PL248492B1 - Sposób wytwarzania instantyzowanego ekstrudowanego kazeinianu wapnia - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku są instantyzowane kazeiniany wapnia otrzymane w wyniku ekstruzji kazeiny kwasowej z dodatkiem wodorotlenku wapnia, które zawierają sproszkowaną kazeinę kwasową z mleka w ilości od 95,0% do 99,5% i sproszkowany wodorotlenek wapnia Ca(OH)2 w ilości od 0,5% do 5,0%. Sposób wytwarzania instantyzowanych kazeinianów wapnia w proszku zawierających mieszankę składników kazeiny kwasowej spożywczej, wodorotlenku wapnia, wody, w którym mieszankę poddaje się procesowi ekstruzji, gdzie neutralizuje się kazeinę kwasową w reakcji z wodorotlenkiem wapnia w obecności wody, po czym kazeinian wapnia poddaje się obróbce termomechanicznej w ekstruderze, a następnie kształtuje w matrycy formującej o określonej wielkości, tnie na kawałki i suszy, polega na tym, że mieszankę składników zawierającą sproszkowaną kazeinę kwasową z mleka w ilości od 95,0% do 99,5% i sproszkowany wodorotlenek wapnia Ca(OH)2 w ilości od 0,5 do 5,0 wprowadza się bezpośrednio do pierwszego modułu ekstrudera, po czym kieruje się do drugiego modułu ekstrudera, gdzie dowilża się do zawartości wody 18% - 28% w przetwarzanej mieszance. Proces prowadzi się w jednoetapowym skróconym procesie w ekstruderze dwuślimakowym. Instantyzowany ekstrudowany kazeinian wapnia w proszku charakteryzuje się wysoką zawartością białka nie mniej niż 92,5% białka w 100 g suchej masy produktu, wysoką zawartością aminokwasów nie mniej niż 810 mg/g, wysoką rozpuszczalnością w wodzie nie mniej niż 99,5% w krótkim czasie poniżej 1 minuty mieszania.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania instantyzowanych ekstrudowanych kazeinianów wapnia o wysokiej zawartości białka i aminokwasów oraz wysokiej rozpuszczalności w zimnej wodzie.

Dostępne powszechnie kazeiniany wytwarzane są z mleka lub z koncentratów białek mlecznych (MPC) czyli produktów otrzymywanych z mleka poprzez usuwanie większości wody, laktozy i minerałów, co skutkuje koncentracją białek mleka. MPC z zawartością powyżej 90% białka są nazywane MPC90 lub wyżej. Składają się one głównie z kazeiny (około 80%) i białek serwatkowych (około 20%).

Aby uzyskać koncentraty o zawartości białka powyżej 90%, konieczne jest przeprowadzenie procesu osmozy odwróconej lub zastosowanie technologii suszenia rozpyłowego. Osmoza odwrócona polega na przepuszczaniu koncentratu przez membrany pod wysokim ciśnieniem, co pozwala na dalsze skoncentrowanie białek i usunięcie pozostałych wód i soli. W końcowej fazie produkcji, koncentrat białka jest suszony, aby uzyskać formę proszku. Najczęściej stosowaną metodą suszenia jest suszenie rozpyłowe, gdzie płynny koncentrat białka jest rozpylany w postaci drobnych kropelek w gorącym strumieniu powietrza. W wyniku tego procesu woda szybko odparowuje, a na końcu pozostaje suchy proszek białkowy o wysokiej zawartości białka. Po wysuszeniu, proszek białkowy jest poddawany dalszym etapom pakowania i kontroli jakości, aby zapewnić zgodność z normami i standardami. Ostateczny produkt jest pakowany w odpowiednie opakowania i gotowy do dystrybucji.

Najważniejszą cechą tego rodzaju koncentratów jest ich wysoka zawartość białka, która przekracza 90%. To sprawia, że są one niezwykle efektywne w dostarczaniu dużej ilości białka przy stosunkowo niewielkiej objętości produktu. Wysokiej jakości koncentraty białkowe mogą mieć różne właściwości funkcjonalne, takie jak emulgowanie, żelowanie i tworzenie piany. To czyni je przydatnymi w produkcji żywności, gdzie białka pełnią rolę nie tylko odżywczą, ale również funkcjonalną, wpływając na teksturę i stabilność produktów.

Po procesie suszenia, koncentraty białkowe mają niską zawartość wody, co przyczynia się do ich dłuższej trwałości i stabilności. Dzięki niskiej wilgotności, koncentraty te są mniej podatne na rozwój mikroorganizmów i psucie się, co ułatwia ich przechowywanie i transport.

