乳制品及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及制備包含變性的乳清蛋白的乳清蛋白濃縮物（WPC)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 熱變性的乳清蛋白的凝集體（Aggregate)已經(jīng)生產(chǎn)了多年。長(zhǎng)期以來(lái)，乳白蛋白 為通過(guò)將乳清加熱直至蛋白質(zhì)凝聚并變得不溶進(jìn)行制備的商業(yè)化產(chǎn)品。將不溶的物質(zhì)過(guò)濾 除掉、洗滌和干燥。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)乳白蛋白具有從儲(chǔ)備食品到提高面包和烘焙產(chǎn)品的蛋白質(zhì)含 量的許多用途。還可將耗盡由回收乳白蛋白產(chǎn)生的乳清流的蛋白質(zhì)用作儲(chǔ)備食品，但另外 其處理昂貴。
[0003] 已經(jīng)進(jìn)行許多嘗試以生產(chǎn)更經(jīng)濟(jì)和更具商業(yè)有用的變性的乳清蛋白。多數(shù)努力是 直接針對(duì)于通過(guò)選擇性去除乳糖含量而提高乳清的蛋白質(zhì)含量。通過(guò)諸如超濾、滲濾和離 子交換的現(xiàn)有技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)使高蛋白質(zhì)含量成為可能。由于蛋白質(zhì)具有良好的營(yíng)養(yǎng)價(jià) 值，因此這些產(chǎn)品作為食品成分（food ingredients)是有用的。
[0004] 對(duì)于多種營(yíng)養(yǎng)應(yīng)用，乳清蛋白對(duì)最終產(chǎn)品的質(zhì)感或流變學(xué)的影響是有用的。這些 應(yīng)用常依賴WPC具有形成熱誘導(dǎo)的凝膠的能力。在其它應(yīng)用中，這些凝膠化性質(zhì)是不期望 的。
[0005] 熱變性的（或改性的）乳清蛋白產(chǎn)品已經(jīng)成為市場(chǎng)中最新的產(chǎn)品種類。近年來(lái)， 已經(jīng)發(fā)明該種類的多種制造方法。
[0006] 當(dāng)在合適的條件（>75°C，pH值為約6-8, >6g TS/100g)下加熱時(shí)，乳清蛋白質(zhì)會(huì) 形成凝膠（Havea, P.，Singh, H.，Creamer, L. K.和 Campanella, 0· H.，乳清蛋白濃縮物溶液 的熱處理過(guò)程中形成的蛋白質(zhì)產(chǎn)品的電泳特性（Electrophoretic characterization of the protein products formed during heat treatment of whey protein concentrate solutions)，Journal of Dairy Research，65,79-91，1998) 〇
[0007] 在US 4, 734, 287 (Singer等人）中有特別直接針對(duì)不溶的凝集體的產(chǎn)生以及與其 相關(guān)的問(wèn)題的熱變性乳清蛋白領(lǐng)域的綜述。教導(dǎo)了使用加熱和機(jī)械作用的組合制備微粒乳 清蛋白凝集體的方法。該文獻(xiàn)以全文通過(guò)引用并入。
