＸ’［重量％］、膜透過液のｐＨをＹ［−］とし、相関関係を一次式で近似すると、Ｙ＝１．７３・Ｘ’−８．９３となった。このとき、濃縮乳の品質（組成）または膜材質の寿命を、膜保持液の固形分濃度で９重量％以下に設定した場合、分離膜または膜分離ユニットを交換する時期を、膜透過液のｐＨで６．６４以下に設定することとなる。

［試験例２］
鮮度の低い脱脂乳を用いる以外は、試験１と同様の方法で、膜透過液と膜保持液のｐＨおよび固形分濃度（ＴＳ）を測定した。ここで、鮮度の低い脱脂乳とは、新鮮な脱脂乳を常温（約１５〜２５℃）、約１週間で放置したものである。

表２に示すとおり、鮮度の低い脱脂乳の膜濃縮処理においては、膜透過液および膜保持液のｐＨがともに、膜保持液および膜透過液の固形分濃度に影響されないことが確認された。
また、膜透過液のｐＨが膜保持液のｐＨよりも低くなることが確認された。

試験例１および２を比較すると、鮮度の異なる脱脂乳の膜濃縮処理において、原料乳の鮮度は、膜保持液および膜透過液の固形分濃度に影響しないことが確認された。また、膜保持液および膜透過液のｐＨが鮮度の高い脱脂乳と比較して、鮮度の低い脱脂乳で低くなることが確認された。
したがって、膜透過液のｐＨが一定の値よりも低くなった場合には、分離膜の性能（阻止率等）が低下して、膜透過液の固形分濃度が上がっている可能性、および原料乳の鮮度が落ちている可能性が推測される。
ここで、例えば、膜保持液のｐＨも測定し、膜透過液のｐＨと比較したところ、膜浸透液のｐＨが低い場合には、原料乳の鮮度が低い可能性が高いと判断することができる。

［試験例３］
酸度の測定（逆浸透膜（ＲＯ）法による全脂乳の濃縮処理）
逆浸透膜（ＲＯ）法により全脂乳を濃縮処理した。使用した逆浸透膜は、ＲＯ−３８３８／３０−ＦＦ（Ｄｏｗ社製）である。所定の濃縮倍率において濃縮乳を採取し、酸度、固形分濃度、無脂乳固形分濃度を測定した。それぞれの相関関係を図２〜図３に示した。

今回の実験において、図２で酸度をＸ［％］、固形分濃度をＹ［重量％］とし、相関関係を一次式で近似すると、Ｙ＝８２．５５・Ｘ＋３．７５となった。このとき、成分調整牛乳の成分規格として全脂乳の酸度（乳酸として）を０．１８％以下に設定した場合には、固形分濃度は１８．６重量％以下に設定することとなる。装置の運転を安全側で制御することを考慮し、全脂乳の酸度を０．１７％以下に設定した場合には、固形分濃度は１７．８％以下に設定することとなる。

図３で酸度をＸ［％］、無脂乳固形分（ＳＮＦ）濃度をＹ［重量％］とし、相関関係を一次式で近似すると、Ｙ＝５６．２０・Ｘ＋２．５４となった。このとき、全脂乳の酸度を０．１８％以下に設定した場合には、無脂乳固形分濃度は１２．６重量％以下に設定することとなる。全脂乳の酸度を０．１７％以下に設定した場合には、無脂乳固形分濃度は１２．１重量％以下に設定することとなる。

［試験例４］
酸度の測定（ナノ濾過膜（ＮＦ）法による脱脂乳の濃縮処理）
ナノ濾過膜（ＮＦ）法により脱脂乳を濃縮処理した。使用したナノ濾過膜は、ＮＦ−３８３８／３０−ＦＦ（Ｄｏｗ社製）である。脱脂乳では乳脂肪をほとんど含まないため、固形分濃度と無脂乳固形分濃度は同等である。所定の濃縮倍率において濃縮乳を採取し、酸度、固形分濃度（無脂乳固形分濃度）、屈折糖度、比重を測定した。それぞれの相関関係を図４〜図６に示した。