Tego typu koncentraty są często wykorzystywane w suplementach diety, odżywkach dla sportowców oraz produktach dietetycznych, gdzie kluczowe jest dostarczenie dużych ilości białka bez dodatkowych kalorii i w małej objętości produktu. Zazwyczaj charakteryzują się bardzo dobrym profilem aminokwasowym, z wysoką zawartością aminokwasów egzogennych, takich jak leucyna, izoleucyna i walina, które są kluczowe dla procesów anabolicznych i regeneracji mięśni. Dla białek mlecznych i serwatkowych oznacza to, że są one pełnowartościowe i dostarczają wszystkich niezbędnych aminokwasów.

Białka serwatkowe, szczególnie w formie koncentratów, mają tendencję do łatwego rozpuszczania się w wodzie, co ułatwia ich stosowanie w napojach białkowych i innych preparatach. W przypadku białek mlecznych, rozpuszczalność może być nieco mniejsza, ale koncentraty o wysokiej zawartości białka również wykazują dobrą rozpuszczalność, co czyni je wygodnymi do użycia w różnych produktach żywieniowych. Koncentraty białkowe o wysokiej zawartości białka często mają neutralny lub łagodny smak, co czyni je wszechstronnymi składnikami, które mogą być dodawane do różnych produktów bez wpływania na ich smak.

Na rynku krajowym, koncentraty białkowe o wysokiej zawartości białka są przede wszystkim wykorzystywane w produkcji suplementów diety. W Polsce, podobnie jak w wielu innych krajach, rosnąca popularność zdrowego stylu życia i aktywności fizycznej zwiększa zapotrzebowanie na produkty bogate w białko. Dodatkowo, dzięki niskiej zawartości laktozy, są one dostosowane do potrzeb osób z nietolerancją laktozy, co sprawia, że są również popularne wśród osób z wrażliwym układem pokarmowym. Zwiększa się również zainteresowanie produktami bezglutenowymi i o niskiej zawartości węglowodanów, co dodatkowo zwiększa popyt na produkty białkowe, które spełniają te wymagania.

Wyzwania technologiczne i środowiskowe związane z produkcją koncentratów białkowych stanowią istotny problem. Wieloetapowa technologia oraz procesy takie jak ultrafiltracja i suszenie rozpyłowe zużywają znaczną ilość wody i energii, co może prowadzić do dużego śladu węglowego i zużycia zasobów naturalnych. Zaawansowane technologie filtracyjne, jak ultrafiltracja i suszenie rozpyłowe, wymagają znaczących inwestycji w sprzęt, regularnej konserwacji, wysokich nakładów energetycznych oraz dużych powierzchni produkcyjnych ze względu na wielkogabarytowe rozmiary instalacji do suszenia rozpyłowego. Podczas przetwarzania koncentratów białkowych o wysokiej koncentracji białka zwiększa się ryzyko obecności zanieczyszczeń, takich jak tłuszcze, węglowodany i minerały, które mogą obniżać jakość końcowego produktu. Procesy, takie jak ultrafiltracja i osmoza odwrócona, chociaż efektywne, wymagają regularnego mycia i dezynfekcji, mogą prowadzić do powstawania odpadów płynnych oraz konieczności stosowania skomplikowanych systemów filtracyjnych, co może być kosztowne i wymagać zaawansowanej konserwacji.

Nowoczesne technologie, takie jak mikrofiltracja o wysokiej przepuszczalności i suszenie w niskotemperaturowych komorach próżniowych, pozwalają na produkcję koncentratów białkowych o bardzo wysokiej czystości, jednocześnie minimalizując straty białka i zachowując jego funkcjonalność. Technologie te są również bardziej efektywne energetycznie i przyjazne środowisku, co jest zgodne z rosnącym trendem dążenia do zrównoważonego rozwoju.

Na rynku pojawiają się koncentraty białkowe wzbogacone o dodatkowe składniki funkcjonalne lub białka o zmienionej strukturze, które są bardziej rozpuszczalne i mają lepszą strawność, co jest istotne dla osób z wrażliwym układem pokarmowym. Redukcja wpływu środowiskowego produkcji białek obejmuje wprowadzanie technologii, które zmniejszają zużycie wody i energii, a także umożliwiają wykorzystanie odpadów produkcyjnych do produkcji biogazu lub nawozów organicznych.