[0008] W0/2001/005247 [Hudson等人]公開(kāi)了制備包含變性的顆粒的乳清蛋白質(zhì)凝膠的 方法。首先，使用酸或酶處理乳清蛋白以使其水解。在熱處理之后，產(chǎn)生的渾濁、圓錐形的 凝膠由于凝集體散射光強(qiáng)而具有不透明的乳白色外觀?；旌系哪z、最終的小團(tuán)體具有細(xì) 鏈和微粒狀的物理和功能性質(zhì)并由中間的鹽濃縮物產(chǎn)生（E. Foegeding等人，（1998))。將 線性鏈凝結(jié)成較大的凝集體認(rèn)為是混合凝膠形成的成因機(jī)制。可將膠化的物質(zhì)干燥以產(chǎn)生 Ιμπι至100μπι的顆粒。除在80°C下將鋁制冷凍干燥器盤(pán)（13. 5cmX13. 5cm)中的分散體 加熱45分鐘或3小時(shí)之外，Hudson等人沒(méi)有教導(dǎo)關(guān)于它們的加熱方法（包括國(guó)內(nèi)產(chǎn)品）。
[0009] Huss和Spiegel在US 6, 767, 575中公開(kāi)了在加熱之后使用相對(duì)稀釋的蛋白質(zhì)流 (〈3% w/v蛋白質(zhì)）制備微粒狀乳清蛋白的方法，并且與本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法相比， 不再進(jìn)行剪切操作，就此而言在基本上非剪切的條件下進(jìn)行本發(fā)明的方法。由于所提及的 不可避免的栗送和攪拌操作，發(fā)生的剪切速度通常不大于2000s 1至1000 s \優(yōu)選不大于 500s ^成分的熱保持還能在完全沒(méi)有攪拌的情況下發(fā)生。
[0010] TO/2007/039296A1 [Thorsen 和 Koeningsfeldt]公開(kāi)了當(dāng)應(yīng)用加熱時(shí)影響蛋白質(zhì) 溶液變性的專有機(jī)械設(shè)備。
[0011] 在EP 0520581中，Oudeman教導(dǎo)了使用變性的乳清蛋白制備合成的乳產(chǎn)品的方 法，其中將鈣離子加入至相對(duì)于固體具有25-50%的蛋白質(zhì)含量的乳清蛋白濃縮物，且pH 值為5. 9-6. 7,隨后使?jié)饪s物進(jìn)行熱處理和均質(zhì)化，然后將產(chǎn)品任選地進(jìn)行蒸發(fā)和干燥。
[0012] US 5, 494, 696[Hoist等人]公開(kāi)了乳清蛋白變性方法，其中當(dāng)通過(guò)蒸汽注入直接 將其加熱時(shí)，通過(guò)均質(zhì)器回收稀釋的乳清滲余物（10-20%的固體且65-95%的固體為蛋白 質(zhì)）。注意的是：產(chǎn)品通過(guò)管道的流速必須保持足夠高以避免沉積在管壁上并確保假塑性 液體的粘度足夠低。通常，當(dāng)流速為至少2m/s時(shí)確保這樣。在熱處理之后立即干燥液體流。 據(jù)記載產(chǎn)生的粉末的粒徑為約30 μπι至60 μπι。Hoist等人聲明：令人驚奇的是具有優(yōu)選為 約80%的變性水平和優(yōu)選為40 μπι至50 μπι的平均粒徑的新的、部分變性的乳清蛋白產(chǎn)品 具有如此良好的感覺(jué)性質(zhì)并且在品嘗后不含任何含沙感或砂礫感，而如已知的，具有相似 粒徑的變性乳清蛋白由于其劣質(zhì)的感覺(jué)性質(zhì)特別是它們?cè)诳谥械暮掣卸贿m合用作生 廣涼蛋黃醬的添加劑。
