DE3337209A1

DE3337209A1 - Verfahren zur steigerung der kapazitaet von membranfilteranlagen fuer milch oder milchprodukte

Info

Publication number: DE3337209A1
Application number: DE19833337209
Authority: DE
Inventors: Poul 8600 Silkeborg Bjerre; Ernst 6920 Videbaek Buchbjerg
Original assignee: Pasilac AS
Current assignee: SPX Flow Technology Danmark AS
Priority date: 1982-10-21
Filing date: 1983-10-13
Publication date: 1984-04-26
Also published as: GB2128464A; IE54657B1; US4559231A; GB2128464B; DK467782A; DE3337209C2; DK154394C; IE832458L; AU2048483A; NZ206008A; DK154394B; GB8326831D0; AU565714B2

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steigerung der Kapazität von Membranfilteranlagen für Milch oder Milchprodukte, bei dem man die Milch gewöhnlich vor der Membranfiltration einer oder mehreren Vorbehandlungen ausgewählt aus

a) Wärmebehandlung aus bakteriologischen Gründen,

b) Fettstandardisierung im Hinblick auf den Fettgehalt des Produktes,

c) Homogenisieren im Hinblick auf die physikalischen und organoleptischen Eigenschaften des Endproduktes und

d) Vorsäuern, um die Löslichkeit der Ascheanteile der Milch zu beeinflussen,

unterwirft.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren, mit Hilfe dessen es möglich ist, eine Steigerung der Kapazitat von Membranfilteranlagen zu erreichen, indem man enzymatisch geronnene Milch oder Milchprodukte filtriert.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Kapazitätssteigerung ist nicht nur überraschend, sondern auch überraschend groß, da die erhaltene Kapazität sogar größer ist als die bekannte Kapazität bei der Membranfiltration von reiner Molke.

Die DK-PS 129 556 beschreibt ein Verfahren zur Membranfiltration von Milch oder Milchprodukten zur Herstellung eines wäßrigen Konzentrates mit hohem Proteingehalt, wobei dieses Verfahren ohne Zusatz von Enzymen 5 oder chemischen Substanzen wie Säuren oder Basen durchgeführt wird.

In "Journal of the Society of Dairy Technology", Band 35, Nr. 2, April 1982, Seiten 43 ff. wird ein Verfahren zur Ultrafiltration von nicht geronnener, vorgesäuerter Milch beschrieben. Aus dem Artikel, Seite 46, geht hervor, daß es von keiner besonderen Bedeutung für die Filterkapazität ist, ob die Filtration mit vorgesäuerter oder gewöhnlicher Milch durchgeführt wird.

Das charakteristische Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß die Milch oder das Milchprodukt vor der Membranfiltration zusätzlich einer enzymatischen Behandlung mit einem Gerinnungsenzym unterworfen wird, um eine Mischung aus sehr kleinen Käsekörnern und Molke zu gewinnen.

Auf diese Weise wird eine überraschend große Kapazität der Membranfilteranlage erhalten, so daß verglichen mit bekannten Verfahren eine kleinere Anlage für die gleiche Menge Milch verwendet werden kann. Darüber hinaus fallen geringere Instandhaltungskosten für die Membranen an; es wird weniger Energie verbraucht und weniger Raum benötigt und es sind ferner geringere Investitionen notwendig.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Konzentrat kann darüber hinaus bis zu einem Trockenstoffgehalt von etwa 73 Gew.% weiter konzentriert werden, ohne daß die Tendenz zur Bildung sichtbaren, freien

_ c „

Fettes in dem Produkt erkennbar wird. Zum Vergleich kann angeführt werden, daß bei der Herstellung von sogenanntem Käse-Grundstoff (Cheese-Base) aus einem Konzentrat, welches nach dem herkömmlichen Verfahren erhalten wurde, wie beispielsweise in J. Dairy Sei. 63:228-234, 1980 und der GB-Anmeldung 8 122 19 5, Anmeldetag 17. Juli 1981 beschrieben, ein Trockenstoffgehalt von 60 Gew.% als Obergrenze angesehen itferden sollte, da bei einem höheren Trockenstoffgehalt das Fett in dem Produkt Schaden nimmt, was zu einem unerwünschten Gehalt an freiem Fett in dem Käsegrundstoff führt.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Konzentrat ist insbesondere zur Herstellung von Käsegrundstoff geeignet. Die enzymatische Gerinnung hat zur Folge, daß ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Konzentrat nicht ganz die gleichen charakteristischen Eigenschaften besitzt, wie sie von üblichen ultrafiltrierten Konzentraten bekannt sind. Wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein nicht angesäuertes Milchprodukt als Ausgangsmaterial verwendet wird, so ist das erfindungsgemäß erhaltene Konzentrat süß. Das Konzentrat kann entweder auf den gewünschten pH-Wert angesäuert und anschließend auf einen gewünschten Trockenstoffgehalt eingedampft werden oder es kann unmittelbar vor dem Eindampfen Starter hinzugegeben und das Konzentrat anschließend auf den gewünschten Trockenstoff gehalt eingedampft werden. Das Ansäuern auf den gewünschten pH-Wert wird mit Hilfe des unmittelbar vor dem Eindampfen zugegebenen Starters durchgeführt.

