PL239933B1

PL239933B1 - Sposób wytwarzania kwaśnej serwatki, serwatka kwaśna otrzymana tym sposobem i produkt zawierający serwatkę

Info

Publication number: PL239933B1
Application number: PL435653A
Authority: PL
Inventors: Zbigniew Kalinowski
Original assignee: Okregowa Spoldzielnia Mleczarska W Piatnicy
Priority date: 2020-10-12
Filing date: 2020-10-12
Publication date: 2022-01-31
Also published as: PL435653A1; PL245028B1; PL439189A1

Description

PL 239 933 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kwaśnej serwatki, serwatka kwaśna otrzymana tym sposobem oraz produkt zawierający serwatkę.

W procesie produkcji twarogów i serków wiejskich powstają olbrzymie ilości serwatki kwaśnej. Płyn ten nazywany produktem ubocznym zawiera w swoim składzie cenne składniki odżywcze takie jak: białka kazeinowe, białka serwatkowe, laktoza, minerały i witaminy. Kazeina jest największą cząsteczką wśród tych składników i nazwana jest pyłem kazeinowym. Musi zostać oddzielona od serwatki (za pomocą wirówki) przed procesem zagęszczania metodami membranowymi, ponieważ może spowodować zatkanie się porów membrany. Pyły kazeinowe są pozyskiwane z dwóch miejsc: bezpośrednio z serwatki, jak również z wody z procesu płukania ziarna serka wiejskiego. Zarówno serwatka z pyłem kazeinowym jak również woda z pyłem kazeinowym jest gromadzona w tankach, gdzie czeka na proces odwirowania. Proces odwirowania na wirówkach pozwala na oddzielenie pyłu kazeinowego od serwatki i wody.

Obecnie połowa pyłów kazeinowych z serwatki wykorzystywana jest jako składnik - białko strukturotwórcze w produktach mleczarskich. Pozostała ilość pyłów a zwłaszcza pyły z wody są przeznaczane na paszę lub utylizowane.

W stanie techniki znane są dokumenty ujawniające sposoby otrzymywania modyfikowanego proszku serwatkowego oraz modyfikowanej serwatki kwaśnej. W dokumencie PL382188 ujawni ono sposób obróbki serwatki jako półproduktu do dalszego procesowania, polegający na jej zobojętnianiu. Tak uzyskany produkt jest paszą dla zwierząt hodowlanych oraz stanowi półprodukt do dalszego przetwórstwa, może być wykorzystany do produkcji skondensowanego mleka, mleka w proszku, ciast, odżywek, masła, lodów, słodyczy, czekolady, w przemyśle farmaceutycznym, kosmetycznym, chemii gospodarczej.

W patencie EP1958514 ujawniono proces wytwarzania modyfikowanej serwatki w proszku o zawartości laktozy od 80 do 95%, zawartości białka od 0,5 do 2% i zawartości popiołu od 0,5 do 2% z permeatu serwatki lub jego mieszanek, składający się z następujących etapów:

a) zapewnienie permeatu serwatki poprzez ultrafiltrację lub nanofiltrację z twarogu i opcjonalnie pasteryzację,

b) demineralizacja permeatu serwatki w procesie wymiany jonowej, charakteryzującym się przepuszczeniem permeatu serwatki na żywicę kationowymienną i anionowymienną, c) krystalizacja co najmniej częściowej laktozy zawartej w permeacie serwatki, d) suszenie rozpyłowe permeatu serwatki.

Otrzymany w ten sposób modyfikowany proszek serwatki nadaje się do stosowania na sucho w produkcji artykułów spożywczych. Ponadto, niniejszy wynalazek dotyczy modyfikowanej serwatki w proszku (MWP) możliwej do otrzymania tym sposobem i produktów zawierających wspomnianą modyfikowaną serwatkę w proszku (MWP), takich jak wyroby cukiernicze, herbatniki i sproszkowane napoje bezalkoholowe.

