JP7004718B2 - 遊離二価カチオンタンパク質凝集体を有する乳製品濃縮物の製造方法 - Google Patents
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Description
[発明が解決しようとする課題]
カゼインミセルタンパク質及びホエイタンパク質を含み、6.1~7.1のpH及び3~25重量%のタンパク質濃度を有する成分組成物を準備するステップであって、成分組成物のホエイタンパク質に対するカゼインタンパク質の比が90/10~60/40である、ステップと、
3~25mMの二価カチオンを添加して、成分組成物中で3~8mMの濃度の遊離二価カチオンを提供するステップと、
成分組成物を均質化するステップと、続いて
成分組成物を、80℃~105℃の温度で0.5~3分間低温殺菌及び撹拌して、カゼインとホエイタンパク質由来のβ-ラクトグロブリンとを含む凝集タンパク質を形成するステップであって、凝集体のサイズは、D(4,3)平均直径によって測定して、3~50ミクロンである、ステップと、を含む、製造方法に関する。
6.0~7.1のpHと、6~55重量%の乳固形分の濃度と、90/10~60/40のホエイタンパク質に対するカゼインの比と、3~8mMの遊離二価カチオンの濃度と、を有し、凝集体のサイズは、レーザー回折によって測定して、3~50ミクロンの平均直径D(4,3)である、乳製品濃縮物に関する。
カゼインミセルタンパク質及びホエイタンパク質を含み、6.1~7.1のpH及び3~25重量%のタンパク質濃度を有する成分組成物を準備するステップであって、成分組成物のホエイタンパク質に対するカゼインタンパク質の比が90/10~60/40である、ステップと、
3~25mMの二価カチオンを添加して、成分組成物中で3~8mMの濃度の遊離二価カチオンを提供するステップと、
成分組成物を均質化するステップと、続いて
成分組成物を、120°~150℃の温度で3~30秒間低温殺菌及び撹拌して、カゼインとホエイタンパク質由来のβ-ラクトグロブリンとを含む凝集タンパク質を形成するステップであって、凝集体のサイズは、D(4,3)平均直径によって測定して、3~50ミクロンである、ステップと、を含む、方法に関する。
6.01~7.1のpHと、6~55重量%の乳固形分の濃度と、90/10~60/40のホエイタンパク質に対するカゼインの比と、3~8mMの遊離二価カチオンの濃度と、を有し、前記凝集体のサイズは、レーザー回折によって測定して、5 3~50ミクロンの平均直径D(4,3)である、乳製品濃縮物に関する。
実施例1:
加熱された全脂肪乳への塩化カルシウム添加によって得られた乳タンパク質ベースの凝集体。
材料及び方法
低温殺菌及びマイクロ濾過した全脂肪乳(3.5重量%脂肪)を、Cremo S.A.(Le Mont-sur-Lausanne,Switzerland)により用意した。25℃で測定して、初期pHは6.77であった。カルシウム添加のために、CaCl2溶液、2(H20)(Merck,Darmstadt,Germany)を200mMのミリQ水で調製した。塩化カルシウム溶液を添加する毎に、50mLの容量の乳を50mlのPyrexガラス瓶(Schott Duran type,Germany)に導入し、1~16mMの範囲の遊離カルシウムの添加をカバーした。室温20~23℃で、300rpmで磁気撹拌を行った。
結果
乳タンパク質濃縮物を安定化したエマルジョンにおけるカルシウムの添加
材料及び方法
カゼインミセル分散体の原液を、10重量%のタンパク質濃度で調製した。カゼインミセル濃縮物Promilk852B(バッチ13610656)を、Ingredia(Arras,France)から購入した。粉末の組成は(g/100g湿潤粉末):タンパク質(N×6.38)82.3、Ca2.6、Mg0.1、Na0.07、K0.29、CI0.05、P1.56であった。分散体を調製するのに必要な粉末の質量を、粉末中のタンパク質含有量に応じて計算した。
O/Wエマルジョンを、高オレイン酸ヒマワリ油(Oleificio Sabo,Manno,Switzerland)をタンパク質分散体に添加することによって調製し、その結果、全試料は2.5、5及び10重量%の油含有量並びに3重量%の一定のタンパク質含有量となった。続いて、混合物を、Ultra-Turrax T25 basic(IKA(登録商標),Switzerland)を使用して、500mLの容量につき1分間、11,000rpm/分で予備均質化した。予備均質化したエマルジョンを、第一のバルブについては50バール、第二のバルブについては250バールに調整したPandaPLUS HomoGenius 2000(GEA(登録商標),Germany)を用いて高圧で均質化し、合計300バールの圧力を得た。