Im Vergleich zu den auf herkömmliche Weise ultx-afiltrierten Konzentraten kann das zusätzlich konzentrierte Produkt, welches auf der Basis eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Konzentrates

erhalten wurde, eine leicht körnige Konsistenz haben, welche jedoch nach dem Eindampfen wesentlich geringer wird.

Die oben genannte körnige Konsistenz des Rückstandes und demgemäß auch die des Endproduktes kann vermieden oder beseitigt werden, indem man den Rückstand einer geeigneten nachfolgenden Behandlung, wie beispielsweise Pumpen durch eine Homogenisierdüse oder schwacher Homogenisation, unterwirft.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die enzymatische Umsetzung portionsweise unter konstantem Rühren durchgeführt wird. Als Ergebnis wird eine Mischung aus kleinen Körnern und Molke gewonnen. Indem man die enzymatische Umsetzung in kleinen Portionen (Schritten) durchführt, kann sichergestellt werden, daß die Membranfilteranlage mit homogenem Material beschickt wird und dadurch ein homogenes Endprodukt erhalten wird.

Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Gerinnung in einem kontinuierlichen System unter konstantem Rühren durchgeführt, um eine Mischung aus kleinen Körnern und Molke zu gewinnen. Labgerinnung unter Rühren ist bisher niemals mit einem nachfolgenden Verkäsungsverfahren kombiniert worden. Es war bisher immer notwendig, die Milchgerinnung zur Herstellung von Käse im Ruhezustand durchzuführen, um die Bildung eines möglichst homogenen Koagulats sicherzustellen. Läßt man die Gerinnung unter Rühren stattfinden, so wird ein instabiles Koagulat gebildet, welches bei der herkömmlichen Herstellung von Käse einen gesteigerten Verlust an Feinstoffen (kleinen Käsekörnern/Ka-

2$ seinkörnern) verursacht, da diese zusammen mit der

Molke fortgespült werden= Im Hinblick auf das erfindungsgemäße Verfahren ist die Bildung dieser kleinen Körner (Feinstoffe) erwünscht, da gerade diese kleinen Körner die eigentliche Ursache für den Erhalt der überraschend hohen Kapazität der Membranfilteranlage bilden, da diese Körner die Sekundärmembran zerstören, welche normalerweise auf der Filtermembran gebildet oder abgelagert wird=

Findet die die Gerinnung bewirkende enzymatische Umsetzung in einem kontinuierlichen System statt, so ist es vorteilhaft, die Umsetzung in zwei Stufen durchzuführen; nämlich in einer ersten Stufe bei niedriger Temperatur, beispielsweise unterhalb etwa 10 C, gewöhnlich bei 5 bis 0 C mit einer Standzeit von bis zu 6 Stunden, und in einer zweiten Stufe, welche die Gerinnungsphase darstellt und welche, abhängig von der Membranfiltrationstemperatur, bei einer Temperatur oberhalb der Gerinnungstemperatur, beispielsweise oberhalb 25 C, gewohnlich bei 30 bis 50 C, durchgeführt wird. Die Reaktionsdauer beträgt bei 30 C etwa 75 Sekunden, während die Reaktion bei 50 C nahezu momentan erfolgt, vorausgesetzt, daß die Temperatur in der ersten Stufe über einen Zeitraum von etwa 5 Stunden 2 C betragen hat.

Durch das Arbeiten mit differenzierten Temperaturen während der enzymatischen Umsetzung wird die tätsächliche Gerinnungsdauer und damit das Volumen für das zur kontinuierlichen Gerinnung notwendige System drastisch reduziert. Es ist günstig, wenn die Temperatur in der zweiten Stufe der Betriebstemperatur der Membranfilteranlage insoweit entspricht, daß das bei der Gerinnung gebildete Produkt unmittelbar in die Membranfilteranlage eingespeist werden kann. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren findet die Gerinnungsphase in der zweiten Stufe unter konstanter Wirbelströmung (turbulenter

OOO I

Strömung) statt. Bei dem herkömmlichen Verkäsungsverfahren ist eine Gerinnung unter heftigem Rühren oder dergleichen undurchführbar. In dem erfindungsgemäßen Verfahren ist Lab das am besten geeignete Gerinnungsenzym. Es können Beispiele für geeignete Labenzyme sowohl tierischen als mikrobiellen Ursprunges angeführt werden. In der nachfolgenden Tabelle sind eine Reihe verwendbarer Labenzyme angegeben.