Jedną z form wysokobiałkowych koncentratów otrzymywanych z kazeiny kwasowej są kazeiniany, występujące na rynku w postaci kazeinianów sodu, wapnia, potasu, lub magnezu. Kazeinian sodu uzyskuje się poprzez neutralizację kazeiny kwasowej poprzez traktowanie jej zasadą, zwykle wodorotlenkiem sodu. Ponieważ kazeina kwasowa jest nierozpuszczalna w wodzie, jest traktowana silną zasadą, tworząc kazeiniany, które są wysoce rozpuszczalne w wodzie. Jednak kazeinian sodu może powodować wzrost poziomu sodu, zmniejszając jego atrakcyjność dla zastosowań wymagających niskiego poziomu sodu. Kazeinian potasu ma właściwości podobne do kazeinianu sodu. Jest wysoce rozpuszczalny w wodzie. Kazeinian potasu jest stosowany w zastosowaniach, w których wymagany jest niski poziom sodu. Kazeinian wapnia powstaje w wyniku obróbki kazeiny kwasowej wodorotlenkiem wapnia w wieloetapowym procesie neutralizacji i suszenia, najczęściej bębnowego. Ze wszystkich kazeinianów kazeinian wapnia produkowany metodą konwencjonalną zbiornikową i suszony bębnowo jest najmniej rozpuszczalny w wodzie i tworzy zawiesinę osadową. Ze względu na niską rozpuszczalność kazeinian wapnia wykazuje ziarnistą i chropowatą konsystencję. Kazeiniany mają neutralny smak, wysoką wartość odżywczą i dobre właściwości wiążące, zagęszczające i stabilizujące, dzięki czemu dobrze nadają się do różnych zastosowań spożywczych i niespożywczych.

Proszki mleczne charakteryzują się niskim wskaźnikiem rozpuszczalności. Np. kazeina kwasowa w postaci proszku pozostaje nie w pełni nierozpuszczona po czasie rekonstytucji w temperaturze pokojowej. Ponadto wskaźnik rozpuszczalności zmniejsza się wraz z czasem przechowywania, zwłaszcza w wysokiej temperaturze przechowywania (do 50°C), gdyż na cząstkach proszku może utworzyć się nieprzepuszczalna dla wody powłoka ze stopionych miceli kazeiny, utrudniając lub uniemożliwiając ich ponowne nawodnienie.

Nowej generacji kazeiniany o założonych cechach funkcjonalnych mogą być wytwarzane przy wykorzystaniu techniki ekstruzji, znanej o wielu lat, w której zastosowanie parametrów procesowych musi być odpowiednio dobrane w odniesieniu do konkretnej kombinacji surowców mających służyć do wytworzenia wyrobu.

Znany jest wynalazek WO0152666A1, który ujawnia urządzenie do wytwarzania ciągłego kazeinianu. Opis patentowy obejmuje urządzenia w postaci linii technologicznej do ciągłego wytwarzania kazeinianów metodą ekstruzji z zastosowaniem wytłaczarki dwuślimakowej zasilanej sproszkowaną kazeiną kwasową i roztworem wodorotlenku wapnia, który przygotowywany w oddzielnych zbiornikach jest dozowany do początkowych sekcji ekstrudera o określonej budowie i konfiguracji układu plastyfikującego. Następnie dodawana jest woda i po przejściu materiału przez określone sekcje ekstrudera w temperaturze od 70 do 95°C otrzymuje się pastę kazeinową przy wilgotności zawartej w zakresie od 30 do 40%, którą się tnie na pasy, kroi na kawałki i suszy. Patent obejmuje wytłaczarkę utworzoną z dwóch współbieżnych i zazębiających się śrub obracających się wokół osi równoległych wewnątrz obudowy o kształcie podłużnym, zaopatrzonej w wytoczenia i mającej od wlotu do wylotu poszczególne strefy robocze, matrycę formującą, układ chłodzenia i spłaszczania taśmy kazeinianu oraz układ cięcia.

W opisie patentowym CN102763762B ujawniono metodę wytwarzania kazeiny wapnia instant przy użyciu kazeiny spożywczej. Metoda wykorzystuje kazeinę spożywczą jako surowiec, oraz dodatek emulgatora po obróbce i proces suszenia, aby utworzyć wysokowapniowy instant kazeinian wapnia nadający się do spożycia. Metoda obejmuje następujące etapy: (1) Rozpuszczanie: przygotowanie roztworu kazeiny spożywczej jako surowca o stężeniu masowym od 4% do 10%, powolne dodawanie wody amoniakalnej spożywczej, aby dostosować pH do 5,5 do 8,0 i mieszanie nieprzerwanie, aby powoli rozpuścić kazeinę; (2) Konwersja: przygotowanie zawiesiny sproszkowanego wodorotlenku wapnia o stężeniu masowym od 1,5% do 2,5% masy kazeiny i dodanie jej do rozpuszczonego roztworu kazeiny; (3) Emulgacja: dodanie rozpuszczalnej w wodzie lecytyny sojowej po konwersji i równomierne wymieszanie; (4) Mielenie pasty: (5) Sterylizacja: (6) Homogenizacja: po sterylizacji roztworu przepuszczenie go przez homogenizator o ciśnieniu homogenizacji 20 MPa do 30 MPa; (7) Suszenie: suszenie rozpyłowe w celu uzyskania gotowego produktu kazeinianu wapnia instant. Otrzymany kazeinian wapnia instant ma czysty kolor, dobrą rozpuszczalność, wysoką zawartość białka i wapnia i jest dobrym suplementem białka i wapnia.