Z publikacji US2015150275 znane są sposoby przetwarzania kwaśnej serwatki, obejmując e traktowanie roztworu kwaśnej serwatki a-galaktozydazą i/lube-galaktozydazą o pH od około 3,2 do około 5,2 do wytworzenia kwaśnego roztworu serwatki zawierającego co najmniej około 40% mniej laktozy niż pierwotny roztwór kwaśnej serwatki, filtrowanie roztworu kwaśnej serwatki w celu utworzenia retentatu zawierającego białka i permeatu zawierającego laktozę i resztkowe białka, odzyskiwanie laktozy z permeatu, opcjonalnie suszenie retentatu z wytworzeniem kwaśnej serwatki w proszku i opcjonalnie teksturowanie kwaśnej serwatki w proszku.

W dotychczasowym stanie techniki znane są sposoby otrzymywania serwatki modyfikowanej pod względem pH lub zawartości laktozy i poszczególnych białek. Istnieje jednak ciągłe zapotrzebowanie na otrzymywanie ulepszonego produktu o niespotykanych dotąd właściwościach oraz na otrzymywanie produktu ekologicznego z wykorzystaniem materiałów odpadowych powstających podczas produkcji wyrobów mlecznych.

W związku z powyższym celem wynalazku jest wytworzenie kwaśnej serwatki w proszku, która zostanie wzbogacona w białka za pomocą pyłu kazeinowego, co pozwoli na uzyskanie innowacyjnego produktu - kwaśniej serwatki w proszku o wysokiej zawartości białka.

Obecnie serwatka kwaśna w proszku głównie używana jest w celach produkcji pasz dla zwierząt. Produkt o wyższej zawartości białka zwiększy wartość odżywczą i energetyczną tych pasz. Wyższa zawartość białka ułatwi również proces zbilansowania wartości odżywczej takich pasz.

PL 239 933 B1

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania serwatki kwaśnej w proszku obejmujący etapy magazynowania, wstępnego zagęszczania serwatki za pomocą membranowej nanofiltracji, następnego zagęszczania na urządzeniu wyparnym do 54-58% suchej masy, krystalizacji laktozy oraz suszenia, charakteryzujący się tym, że sposób zawiera etap dodawania płynnego pyłu białka kazeinowego do zagęszczonego wstępnie oraz zagęszczonego na urządzeniu wyparnym koncentratu serwatki przed procesem krystalizacji albo po procesie krystalizacji laktozy.

Korzystnie, surowcem do wytwarzania serwatki jest zagęszczony na nanofiltracji koncentrat standardowej kwaśnej serwatki albo zagęszczony na nanofiltracji koncentrat niskobiałkowej kwaśnej serwatki.

Korzystnie, gdy zagęszczony na nanofiltracji koncentrat niskobiałkowej serwatki zawiera od 0,3 do 0,9% białka, a zagęszczony na nanofiltracji koncentrat standardowej kwaśnej serwatki zawiera od 1,2 do 2,4%.

Korzystniej gdy zagęszczony na nanofiltracji koncentrat niskobiałkowej serwatki zawiera od 0,53 do 0,65% białka, a zagęszczony na nanofiltracji koncentrat standardowej kwaśnej serwatki zawiera od 1,6 do 2%.

Korzystnie płynny pył białka kazeinowego pochodzi z serwatki albo z wody płuczącej. Korzystniej pył kazeinowy zawiera od 4 do 20% obj. białka, 75-95% obj. wody, 0,05-1,5% obj. tłuszczu i do 3% obj. laktozy.

Najkorzystniej pył kazeinowy z serwatki zawiera 12% obj. białka, 83% obj. wody, około 0,9% obj. tłuszczu oraz 2,4% obj. laktozy.

Równie najkorzystniej pył kazeinowy z wody płuczącej zawiera 6% obj. białka, 93% obj. wody, około 0,1% obj. tłuszczu i mniej niż 0,1% obj. laktozy.

Korzystnie płynny pył kazeinowy stanowi 15-40% całej mieszaniny.

Korzystniej płynny pył kazeinowy stanowi 25-35% obj. całej mieszaniny.

Korzystnie płynny pył białka kazeinowego podawany jest w przepływie.

Korzystnie parametry suszenia są następujące: zasilanie wieży ok 2000-2500 kg/h, temp. wlotowa 165-170°C, temp. wylotowa 85-98°C.

Kolejnym przedmiotem wynalazku jest serwatka kwaśna w proszku otrzymana sposobem opisanym jak wyżej.