[0013] US 2006/0204643[Merrill等人]公開(kāi)了乳清蛋白濃縮物的熱變性方法，其中將 包含天然乳清蛋白的最初的漿料加熱至至少一些蛋白質(zhì)變性。如上所述，在約10至約60秒 的時(shí)間內(nèi)可將漿料加熱至約140° F至約300° F的溫度?？稍谥辽僖徊糠旨訜釙r(shí)間的過(guò) 程中將漿料混合以減少和/或防止變性的乳清蛋白在蒸煮器的加熱器件周圍凝聚。進(jìn)行該 操作的一種示例性設(shè)備是適用于蒸汽注入或具有加熱套管或二者的組合的單或雙螺旋槳 混合器或雙螺旋槳擠壓機(jī)。當(dāng)使用雙螺旋槳混合器或擠壓機(jī)進(jìn)行加熱和混合時(shí)，通常將螺 旋槳（即螺旋輸送器）排列以使它們重疊從而確保完全混合。加熱過(guò)程中或加熱之后，使 漿料處于高剪切條件，這使得當(dāng)乳清蛋白變性時(shí)可能形成的凝聚體減少。本文使用的高剪 切條件通常是指其中應(yīng)用10, OOOs 1至500, OOOs 1的剪切的條件。在一些方法中，通常在約 90° F至300° F的溫度下，通過(guò)高剪切混合器或膠體研磨機(jī)將漿料剪切約0. 01秒至0. 5 秒。
[0014] 在另一發(fā)明中，WO 2008/063115 Al [Tetra Laval Holdings 和 Finance SA]公開(kāi) 的方法為在壓力（40巴至80巴）下使用管狀加熱器加熱蛋白質(zhì)溶液隨后通過(guò)在均質(zhì)機(jī)中 機(jī)械剪切以分解蛋白質(zhì)凝集體從而形成細(xì)顆粒（直徑為3 μπι至10 μπι)。
[0015] 在另外兩個(gè)公開(kāi)（EP 0412590和EP 0347237)[二者均轉(zhuǎn)讓給聯(lián)合利華]中公開(kāi) 了制備微粒乳清蛋白分散體的方法。這兩個(gè)公開(kāi)中，很少使用或不使用剪切，但蛋白質(zhì)濃度 局限于相對(duì)稀的溶液（小于15%但優(yōu)選為約7%的蛋白質(zhì)）。
[0016] TO 2006057968 (Wolf schoon-Pombo [Wolf schoon-Pompo]等人）公開(kāi)了奶油干酷 的制作法，其中使用湍流條件在管狀加熱器中熱處理11%至12%的蛋白質(zhì)的乳清蛋白濃 縮物流以產(chǎn)生90% (d90)小于95 μπι且一半的顆粒（d50)小于12 μπι的顆粒流。然后可使 用另外的剪切（均質(zhì)化）以實(shí)現(xiàn)d90〈9 μπι的非常細(xì)的顆粒。
[0017] 在DD236449中，Borgwardt等人公開(kāi)了能通過(guò)在端流條件下在85-95°C下加熱5 分鐘至20分鐘處理具有8-11 %的蛋白質(zhì)含量、16-22%的固含量和4. 2-5. 2的pH值的乳 清蛋白濃縮物溶液以產(chǎn)生熱穩(wěn)定非聚集的膠體乳清蛋白懸浮液。通過(guò)瞬時(shí)冷卻來(lái)穩(wěn)定懸浮 液。可將蛋白質(zhì)顆粒的懸浮液干燥。Borgwardt還教導(dǎo)盡管雷諾數(shù)必須超過(guò)2000,壁剪切 應(yīng)力也必須超過(guò)12kg/ms2。本領(lǐng)域的技術(shù)教導(dǎo)熱處理的蛋白質(zhì)漿料為剪切稀化的（假塑性 液體）。因?yàn)闆](méi)有其流體的流動(dòng)特性的更詳細(xì)的信息，流體力學(xué)的技術(shù)人員不清楚如何解釋 (因此實(shí)施）Borgwardt等人的剪切應(yīng)力條件。
[0018] 本發(fā)明的目的是提供在高蛋白質(zhì)濃度下制備變性的乳清蛋白的簡(jiǎn)單方法，和/或 提供不需要?jiǎng)驖{器或刮面式換熱器而在高濃度下制造變性的乳清蛋白產(chǎn)品的方法，和/或 向公眾提供有用的選擇。
[0019] 發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容