Ze zgłoszenia patentowego CN106036913A znany jest sposób wytwarzania kazeinianu wapnia. Metoda obejmuje następujące etapy: (1) przygotowanie roztworu rozpuszczalnej soli wapnia: rozpuszczenie rozpuszczalnej soli wapnia w wodzie w celu uzyskania roztworu soli wapnia o stężeniu 5-10%; (2) przeprowadzenie ekstruzji i transformacji: dodanie kazeiny Qula do maszyny do ekstruzji z jednolitą prędkością, w tym samym czasie dodanie roztworu soli wapnia i przeprowadzenie ekstruzji i transformacji w celu uzyskania roztworu kazeinianu wapnia; oraz (3) przeprowadzenie kruszenia: po naturalnym schłodzeniu roztworu kazeinianu wapnia przeprowadzenie suszenia i kruszenia oraz przeprowadzenie przesiewania przez sito 80-mesh w celu uzyskania proszku kazeinianu wapnia. Zgodnie z metodą produkcji ujawnioną w wynalazku, nie ma potrzeby dodawania witaminy D, kazeinian wapnia jest łatwy do wchłaniania i wykorzystywania przez organizm ludzki, efekt wchłaniania jest dobry, a efekt suplementacji wapnia przez kazeinian wapnia jest lepszy niż w przypadku produktów konwencjonalnych.

Fichtali i Vandevoort (1991) zaprezentowali ekstrudowany kazeinian sodu. Do konwersji kazeiny kwasowej użyto NaOH w ilości 2,7-3,0% wag. kazeiny, aby uzyskać pH zbliżone do neutralnego. Ekstruder skonfigurowano w stosunku długości do średnicy L/D=20:1 i zastosowano podwójną dyszę z otworami o średnicy 9 mm. Ekstruzję prowadzono w ekstruderze dwuślimakowym z 9 sekcjami w temperaturach 40, 50, 55, 60, 70, 80 i 80°C, przy prędkości obrotowej ślimaków 150 obr./min, wilgotności 30%, przy dozowaniu 20 kg/h. Ekstrudat był suszony w temperaturze 100°C, proces ten wytworzył dobrze wymieszany, jednorodny produkt o jakości porównywalnej do kazeinianu produkowanego konwencjonalnie.

Barraquio i Voort (1991) w artykule naukowym zaprezentowali kazeinian sodu produkowany w skali pilotażowej bezpośrednio z odtłuszczonego mleka w proszku (SMP) w dwuetapowym procesie ekstruzji porównano z produktem komercyjnym i kazeinianem sodu przygotowanym z komercyjnej kazeiny kwasowej w procesie ekstruzji.

Badania opublikowane przez Szpendowski i in. (2010) wykazały, że proces ekstruzji kazeiny technicznej kwasowo-podpuszczkowej w istotny sposób wpłynął na poprawę czystości mikrobiologicznej tych preparatów białkowych. W procesie wytłaczania zwarta struktura kazeiny została zmodyfikowana w strukturę o porowatej powierzchni, a kazeina kwaśna wykazywała większą podatność na strukturyzację w porównaniu z kazeiną podpuszczkową. W innym opracowaniu Szpendowski i in. (2010) przeprowadzili porównanie właściwości fizykochemicznych i funkcjonalnych wybranych kazeinianów wytwarzanych metodą tradycyjną w zbiorniku oraz metodą ekstruzji. Kazeiniany sodu i wapnia produkowane tradycyjną metodą zbiornikową oraz metodą ekstruzji charakteryzowały się podobnym składem chemicznym, z wyjątkiem zawartości popiołu. Spośród wszystkich analizowanych preparatów białkowych kazeinian sodu wytwarzany metodą ekstruzji charakteryzował się najbardziej rozwiniętą, silnie porowatą strukturą i największą rozpuszczalnością w wodzie, a także zdolnością wchłaniania wody i tłuszczu, wydajnością emulgowania tłuszczu; tworzył roztwory wodne o najwyższych wartościach lepkości. Niezależnie od sposobu wytwarzania kazeinianu wapnia charakteryzował się on bardziej zwartą, upakowaną strukturą, większą gęstością nasypową w porównaniu do kazeinianu sodu, mniejszą rozpuszczalnością w wodzie oraz mniejszą zdolnością wchłaniania wody i tłuszczu. Do wytwarzania kazeinianu sodu metodą ekstruzji wykorzystano linię przemysłową do przerobu kazeiny wyposażoną w dwuśrubowy, czterosekcyjny ekstruder oraz urządzenia do przemiału surowca (kazeiny kwasowej) oraz ekstrudowanych kazeinianów. Kazeinę o wilgotności 8-10% rozdrabniano i przesiewano przez sita do uzyskania granulacji 60 mesh. Następnie surowiec podawano do ekstrudera wraz z 20% roztworem wodorotlenku sodu lub wapnia w takiej ilości, aby przeprowadzić neutralizację kazeiny kwasowej od pH 4,6 do 6,8. Proces ekstruzji prowadzono w temp. 110°C, przy ciśnieniu 20 barów, w ciągu 20-30 s. Wstęgę kazeinianu opuszczającego 2 dysze wylotowe o średnicy 11 mm rozdrabniano przy użyciu noży obrotowych, mielono, wychładzano i pakowano w worki papierowe z wkładką polietylenową.