Korzystnie serwatka posiada następujące parametry: zawartość wody 1,5-4% obj., zawartość białka 13-16% obj., zawartość tłuszczu 0,6-1,25% obj., zawartość laktozy 65-75% obj. oraz popiół 7-8% obj., gdy surowcem jest zagęszczony na nanofiltracji koncentrat standardowej kwaśnej serwatki.

Równie korzystnie serwatka posiada następujące parametry: zawartość wody 1,5-4% obj., zawartość białka 10-12% obj., zawartość tłuszczu 0,6-1,25% obj., zawartość laktozy 65-75% obj. oraz popiół 7-8% obj., gdy surowcem jest zagęszczony na nanofiltracji koncentrat niskobiałkowej kwaśn ej serwatki.

Jeszcze kolejnym przedmiotem wynalazku jest produkt paszowy dla zwierząt zawierający kwaśną serwatkę w proszku jak określono w zastrzeżeniach od 13 do 15.

Problemem technicznym rozwiązywanym przez wynalazek jest opracowanie sposobu wytwarzania innowacyjnej serwatki w proszku o zmodyfikowanej (wysokiej) zawartości białka, dzięki innowacyjnej metodzie dodatku pyłów kazeinowych.

Zaletą opracowanego sposobu jest to, że wykorzystano wysoko odżywcze pyły kazeinowe. Ponadto tak otrzymana serwatka o ściśle określonych parametrach ułatwi normalizację wartości odżywczej bądź też wzbogaci energetyczność pasz dla zwierząt do których zostanie dodana.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w poniższych przykładach wykonania, które jakkolwiek nie mają charakteru ograniczającego.

W czasie produkcji twarogów i ziarna do serka wiejskiego w procesach krojenia, obróbki mechanicznej i termicznej skrzepu powstają rozpylone białka kazeinowe, które wraz z serwatką trafiają do tanków magazynowych. Następnie za pomocą wirówki, białka kazeinowe oddzielane są od serwatką. W ten sposób otrzymuje się oddzielnie pył kazeinowy i standardową serwatkę kwaśną do dalszego przerobu.

Pyły kazeinowe z wody powstają w procesie płukania ziarna serka wiejskiego i również za pomocą wirówki oddzielane są od wody.

Pył kazeinowy może zawierać od 4 do 20% obj. białka, 75-95% obj. wody, 0,05-1,5% obj. tłuszczu i do 3% obj. laktozy.

PL 239 933 B1

Pył kazeinowy z serwatki zawiera -12,5% białka, -83% wody, -0,9% tłuszczu, -2,4% laktozy. Pył kazeinowy z wody płuczącej zawiera -6% białka, -93% wody, -0,1% tłuszczu, poniżej -0,1% laktozy.

Serwatka zawiera -0,7% białka, -94% wody, -0,3% tłuszczu, -4,0% laktozy.

Serwatka standardowa po oddzielenia pyłów poddawana jest najczęściej procesowi nanofiltracji w celu zagęszczenia do parametrów pH 4,4-4,6; sucha masa 17-18,5%; tłuszcz 0,06-0,18%; białko 1,6-2% przed procesem zagęszczenia na wyparce.

Istnieje również możliwość zastosowania dla standardowej serwatki, procesu ultrafiltracji w celu odzyskania cennych białek serwatkowych. Serwatka pozbawiona białek serwatkowych nazywana serwatką niskobiałkową poddawana jest procesowi nanofiltracji w celu wstępnego zagęszczenia do parametrów pH 4,4-4,6; sucha masa 17,4%; tłuszcz 0,01%; białko 0,50-0,65%. Wstępnie zagęszczony koncentrat niskobiałkowej serwatki poddawany jest kolejnemu procesowi zagęszczania na wyparce.

Pr z y k ł a d 1

Standardowa technologia produkcji serwatki kwaśnej w proszku

Surowcem jest zagęszczony na nanofiltracji koncentrat kwaśnej serwatki (pH 4,4-4,6; sucha masa 17-18,5%; tłuszcz 0,06-0,18%; białko 1,6-2%).