今回の実験において、図４で酸度をＸ［％］、固形分濃度をＹ［重量％］とし、相関関係を一次式で近似すると、Ｙ＝６５．８６・Ｘ＋１．３６となった。このとき、脱脂乳の酸度を０．１８％以下に設定した場合には、固形分濃度は１３．２重量％以下に設定することとなる。脱脂乳の酸度を０．１７％以下に設定した場合には、固形分濃度は１２．５重量％以下に設定することとなる。

図５で酸度をＸ［％］、屈折糖度（Ｂｒｉｘ）をＹ［％］とし、相関関係を一次式で近似すると、Ｙ＝７１．２３・Ｘ＋２．０６となった。このとき、脱脂乳の酸度を０．１８％以下に設定した場合には、屈折糖度は１４．９％以下に設定することとなる。脱脂乳の酸度を０．１７％以下に設定した場合には、屈折糖度は１４．２％以下に設定することとなる。

図６で酸度をＸ［％］、比重をＹ［−］とし、相関関係を一次式で近似すると、Ｙ＝０．２６８・Ｘ＋０．９９９となった。このとき、脱脂乳の酸度を０．１８％以下に設定した場合には、比重は１．０４７以下に設定することとなる。脱脂乳の酸度を０．１７％以下に設定した場合には、比重は１．０４４以下に設定することとなる。

［試験例５］
酸度の測定（逆浸透膜（ＲＯ）法によるホエイの濃縮処理）
逆浸透膜（ＲＯ）法によりホエイを濃縮処理した。使用した逆浸透膜は、ＲＯ−３８３８／３０−ＦＦ（Ｄｏｗ社製）である。ホエイでは乳脂肪をほとんど含まないため、固形分濃度と無脂乳固形分濃度は同等である。所定の濃縮倍率において濃縮乳を採取し、酸度、固形分濃度（無脂乳固形分濃度）を測定した。それぞれの相関関係を図７に示した。
今回の実験において、図７で酸度をＸ［％］、固形分濃度をＹ［重量％］とし、相関関係を一次式で近似すると、Ｙ＝９３．８８・Ｘ＋２．２４となった。

分離膜を介して、原料乳を膜保持液と膜透過液とに分離して濃縮処理を含む、濃縮乳の製造工程において、膜分離装置の運転中に、試料（膜透過液）のｐＨを連続的に測定することにより、製造装置の運転状態および／または原料乳の鮮度が適切か否かを連続的または断続的に判断しながら、膜透過液のｐＨを制御や管理することにより、より衛生的かつ簡便に膜濃縮液の品質を一定に保つことができ、効率的に同品質の濃縮乳を提供することができる。

脱脂乳の膜透過液のｐＨと固形分濃度、膜保持液のｐＨと固形分濃度、および膜透過液のｐＨと膜保持液の固形分濃度との関係を示した図である。 全脂乳の膜保持液の酸度と固形分濃度との関係を示した図である。 全脂乳の膜保持液の酸度と無脂乳固形分濃度との関係を示した図である。 脱脂乳の膜保持液の酸度と固形分濃度（無脂乳固形分濃度）との関係を示した図である。 脱脂乳の膜保持液の酸度と屈折糖度（Ｂｒｉｘ）との関係を示した図である。 脱脂乳の膜保持液の酸度と比重との関係を示した図である。 ホエイの膜保持液の酸度と固形分濃度との関係を示した図である。

Claims (4)

1. 原料乳を膜保持液と膜透過液とに分離する膜濃縮処理において、膜透過液のｐＨの低下を測定することによって、原料乳の鮮度の低下、膜保持液（濃縮乳）の鮮度の低下、分離膜の性能の低下、膜透過液の固形分濃度の上昇および／または膜保持液（濃縮乳）の固形分濃度の低下を、連続的または断続的に判断する方法。
2. さらに、膜保持液のｐＨを測定する、請求項１に記載の方法。
3. さらに、膜保持液の固形分濃度、無脂乳固形分濃度（ＳＮＦ）、屈折糖度（Ｂｒｉｘ）、比重（密度）、濃縮倍率のいずれかを測定する、請求項１または２に記載の方法。
4. 膜濃縮処理がＮＦ膜および／またはＲＯ膜処理であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。

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