Wynalazek rozwiązuje problem otrzymywania instantyzowanych ekstrudowanych kazeinianów wapnia o wysokiej zawartości białka i aminokwasów oraz wysokiej rozpuszczalności w zim nej wodzie, gdzie główne składniki jak kazeina kwasowa oraz wodorotlenek wapnia Ca(OH)2 stosuje się w postaci proszkowej.

Proces wytwarzania jest jednoetapowy, z łącznym dozowaniem kazeiny kwasowej i wodorotlenku wapnia bezpośrednio do ekstrudera, bez wcześniejszego przygotowywania ich mieszaniny w oddzielnym zbiorniku oraz bez przygotowywania roztworu zasadowego. Proces wytwarzania produktu według wynalazku jest krótkotrwały, niskoenergetyczny, o niewielkim zapotrzebowaniu wody. Ponadto brak jest suszenia rozpyłowego otrzymanego produktu, stosuje się tylko suszenie powietrzne pociętego produktu.

Sposób wytwarzania instantyzowanych kazeinianów wapnia zawierających mieszankę składników kazeiny kwasowej spożywczej, wodorotlenku wapnia z dodatkiem wody, w którym mieszankę poddaje się procesowi ekstruzji w ekstruderze dwuślimakowym, gdzie neutralizuje się kazeinę kwasową w reakcji z wodorotlenkiem wapnia w obecności wody po czym kazeinian wapnia poddaje się obróbce termomechanicznej w ekstruderze, a następnie kształtuje w matrycy formującej o określonej wielkości, tnie na kawałki i suszy, polega na tym, że mieszankę składników zawierającą sproszkowaną kazeinę kwasową z mleka w ilości od 95,0 do 99,5% i sproszkowany wodorotlenek wapnia Ca(OH)2 w ilości od 0,5 do 5,0% kieruje się do pierwszego modułu ekstrudera, w którym następuje wymieszanie sproszkowanych składników mieszanki, po czym kieruje się do drugiego modułu ekstrudera, gdzie dowilża się do zawartości wody 18-28% w przetwarzanej mieszance.

Korzystnie do mieszanki składników dodaje się lecytynę spożywczą, korzystnie słonecznikową, w ilości od 0,1 do 2,0% całkowitej masy surowców suchych.

Korzystnie dodatek lecytyny spożywczej słonecznikowej wynosi 0,5%.

Korzystnie dodatek sproszkowanego wodorotlenku wapnia wynosi 2,0%.

Korzystnie proces ekstruzji prowadzi się w temperaturze 30-75°C w ekstruderze dwuślimakowym współbieżnym wyposażonym w system intensywnego ogrzewania/chłodzenia poszczególnych modułów cylindra.

Korzystnie proces ekstruzji prowadzi się w ekstruderze dwuślimakowym wyposażonym w modułową konstrukcję układu plastyfikującego o L/D minimum 24 wyposażonego w ślimaki w konfiguracji obejmującej segmenty umieszczone na wale żłobionym zawierające co najmniej moduły: minimum 6 elementów transportujących, minimum 2 elementów mieszających, minimum 6 elementów zagęszczających, minimum 4 elementów ścinających, minimum 4 elementów sprężających, oraz minimum 2 elementów rozprężających.

Korzystnie proces ekstruzji prowadzi się w ekstruderze wyposażonym w matrycę formującą okrągłą lub eliptyczną lub prostopadłościenną o polu przekroju otworu wylotowego nie mniejszym niż 20 mm².

