Краткая схема производства белков молока

Казеин (кислотный и сычужный) получают из обезжиренного молока, чтобы минимизировать возможное ухудшение вкуса, появляющееся вследствие окисления жира в сухом казеине.

При получении кислотного казеина казеиновые мицеллы дестабилизируют путем снижения pH молока до 4,6 одним из следующих методов:

• 1) внесением неорганической кислоты (обычно 1—2 М НС1) в молоко при температуре приблизительно 30 °C;
• 2) смешиванием молока при температуре около 10 °C с достаточным количеством катионообменной смолы в водородной форме, что обусловливает обмен катионов в молоке на Н⁺, который приводит к снижению pH молока приблизительно до 2,0 с последующим разделением кислого молока и смолы и смешиванием этого молока с необработанным молоком, обеспечивающим нужное значение pH (в России данный метод не применяется);
• 3) инокуляцией молока закваской и сквашиванием при 30 °C, что приводит к образованию молочной кислоты из лактозы, вследствие чего происходит коагуляция казеина при достижении изоэлектрической точки.

При получении сычужного казеина мицеллы казеинов дестабилизируют при нейтральных значениях pH молока в результате использования ряда протеолитических ферментных препаратов, таких как телячий сычуг или, более того, полученный методом генной инженерии химозин или заменители сычуга, такие как микробные протеиназы. Происходит расщепление к-казеина на пара-к-казеин и растворимые гликомакропептиды, и модифицированные мицеллы казеина становятся восприимчивыми к присутствию кальция в плазме молока и коагулируют при температуре выше 20 °C.

Процесс, известный как тепловая обработка зерна, заключающийся в повышении температуры до 50—60°С, ускоряет непрерывную коагуляцию дестабилизированных мицелл, ведущую к образованию легко отделимого от сыворотки творожистого осадка (казеинового зерна).

Методом вибрации подвижно или стационарно наклоненного сита (нейлонового или из нержавеющей стали) или полиэфирного матерчатого фильтра с каскадным расположением либо с использованием механических устройств, таких как центрифуга с горизонтальным барабаном или прокатные валики, можно разделить творожистый осадок и сыворотку. После разделения зерно промывают с целью удаления остаточных количеств лактозы, солей и сывороточных белков, затем механически обезвоживают и высушивают до содержания влажности менее 12% с помощью пневматических циркуляционных сушилок, сушилок с псевдоожиженным слоем или сушилок фрикционного действия. Для получения однородного содержания влаги используют перемешивание частиц казеина, затем их измельчают или дробят.

Кислотный казеин нерастворим при повторном диспергировании в воде. Казеинат натрия распылительной сушки, наиболее широко применяемый в пищевом производстве, изготавливают растворением кислотного казеина в NaOH. Казеиновый сгусток, обработанный кислотой, разбавляют водой (40°С) до содержания сухих веществ около 25%, измельчают в коллоидной мельнице, а затем эту суспензию смешивают с раствором NaOH (2,5 М) до pH 6,6—6,8.

Вязкий раствор затем интенсивно перемешивают и нагревают в резервуарах при 75 °C до полного растворения, а затем продолжают нагревать до 95 °C. При необходимости, чтобы получить казеинат нужной кислотности, уровень pH регулируется с помощью NaOH, и раствор казеината натрия затем подвергают распылительной сушке. Время воздействия высоких температур ограничено вследствие потемнения казеина, вызванного реакцией Майера. Чтобы предотвратить образование лизиноаланина и нежелательных привкусов, время воздействия сильнокислой средой также ограничено.

Казеинаты также можно получить, используя другие методы производства или применяя другие основания для нейтрализации кислотного казеина.

Сыворотка — это жидкая фракция молока, которая остается после удаления жира и казеина в ходе производства сыра и кислотного или сычужного казеина. Сладкая сыворотка (pH не менее 5,6) получается в ходе производства сыра и сычужного казеина, а кислая (pH не более 5,1) — при производстве кислотного казеина.

Кислая сыворотка обладает большим содержанием минералов/ золы, чем сладкая, и если заквасочные бактерии производили кислоту посредством ферментации лактозы, то концентрация лактозы снижается.

Сывороточные растворы и растворы, обогащенные сывороточными белками, обычно пастеризуют при минимальных температурах и продолжительности процесса, а также сохраняют при низкой температуре. Это позволяет минимизировать микробиологическую порчу и ухудшение физико-химических свойств белков и других компонентов сыворотки, которые могут повлиять на функциональные и органолептические свойства готовых, обогащенных белками продуктов.

Сухая сыворотка, содержащая менее 15% белков, производится концентрацией сыворотки непосредственным выпариванием или в комбинации с обратным осмосом с последующей распылительной сушкой.

Маточный раствор, получаемый как побочный продукт производства лактозы, можно сконцентрировать и высушить распылением, чтобы получить концентрат сывороточных белков, содержащий —30% белка.

Безлактозная сухая сыворотка обладает высоким содержанием минералов (до 25%), что может наложить ограничение на ее использование в некоторых пищевых производствах и повлиять на вкус, аромат и пищевую ценность.

Для производства модифицированной сухой сыворотки, такой как деминерализованная и деминерализованная/безлактозная сухая сыворотка, которая содержит 15—35% белка, с целью снижения концентрации лактозы и (или) минералов в сыворотке используется деминерализация с помощью обратного осмоса, электродиализа или ионного обмена и (или) кристаллизации лактозы.

Используя различные комбинации процессов, можно регулировать минеральный состав сывороточных продуктов.

Глобулярные сывороточные белки легко денатурируют при нагревании и принимают случайные структуры, которые обнажают сульфгидрильные и гидрофобные группы, ускоряя агрегацию и осаждение денатурированных белков, зависящей от температуры нагревания, времени воздействия и концентрации кальция.

Условия промышленного осаждения белка зависят от типа сыворотки и желаемых свойствах готового продукта, при этом сыворотка может быть предварительно сконцентрирована и (или) деминерализована перед осаждением.

Для получения продукта, известного как лактальбумин (его не следует путать с белком а-лактальбумином), сыворотку перед сушкой деминерализуют и промывают с целью уменьшения содержания минеральных веществ и лактозы.