粒径分布を評価するために、分散体及びエマルジョンを、動的光散乱法による剪断後、マスターサイザー3000(Malvern Instruments Ltd(登録商標),UK)を使用して分析した。エマルジョンの試料を、9~10%の不透明度が得られるまでHydro SM測定セルに分散させた。非加熱及び加熱された試料を分析した。測定を3回行い、3回の反復の平均を報告した。
試料の凍結切片法
CLSMにより試料を分析するために、凍結切削を行った。それらを保存するため、この目的のために、スクロース及びホルムアルデヒドを試料に添加した(PRICE and JEROME,2011)。割合は、スクロースには総容量の30重量%、ホルムアルデヒドは3.7重量%である。ボルテックスを用いて試料を均質化し、分析を開始する前に4℃で一晩保管した。
共焦点走査レーザー顕微鏡
タンパク質と脂肪球とを区別するために、個々の試料100/0(MCI/SPI)及び0/100(MCI/SPI)を染料で標識した。
剪断の1日後、同心円筒形状CC27-SS/S(直径=27mm、ギャップ=1.14mm、Anton Paar(登録商標),Austriaによる)を有する応力制御されたレオメーターPhysica MCR501(Anton Paar(登録商標),Austria)を用いて流動実験を行った。
本発明からの製品中の可溶性タンパク質の含有量を特徴付けるために、製造の1日後に、Eppendorf(登録商標)遠心分離機5418(Vaudaux-Eppendorf AG(登録商標),Switzerland)を用いてエマルジョンを、室温で20分間16,000gで遠心分離した。Reverse Phase-Ultra Performance Liquid Chromatography(RP-UPLC)により分析するために、上清を慎重に回収し、4℃で保存した。
粒度分布
図2は、熱処理及び剪断時に、pH7.0でのエマルジョンのサイズ分布が、試験した3つのヒマワリ油含有量について約400~600nmのピークを示すことを示す。それどころか、5mMの添加されたカルシウムの存在下で熱処理が達成される際に、より大きな粒子が形成される。したがって、サイズ分布が約15~25ミクロンに明らかに移行しており、最初の油滴がより大きなタンパク質ベースの粒子に凝集したことを示している。
タンパク質ベースの凝集体の微細構造を図3に明確に示す。エマルジョン中の油含有量が増加すると、より多数の凝集体が得られた(図3A~3C)。興味深いことに、より大きな倍率の粒子は、これらが周辺のタンパク質マトリクスに密に含まれている油滴によって構成されていることを示す(図4)。エマルジョン中のヒマワリ油の含有量が多いほど、粒子の形状はよりコンパクトで球形であった(図4C)。対照的に、最も低い油の含有量では、より分枝状で細長い粒子が得られた(図A)。5重量%の油でのエマルジョン中の可溶性タンパク質含有量は、pH7.0で76%であることが見出され、一方5mMの塩化カルシウムの存在下で熱処理すると、UPLC分析によって明らかにされるように、約3%であることがわかった。
5重量%の油で生成されたエマルジョンの流動特性を、pH7.0での熱処理及び剪断後と、5mMのCaCl2の添加後とで比較した。流動特性を図5に示す。
二倍に濃縮された乳へのカルシウム添加、熱処理及び噴霧乾燥
材料及び方法
市販の全乳を35%全固形分(TS)含有量まで濃縮すること、乳濃縮物中に可変量のCaCl2(5及び10mM)を添加すること、直接的なダイレクトスチームインジェクションステップを含む標準化された熱処理工程及び噴霧乾燥をして機能化された粉乳を得ることと、を含む、以下の手順に従って、2つの試料のセットを製造した。
液体試料
再構成時の粒子の分布は、噴霧乾燥前に得られた粒径(D(4,3)=28.4ミクロン、表2)に非常に近い約20ミクロンにピークを示している(図7参照)。粒径のわずかな減少は、製品の噴霧乾燥中に生じる剪断効果によるものと思われる。驚くべきことに、13% TSで粉末を再構成した後に得られた可溶性タンパク質含有量は全タンパク質の7%であり、乳タンパク質の大部分が凝集構造に関与したことを示している。
粒子の微細構造は、図8A及び図8Bで見ることができる。凝集体はややコンパクトであり、タンパク質及び脂肪滴から構成されており、低量の可溶性タンパク質を照明する反応しないタンパク質の兆候は見られなかった。図8Bのより高い倍率の粒子は、高密度なタンパク質マトリクス中に埋め込まれた平均サイズ1~2ミクロンの十分に埋め込まれた脂肪滴を示す。凝集メカニズムから凝集体の形成が生じたことを示す脂肪滴の合体の兆候はほとんど存在しない。