Korzystnie uzyskane kazeiniany wapnia ekstrudowane suszy się do wilgotności 6-12%.

Korzystnie produkt po ekstruzji, suszy się w suszarni powietrznej w temperaturze do 100-130°C i mieli do wymiarów poniżej 200 mikrometrów.

Uzyskany instantyzowany ekstrudowany kazeinian wapnia w proszku po procesie ekstruzji, suszenia i rozdrabniania, stanowi produkt przeznaczony do spożycia jako samodzielny wysokobiałkowy preparat instantyzowany lub jako komponent w recepturach wieloskładnikowych produktów gotowych do spożycia lub przygotowanych do obróbki kulinarnej w odroczonym okresie o podwyższonej zawartości białka. Instantyzowany ekstrudowany kazeinian wapnia w proszku otrzymany sposobem według wynalazku charakteryzuje się wysoką zawartością białka nie mniej niż 92,5% białka w 100 g suchej masy produktu, wysoką zawartością aminokwasów nie mniej niż 810 mg/g, wysoką rozpuszczalnością w wodzie nie mniej niż 99,5% w krótkim czasie poniżej 1 minuty mieszania. Jednocześnie instantyzowany ekstrudowany kazeinian wapnia w proszku charakteryzuje się barwą białą o jasności L* nie mniej niż 99, barwą a* o wartościach ujemnych lub bliskich 0 i barwą b* o wartościach bliskich 0, charakterystyczną dla użytych surowców i dodatków, gdzie L* oznacza współrzędną chromatyczną wg. skali barw CIE-Lab, L* jako jasność od 0 do 100 gdzie 0 to czarny a 100 to idealnie biały; a* oznacza współrzędną chromatyczną, skala barwy CIE-Lab, a* jako balans pomiędzy barwą czerwoną (wyniki dodatnie) a zieloną (wyniki ujemne); b* współrzędną chromatyczną, skala barwy CIE-Lab, b* jako balans pomiędzy barwą żółtą (wyniki dodatnie) a niebieską (wyniki ujemne).

Zaletą sposobu według wynalazku jest otrzymanie produktu w jednoetapowym procesie, gdzie do ekstrudera kieruje się składniki w postaci sproszkowanej i dodaje się wodę oraz korzystnie dodatku lecytyny słonecznikowej dopiero w maszynie, co pozwala uniknąć wstępnego mieszania składników w zbiornikach procesowych. Kolejną zaletą jest niska temperatura procesu prowadzenia ekstruzji do 75°C nastawy temperatury na maszynie, gdyż reakcja z wapnem jest egzotermiczna i sama powoduje podwyższenie temperatury produktu, dzięki niskiej temperaturze obróbki produkt się nie przypala i nie brązowieje, zaś w tradycyjnej ekstruzji kazeinianów temperatura wynosi do 130-150°C. Dodatkowo, w sposobie brak jest suszenia rozpyłowego do uzyskania proszku kazeinianu wapnia instant, co powoduje, że proces wytwarzania jest krótszy. A ponadto, po ekstruzji i wysuszeniu w suszarni powietrznej w temperaturze do 100-130°C i zmieleniu do wymiarów poniżej 200 mikrometrów uzyskuje się rozpuszczalny w wodzie produkt o wyższej zawartości aminokwasów niż kazeiniany suszone rozpyłowo (w temp. nawet do 230°C, która wpływa destrukcyjnie na aminokwasy).

Przedmiot wynalazku został szczegółowo przedstawiony poniżej w przykładowych realizacjach, dotyczących instantyzowanych ekstrudowanych kazeinianów wapnia w proszku, jak i sposobu wytworzenia instantyzowanych ekstrudowanych kazeinianów wapnia w proszku.