Koncentrat serwatki jest magazynowany max 24 h w temp. do 10°C i podawany na urządzenie wyparne w celu zagęszczenia do suchej masy 55-57%. Następnie koncentrat kierowany jest do krystalizatora. Wstępne chłodzenie do temp. 30°C przebiega szybko (At pomiędzy czynnikiem chłodniczym, a koncentratem wynosi 30°C. Następnie prowadzona jest faza powolnej krystalizacji do 18°C przy nastawie At=5°C. Po ok 12 h krystalizacji koncentrat kierowany jest na wieże suszarniczą.

Parametry suszenia:

- zasilanie wieży ok. 2500 kg/h

- temp. wlotowa 165-170°C

- temp. wylotowa 85-98°C

Parametry uzyskanego po suszeniu proszku serwatkowego:

- zawartość wody 1,5-4%

- zawartość białka 10-12%

- zawartość tłuszczu 0,6-1,25%

- zawartość laktozy 65-75%

- popiół 7-8%

P r z y k ł a d 2

Technologia produkcji serwatki kwaśnej w proszku z etapem dodawania pyłu białka kazeinowego

Surowcem do produkcji kwaśnej serwatki w proszku jest:

- zagęszczony na nanofiltracji koncentrat standardowej kwaśnej serwatki (pH 4,4-4,6; sucha masa 17-18,5%; tłuszcz 0,06-0,18%; białko 1,6-2%), lub

- zagęszczony na nanofiltracji koncentrat niskobiałkowej kwaśnej serwatki (pH 4,4-4,6; sucha masa 17,4%; tłuszcz 0,01%; białko 0,50-0,65%).

Dodanie płynnego pyłu białka kazeinowego niezależnie od użytego powyżej surowca może odbywać się na jednym z dwóch etapów:

a) przed procesem krystalizacji laktozy w koncentracie serwatki

Koncentrat standardowej serwatki jest magazynowany max 24 h w temp. do 10°C i podawany na urządzenie wyporne w celu zagęszczenia do suchej masy 55-57%. Następnie koncentrat kierowany jest do krystalizatora gdzie w przepływie dodajemy płynny pył białka kazeinowego (sucha masa 16-18%, białko 11-12%, tłuszcz 0,05-0,2%) w ilości 25-35% całej mieszaniny. Wstępne chłodzenie do temp. 30°C przebiega szybko (At pomiędzy czynnikiem chłodniczym, a koncentratem wynosi 30°C). Następnie prowadzona jest faza powolnej krystalizacji do 18°C przy nastawie At=5°C. Proces krystalizacji trwa ok 12 h. Następnie podajemy mieszaninę do wieży suszarniczej.

b) po procesie krystalizacji laktozy w koncentracie serwatki.

Koncentrat serwatki standardowej jest magazynowany max 24 h w temp. do 10°C i podawany na urządzenie wyparne w celu zagęszczenia do suchej masy 55-57%. Następnie koncentrat kierowany jest do krystalizatora. Wstępne chłodzenie do temp. 30°C przebiega szybko (At pomiędzy czynnikiem

Claims

PL 239 933 B1 chłodniczym, a koncentratem wynosi 30°C). Następnie prowadzona jest faza powolnej krystalizacji do 18°C przy nastawie At=5°C. Po ok 12 h krystalizacji dodajemy w przepływie płynny pył białka kazeinowego (sucha masa 16-18%, białko 11-12%, tłuszcz 05-0,2%) w ilości 25-35% całej mieszaniny. Proces mieszania trwa ok 90 minut. Następnie podajemy mieszaninę do wieży suszarniczej.

Identyczne procesy przeprowadza się dla serwatki niskobiałkowej.

Niezależnie od etapu dodania płynnego pyłu kazeinowego parametry procesu suszenia są niezmienne.

Parametry suszenia

- zasilanie wieży ok 2000-2500 kg/h

- temp. wlotowa 165-170°C

- temp. wylotowa 85-98°C

W przypadku suszenia serwatki standardowej z dodatkiem pyłów kazeinowych otrzymamy serwatkę kwaśną w proszku o zwiększonej zawartości białka:

Parametry proszku serwatki o zwiększonej zawartości białka:

- zawartość wody 1,5-4%

- zawartość białka 13-16%

- zawartość tłuszczu 0,6-1,25%

- zawartość laktozy 65-75%

- popiół 7-8%

W przypadku suszenia serwatki niskobiałkowej z dodatkiem pyłów kazeinowych otrzymamy produkt o parametrach zgodnych ze standardowym produktem jakim jest serwatka kwaśna w proszku:

Parametry proszku standardowej serwatki:

- zawartość wody 1,5-4%

- zawartość białka 10-12%

- zawartość tłuszczu 0,6-1,25%

- zawartość laktozy 65-75%

- popiół 7-8%

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania serwatki kwaśnej w proszku obejmujący etapy magazynowania, wstępnego zagęszczania serwatki za pomocą membranowej nanofiltracji, następnego zagęszczania na urządzeniu wyparnym do 54-58% suchej masy, krystalizacji laktozy oraz suszenia, znamienny tym, że sposób zawiera etap dodawania płynnego pyłu białka kazeinowego do zagęszczonego wstępnie oraz zagęszczonego na urządzeniu wyparnym koncentratu serwatki przed procesem krystalizacji albo po procesie krystalizacji laktozy.
2. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że surowcem do wytwarzania serwatki jest zagęszczony na nanofiltracji koncentrat standardowej kwaśnej serwatki albo zagęszczony na nanofiltracji koncentrat niskobiałkowej kwaśnej serwatki.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że zagęszczony na nanofiltracji koncentrat niskobiałkowej serwatki zawiera od 0,3 do 0,9% obj. białka, a zagęszczony na nanofiltracji koncentrat standardowej kwaśnej serwatki zawiera od 1,2 do 2,4% obj.
4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że zagęszczony na nanofiltracji koncentrat niskobiałkowej serwatki zawiera od 0,53 do 0,65% obj. białka, a zagęszczony na nanofiltracji koncentrat standardowej kwaśnej serwatki zawiera od 1,6 do 2% obj.
5. Sposób według któregokolwiek z powyższych zastrzeżeń, znamienny tym, że płynny pył białka kazeinowego pochodzi z serwatki albo z wody płuczącej.
6. Sposób według któregokolwiek z powyższych zastrzeżeń, znamienny tym, że pył kazeinowy zawiera od 4 do 20% obj. białka, 75-95% obj. wody, 0,05-1,5% obj. tłuszczu i do 3% obj. laktozy.
7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że pył kazeinowy z serwatki zawiera 12% obj. białka, 83% obj. wody, około 0,9% obj. tłuszczu oraz 2,4% obj. laktozy.
8. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że pył kazeinowy z wody płuczącej zawiera 6% obj. białka, 93% obj. wody, około 0,1% obj. tłuszczu i mniej niż 0,1% obj. laktozy.

PL 239 933 B1
9. Sposób według któregokolwiek z powyższych zastrzeżeń, znamienny tym, że płynny pył kazeinowy stanowi 15-40% obj. całej mieszaniny.
10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że płynny pył kazeinowy stanowi 25-35% obj. całej mieszaniny.
11. Sposób według któregokolwiek z powyższych zastrzeżeń, znamienny tym, że płynny pył białka kazeinowego podawany jest w przepływie.
12. Sposób według któregokolwiek z powyższych zastrzeżeń, znamienny tym, że parametry suszenia są następujące: zasilanie wieży ok 2000-2500 kg/h, temp. wlotowa 165-170°C, temp. wylotowa 85-98°C.
13. Serwatka kwaśna w proszku otrzymana sposobem opisanym w zastrzeżeniach od 1 do 12.
14. Serwatka według zastrz. 13, znamienna tym, że posiada następujące parametry: zawartość wody 1,5-4% obj., zawartość białka 13-16% obj., zawartość tłuszczu 0,6-1,25% obj., zawartość laktozy 65-75% obj. oraz popiół 7-8% obj., gdy surowcem jest zagęszczony na nanofiltracji koncentrat standardowej kwaśnej serwatki.
15. Serwatka według zastrz. 13, znamienna tym, że posiada następujące parametry: zawartość wody 1,5-4% obj., zawartość białka 10-12% obj., zawartość tłuszczu 0,6-1,25% obj., zawartość laktozy 65-75% obj. oraz popiół 7-8% obj., gdy surowcem jest zagęszczony na nanofiltracji koncentrat niskobiałkowej kwaśnej serwatki.
16. Produkt paszowy dla zwierząt zawierający kwaśną serwatkę w proszku jak określono w zastrzeżeniach od 13 do 15.