本発明による乳の噴霧乾燥粉末は、一般に全脂肪乳が噴霧乾燥されるTSである50% TSに再構成された。図9に見られるように、流動挙動は急激な剪断減粘性であり、急峻な負の勾配と高い低剪断粘度を示している。これは、再構成時の製品が何らかの構造を構築したこと、及びタンパク質凝集体が互いに相互作用することができたという兆候である。驚くべきことに、上下の曲線がほぼ重なっているので、試料上の応力を解放すると構造は回復するする可能性がある。
三倍に濃縮された乳へのカルシウム添加、熱処理及び噴霧乾燥
材料及び方法
参照の乳
市販の、低温殺菌され、均質化された全乳(脂肪含有量3.5%、Emmi,Lucerne,CH)を、Schefersトリプルエフェクト流下膜式蒸発器(Schefers B.V.製)によって50%全固形分まで濃縮した。乳濃縮物をプレート式熱交換器によって4℃に冷却し、均質化した液体乳濃縮物のpHを測定すると、6.5であった。この組成物をプレート式熱交換器によって再び60℃に予熱し、続いて15秒間の保持時間でダイレクトスチームインジェクションシステム(Nestleの自己構築)によって85℃に加熱する。熱処理後、乳濃縮物を3VT460 CREPACOかき取り式熱交換器(APV Invensys Worb製)によって40℃に急速に冷却する。次いで、乳濃縮物を2段階ノズルシステム(1.8mmノズル)によりNestle 3.5m Egron(自己構築)上で3%の最大含水量まで噴霧乾燥し、気密バッグに詰める。噴霧乾燥の条件は、37℃の製品温度で413kg/hの製品流速、熱気入口温度270℃、及び気流速度4664kg/h、出口空気温度88℃であった。
市販の低温殺菌され均質化された全乳(脂肪含有量3.5%、Emmi,Lucerne,CH)を、Schefersトリプルエフェクト流下膜式蒸発器(Schefers B.V.製)によって37%全固形分まで濃縮した。ミルク濃縮物をプレート式熱交換器によって4℃に冷却し、そして6.5mMの塩化カルシウムを添加する。カルシウムを調整した乳濃縮物をプレート式熱交換器によって再び60℃に予熱し、続いて約300秒間の保持時間でダイレクトスチームインジェクションシステム(Nestleの自己構築)によって95℃に加熱する。熱処理後、乳濃縮物を3VT460 CREPACOかき取り式熱交換器(APV Invensys Worb製)によって40℃に急速に冷却する。次いで、乳濃縮物を、17,000rpmでロータリーディスクノズルシステムによりNIRO SD6 3Nスプレードライヤーで最大3%の水分含有量まで噴霧乾燥し、気密バッグに詰める。噴霧乾燥の条件は、40℃の製品温度で20L/hの製品流速、熱気入口温度160℃、及び気流速度360m3/h、出口空気温度80℃であった。
サイズ分布の測定
本発明の粉乳を上記の参考文献と比較し、粒度分布(PSD=Particle Size Distribution)を決定するためにレーザー回折によって特徴付けた。
流動特性
上記のプロセスを用いて、試料を50% TSに再構成した。同心円筒形状CC27-SS/S(直径=27mm、ギャップ=1.14mm、Anton Paar(登録商標),Austria製)を有する応力制御レオメーターPhysica MCR501(Anton Paar(登録商標),Austria)を用いて流量実験を行った。
粒度分布
50% TSで噴霧乾燥した全脂肪乳の粒径分布を、13% TSに再構成した後に測定した(図10)。図10Aでは、主要ピークが0.5ミクロンであり、続いて最大6ミクロンまでのテーリングが見られたことがわかる。これは、乳由来の乳脂肪滴及びカゼインミセルが付随して測定され、有意な凝集が系内で生じなかったことを示す。6.4mMの添加された塩化カルシウムの存在下で処理された本発明の試料では、粒径分布はより大きな粒径に変化させた。D(4.3)は、タンパク質凝集体の存在を説明する11ミクロンに達し、一方約0.5ミクロンの小さな残留物のピークは、おそらく未反応カゼインミセルを説明した(図10B)。可溶性タンパク質の濃度は、対照の乳試料中で33.5%であり、一方添加されたカルシウムの存在下で製造された試料中では15.5%であった。このことは、本発明がタンパク質の凝集及びタンパク質凝集体中の油滴の取り込みに有利であることを再び示す。
2つの粉乳を50% TSに再構成し、それらの流動特性を比較した。50% TSで噴霧乾燥された対照の全脂乳は、剪断減粘性挙動及び約100Pa・sの低剪断粘度プラトーを示した(図11参照)。本発明からの乳は、50% TSで再構成されたとき、同様に剪断減粘性プロファイルを示したが、低い剪断粘度は100倍大きく、剪断減粘性領域ははるかに強い勾配を有していた。これは、高度に構造化された試料の兆候、及びタンパク質凝集体間の相互作用の証拠である。また、本発明は、同等の脂肪含有量でより高い粘度を生成することが明確に可能であり、したがって、食品製品における脂肪減少の可能性を有することも示す。