Przykład I

Przesiano i przygotowano składniki sypkie: kazeina kwasowa 98,0%, wodorotlenek wapnia 2,0%. Składniki dozowano dozownikiem ślimakowym do ekstrudera dwuślimakowego do pierwszego modułu, w którym nastąpiło wymieszanie składników, następnie dowilżono wodą przy dozowaniu wody do drugiego modułu ekstrudera do poziomu dowilżenia 18%, poddawano ekstruzji w ekstruderze dwuślimakowym o L/D=24 z instalacją grzania/chłodzenia poszczególnych sekcji cylindra wyposażonego w modułową konstrukcję układu plastyfikującego wyposażonego w 2 ślimaki pracujące współbieżnie w konfiguracji obejmującej identyczne segmenty umieszczone na dwóch wałach żłobionych w takim samym położeniu, zawierające co najmniej moduły: minimum 6 elementów transportujących, minimum 2 elementów mieszających, minimum 6 elementów zagęszczających, minimum 4 elementów ścinających, minimum 4 elementów sprężających, oraz minimum 2 elementów rozprężających, obracające się z prędkością 400 obr/min. Zastosowano temperatury w poszczególnych sekcjach ekstrudera: I sekcja temp. 30°C, II sekcja temp. 30°C, III sekcja temp. 40°C, IV sekcja temp. 49°C, V sekcja temp. 58°C, VI sekcja temp. 71°C, temp. głowicy 59°C. Po ekstruzji, produkt wysuszono w suszarni powietrznej, gdzie temperatura wynosiła do 100-130°C. Produkt formowano w matrycy okrągłej o średnicy 6 mm i przycinano z zastosowaniem noża obrotowego do długości maksymalnie 5 cm i poddano suszeniu do wilgotności końcowej produktu 8%. Ekstrudowany kazeinian wapnia rozdrabniano do uzyskania granulacji poniżej 200 mikrometrów z użyciem rozdrabniacza nożowego z chłodzeniem komory. Otrzymany sproszkowany kazeinian wapnia charakteryzował się zawartością białka 93,82% w 100 g suchej masy produktu, zawartością aminokwasów 872,85 mg/g, pH 6,64, gęstością usypową 520 kg/m3, rozpuszczalnością w wodzie 99,49% w ciągu 40 sekund mieszania w temperaturze pokojowej, barwą białą o jasności L* 99,98, barwą a* o wartości -1,37 i barwą b* o wartości 1,51.

Przykład II

Przesiano i przygotowano składniki sypkie: kazeina kwasowa 97,5%, wodorotlenek wapnia 2,0%, oraz przygotowano dodatek lecytyny spożywczej słonecznikowej 0,5%. Składniki dozowano dozownikiem ślimakowym do ekstrudera dwuślimakowego do pierwszego modułu, w którym nastąpiło wymieszanie składników, następnie dowilżono wodą przy dozowaniu wody do drugiego modułu ekstrudera do poziomu dowilżenia 20%, oraz podawano lecytynę słonecznikową za pomocą pompy do drugiego modułu, po czym poddawano ekstruzji w ekstruderze dwuślimakowym o L/D=24 z instalacją grzania/chłodzenia poszczególnych sekcji cylindra wyposażonego w modułową konstrukcję układu plastyfikującego wyposażonego w 2 ślimaki pracujące współbieżnie w konfiguracji obejmującej identyczne segmenty umieszczone na dwóch wałach żłobionych w takim samym położeniu, zawierające co najmniej moduły: minimum 6 elementów transportujących, minimum 2 elementów mieszających, minimum 6 elementów zagęszczających, minimum 4 elementów ścinających, minimum 4 elementów sprężających, oraz minimum 2 elementów rozprężających, obracające się z prędkością 400 obr/min. Zastosowano temperatury w poszczególnych sekcjach ekstrudera: I sekcja temp. 31 °C, II sekcja temp. 31 °C, III sekcja temp. 40°C, IV sekcja temp. 50°C, V sekcja temp. 58°C, VI sekcja temp. 68°C, temp. głowicy 59°C. Produkt formowano w matrycy okrągłej o średnicy 6 mm i przycinano z zastosowaniem noża obrotowego do długości maksymalnie 5 cm i poddano suszeniu do wilgotności końcowej produktu 8%. Po ekstruzji, produkt wysuszono w suszarni powietrznej, gdzie temperatura wynosiła do 100-130°C._Ekstrudowany kazeinian wapnia rozdrabniano do uzyskania granulacji poniżej 200 mikrometrów z użyciem rozdrabniacza nożowego z chłodzeniem komory. Otrzymany sproszkowany kazienian wapnia charakteryzował się zawartością białka 94,33% w 100 g suchej masy produktu, zawartością aminokwasów 863,40 mg/g, pH 6,75, rozpuszczalnością w wodzie 99% w ciągu 50 sekund mieszania w temperaturze pokojowej, barwą białą o jasności L* 99,61, barwą a* o wartości -1,13 i barwą b* o wartości 2,43.