[0020] 在一個(gè)方面中，本發(fā)明提供了制備干燥的改性乳清蛋白濃縮物（WPC)或乳清蛋白 分離物（WPI)的方法，其包括：
[0021] (a)在pH值為4. 7-8. 5下，提供蛋白質(zhì)濃度為15-50% (w/v)的水性WPC或WPI 溶液；
[0022] (b)將所述溶液熱處理至50°C以上，直至使蛋白質(zhì)發(fā)生變性；所述熱處理包括在 湍流條件下加熱所述溶液，優(yōu)選在至少500的雷諾數(shù)的湍流條件下加熱所述溶液；
[0023] (C)在熱處理結(jié)束時(shí)，將經(jīng)熱處理的物質(zhì)直接轉(zhuǎn)移至干燥器；以及
[0024] (d)干燥經(jīng)熱處理的WPC或WPI，其中除了在將液體轉(zhuǎn)化為液滴以促進(jìn)干燥的情況 之外，在干燥之前經(jīng)熱處理的WPC或WPI不經(jīng)歷機(jī)械剪切過(guò)程。
[0025] 在另外的方面中，本發(fā)明提供了制備經(jīng)熱處理的乳清蛋白濃縮物（WPC)或乳清蛋 白分離物（WPI)的方法，其包括：
[0026] (a)在pH值為4. 7-8. 5下，提供蛋白質(zhì)濃度為15-50 % (w/v)的水性WPC或WPI 溶液；
[0027] (b)將所述溶液熱處理至50°C以上，直至使蛋白質(zhì)發(fā)生變性；所述熱處理包括在 湍流條件下加熱所述溶液，優(yōu)選在至少500的雷諾數(shù)的湍流條件下時(shí)加熱所述溶液；
[0028] 優(yōu)選地，在該方面中所述方法隨后是步驟（C):
[0029] (C)在熱處理結(jié)束時(shí)，將經(jīng)熱處理的物質(zhì)直接轉(zhuǎn)移至干燥器以進(jìn)行干燥或轉(zhuǎn)移至 混合器以與其它成分混合；以及在步驟（c)之前經(jīng)熱處理的WPC或WPI不發(fā)生粒徑減小。
[0030] 在另外的方面中，本發(fā)明提供了制備干燥的改性乳清蛋白濃縮物（WPC)或乳清蛋 白分離物（WPI)的方法，其包括：
[0031] (a)在pH值為4. 7-8. 5下，提供蛋白質(zhì)濃度為15-50% (w/v)的水性WPC或WPI 溶液；
[0032] (b)將所述溶液熱處理至50°C以上，直至使蛋白質(zhì)發(fā)生變性；所述熱處理包括在 湍流條件下加熱所述溶液，優(yōu)選在至少500的雷諾數(shù)的湍流的條件下加熱所述溶液；
[0033] (C)在熱處理結(jié)束時(shí)，將經(jīng)熱處理的物質(zhì)迅速轉(zhuǎn)移至干燥器；以及
[0034] (d)干燥經(jīng)熱處理的WPC或WPI，其中除了在將液體轉(zhuǎn)化為液滴以促進(jìn)干燥的情況 之外，在干燥之前經(jīng)熱處理的WPC或WPI不經(jīng)歷機(jī)械剪切過(guò)程。
[0035] 在另一方面中，本發(fā)明提供了制備包含液體乳清蛋白濃縮物（WPC)或乳清蛋白分 離物（WPI)的混合物的方法，該方法包括：
[0036] (a)在pH值為4. 7-8. 5下，提供蛋白質(zhì)濃度為15-50 % (w/v)的水性WPC或WPI 溶液；
[0037] (b)將所述溶液熱處理至50°C以上，直至使蛋白質(zhì)發(fā)生變性；所述熱處理包括在 湍流條件下加熱所述溶液，優(yōu)選在至少500的雷諾數(shù)的湍流的條件下加熱所述溶液；以及
[0038] (C)在熱處理結(jié)束時(shí)，將經(jīng)熱處理的物質(zhì)直接轉(zhuǎn)移至混合器以與至少一種其它成 分混合，所述成分包括乳、脫脂乳、脂肪、碳水化合物、乳滲余物或脫脂乳滲余物中的至少一 種。
[0039] 其中在與其它成分