Claims (13)
- 乳製品濃縮物の製造方法であって、
カゼインミセル及びホエイタンパク質を含み、6.1~7.1のpH及び3~25重量%のタンパク質濃度を有する成分組成物を準備するステップであって、前記成分組成物のホエイタンパク質に対するカゼインの比が90/10~60/40であるステップと、
3~25mMの二価カチオンを添加して、前記成分組成物中で3~8mMの濃度の遊離二価カチオンを提供するステップと、
前記成分組成物を均質化するステップと、続いて
前記成分組成物を、80°~105℃の温度で0.5~3分間低温殺菌及び撹拌して、カゼインと前記ホエイタンパク質由来のβ-ラクトグロブリンとを含む凝集タンパク質を形成するステップであって、前記凝集体のサイズは、D(4,3)平均直径によって測定して、3~50ミクロンである、ステップと、を含む、方法。 - 前記凝集体が、5~30ミクロン、好ましくは5~10ミクロンである、請求項1に記載の方法。
- 前記二価カチオンが、Caカチオン及びMgカチオン又はこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記遊離二価カチオンの濃度が3.5~6.5mMの二価カチオンになるまで、二価カチオンが添加される、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記二価カチオンが、ミネラル塩の形態で添加される、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ミネラル塩が、塩化カルシウム、乳酸カルシウム、グルコン酸カルシウム、及びリン酸カルシウムからなる群から選択されるカルシウム塩である、請求項5に記載の方法。
- 前記成分組成物のpHが、前記カルシウムカチオンを添加する前に6.2~7.1である、請求項1~6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記成分組成物中の可溶性タンパク質の含有量が、総タンパク質含有量に対して30%以下である、請求項1~7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記成分組成物が、0~50重量%の脂肪、好ましくは1.0~20重量%、より好ましくは3.0~15重量%、最も好ましくは5~10重量%の脂肪を含む、請求項1~8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記成分組成物中の前記カゼイン及びホエイタンパク質が、生乳、低温殺菌乳、低熱濃縮乳、低熱粉乳、乳タンパク質濃縮物、液体若しくは粉末形態の乳タンパク質単離物、又はこれらの組み合わせからなる群から選択される形態で提供され、前記追加のホエイタンパク質は、スイートデイリーホエイ、ホエイタンパク質濃縮物、液体、濃縮物若しくは粉末形態のホエイタンパク質単離物、又はこれらの組み合わせからなる群から選択される形態で提供される、請求項1~9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記成分組成物が、6~55重量%の乳固形分を含む濃縮物である、請求項1~10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記濃縮物が、凍結乾燥、噴霧乾燥、又はロール乾燥の手段によって粉末に乾燥される、請求項1~11のいずれか一項に記載の方法。
- 乳製品濃縮物の製造方法であって、
カゼインミセル及びホエイタンパク質を含み、6.1~7.1のpH及び3~25重量%のタンパク質濃度を有する成分組成物を準備するステップであって、前記成分組成物のホエイタンパク質に対するカゼインの比が90/10~60/40であるステップと、
3~25mMの二価カチオンを添加して、3~8mMの成分組成物中の遊離二価カチオンの濃度を提供するステップと、
成分組成物を均質化するステップと、続いて
成分組成物を、120°~150℃の温度で3~30秒間低温殺菌及び撹拌して、カゼインと前記ホエイタンパク質由来のβ-ラクトグロブリンとを含む凝集タンパク質を形成するステップであって、前記凝集体のサイズは、D(4,3)平均直径によって測定して、3~50ミクロンである、ステップと、を含む、方法。
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