Przykład III

Przesiano i przygotowano składniki sypkie: kazeina kwasowa 97,5%, wodorotlenek wapnia 2,5%. Składniki dozowano dozownikiem ślimakowym do ekstrudera dwuślimakowego do pierwszego modułu, w którym nastąpiło wymieszanie składników, następnie dowilżono wodą przy dozowaniu wody do drugiego modułu ekstrudera do poziomu dowilżenia 22%, poddawano ekstruzji w ekstruderze dwuślimakowym o L/D=24 z instalacją grzania/chłodzenia poszczególnych sekcji cylindra wyposażonego w modułową konstrukcję układu plastyfikującego wyposażonego w 2 ślimaki pracujące współbieżnie w konfiguracji obejmującej identyczne segmenty umieszczone na dwóch wałach żłobionych w takim samym położeniu, zawierające co najmniej moduły: minimum 6 elementów transportujących, minimum 2 elementów mieszających, minimum 6 elementów zagęszczających, minimum 4 elementów ścinających, minimum 4 elementów sprężających, oraz minimum 2 elementów rozprężających, obracające się z prędkością 600 obr/min. Zastosowano temperatury w poszczególnych sekcjach ekstrudera: I sekcja temp. 30°C, II sekcja temp. 32°C, III sekcja temp. 57°C, IV sekcja temp. 47°C, V sekcja temp. 40°C, VI sekcja temp. 45°C, temp. głowicy 72°C. Po ekstruzji, produkt wysuszono w suszarni powietrznej, gdzie temperatura wynosiła do 100-130°C. Produkt formowano w matrycy okrągłej o średnicy 6 mm i przycinano z zastosowaniem noża obrotowego do długości maksymalnie 5 cm i poddano suszeniu do wilgotności końcowej produktu 8%. Ekstrudowany kazeinian wapnia rozdrabniano do uzyskania granulacji poniżej 200 mikrometrów z użyciem rozdrabniacza nożowego z chłodzeniem komory. Otrzymany sproszkowany kazeinian wapnia charakteryzował się zawartością białka 93,97% w 100 g suchej masy produktu, zawartością aminokwasów 889,40 mg/g, pH 6,91, rozpuszczalnością w wodzie 98,75% w ciągu 40 sekund mieszania w temperaturze pokojowej, barwą białą o jasności L* 99,63, barwą a* o wartości - 1,11 i barwą b* o wartości 1,28.

Claims (9)

1. Sposób wytwarzania instantyzowanych kazeinianów wapnia w proszku zawierających mieszankę składników kazeiny kwasowej spożywczej, wodorotlenku wapnia, wody, w którym mieszankę poddaje się procesowi ekstruzji, gdzie neutralizuje się kazeinę kwasową w reakcji z wodorotlenkiem wapnia w obecności wody po czym kazeinian wapnia poddaje się obróbce termomechanicznej w ekstruderze, a następnie kształtuje w matrycy formującej o określonej wielkości, tnie na kawałki i suszy, znamienny tym, że mieszankę składników zawierającą sproszkowaną kazeinę kwasową z mleka w ilości od 95,0 do 99,5% i sproszkowany wodorotlenek wapnia Ca(OH)2 w ilości od 0,5 do 5,0% kieruje się bezpośrednio do pierwszego modułu ekstrudera i składniki suche miesza się, po zmieszaniu kieruje się do drugiego modułu ekstrudera, gdzie dowilża się je do zawartości wody 18-28% w przetwarzanej mieszance.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do mieszanki składników dodaje się lecytynę spożywczą korzystnie słonecznikową w ilości od 0,1 do 2,0% całkowitej masy surowców suchych.

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że dodatek lecytyny spożywczej słonecznikowej wynosi 0,5%.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dodatek sproszkowanego wodorotlenku wapnia wynosi 2,0%.

5. Sposób według dowolnego zastrz. 1, znamienny tym, że proces ekstruzji prowadzi się w temperaturze 30-75°C w ekstruderze dwuślimakowym współbieżnym wyposażonym w system intensywnego ogrzewania/chłodzenia poszczególnych modułów cylindra.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces ekstruzji prowadzi się w ekstruderze dwuślimakowym wyposażonym w modułową konstrukcję układu plastyfikującego o L/D minimum 24 wyposażonego w ślimaki w konfiguracji obejmującej segmenty umieszczone na wale żłobionym zawierające co najmniej moduły: minimum 6 elementów transportujących, minimum 2 elementów mieszających, minimum 6 elementów zagęszczających, minimum 4 elementów ścinających, minimum 4 elementów sprężających, oraz minimum 2 elementów rozprężających.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, proces ekstruzji prowadzi się w ekstruderze wyposażonym w matrycę formującą okrągłą lub eliptyczną lub prostopadłościenną o polu przekroju otworu wylotowego nie mniejszym niż 20 mm².

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że uzyskane kazeiniany wapnia ekstrudowane suszy się do wilgotności 6-12%.

9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że uzyskane kazeiniany suszy się w suszarni powietrznej w temperaturze do 100-130°C i mieli do wymiarów poniżej 200 mikrometrów.