Handelsname	Typ	Hersteller	Novo	Herstellungsland
Hannilase	mikrobio logisch	Chr. Hansens	Marshall	Dänemark
		Laboratorium	Il	Dänemark
Standard	tierisch	Il	II	Il
Stabo	Il	Il	Il	Il
Stamix	"	Il	Il
Fifty-fifty	ti	11	Il
Rennilase	mikrobio logisch	Il
Marzyme-I		U.S.A.
Marzyme II	Il
New Marzyme		Il
Animal rennent	tierisch	Il

Bei den in den nachfolgenden Beispielen beschriebenen Untersuchungen wurde Chr. Hansen Standard als Lab verwendet, dessen Stärkegrad 15 000 Soxhlet beträgt. Werden Produkte mit geringerer Stärke verwendet, so sind längere Umsetzungszeiten notwendig.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können alle Milchoder Milchprodukttypen behandelt werden, wie natürliche tierische Milch oder Milch mit standardisiertem Fettgehalt des gleichen Ursprunges einschließlich behandelter Milch wie pasteurisierter Milch oder rekombinierter

Milch, die sowohl tierische als auch pflanzliche Fette enthalten kann, und die, wenn gewünscht, wie oben angegeben behandelt werden kann.

Das resultierende Konzentrat kann als Futtermittelzusatz oder Futterausgangsmaterial und ferner als Nährmedium für mikrobiologische Verfahren verwendet werden. Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere im Hinblick auf die Her- -|0 Stellung von Käsegrundstoff geeignet ist. Auf Basis des erfindungsgemäßen Konzentrates hergestellter Käsegrundstoff kann als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Schmelzkäse (smelteost) verwendet werden.

-15 Die zu behandelnde Milch oder das Milchprodukt werden gewöhnlich einer oder mehreren Vorbehandlungen ausgewählt aus

a) Wärmebehandlung aus bakteriologischen Gründen,

b) Fettstandardisierung im Hinblick auf den Fettgehalt des Produktes,

d) Vorsäuern, um die Löslichkeit der Ascheanteile der Milch zu beeinflussen,

unterworfen. Alle diese Behandlungen sind an sich bekannt und erfordern keinerlei Erläuterungen. Es sollte jedoch im Zusammenhang mit der Vorbehandlung d) erwähnt werden, daß die Vorsäuerung natürlich nur bis zu einem solchen pH-Wert durchgeführt werden darf, bei welchem noch keine Säuregerinnung stattfindet, da es nicht möglich ist, die enzymatische Gerinnung im Anschluß an eine Säuregerinnung durchzuführen.

W W \J I .— VX

Das auf diese Weise vorbehandelte Milchprodukt wird erfindungsgemäß anschließend einer enzymatischen Behandlung mit einem Gerinnungsenzym unterworfen. Es ist vorteilhaft während der Behandlung zu rühren und die Behandlung kann portionsweise oder kontinuierlich durchgeführt werden. Wie bereits erwähnt ist es möglich, die Temperatur des geronnenen Produktes gewünschtenfalls so einzustellen, daß sie der Betriebstemperatur der für die nachfolgende Membranfiltration verwendeten Membranfilteranlage entspricht.

Beispiele für geeignete Membranfilteranlagen sind herkömmliche Ultrafiltrationsanlagen gegebenenfalls kombiniert mit einer Dialyseeinrichtung (diafiltrerings-5 udstyr).

Die Erfindung wird im nachfolgend anhand von Beispielen erläutert, wobei es sich bei Beispiel II um ein Vergleichsbeispiel handelt.
20

Beispiel I

Gewinnung von Rückstand zur Herstellung von Käsegrundstoff.

Milch wurde 15 Sekunden lang bei 72 C pasteurisiert, auf 40 C abgekühlt und anschließend unter heftigem Rühren in einen Tank überführt. 30 ml Lab, Chr. Hansen Standard, wurden zu jeweils 100 kg Milch hinzugegeben. Nach etwa 25 Minuten wurde der GerinnungsVorgang beendet und die geronnene Milch mit Hilfe einer Kreiselpumpe in den Beschickungstank (1000 1) einer Ultrafiltrationsanlage überführt, wobei der Tank mit einem Propellerrührer ausgerüstet war. Die Ultrafiltration

wurde bei 40 bis 44° C und einem mittleren Druck von 4 bis 5 bar unter Verwendung einer DDS-Ultrafiltrationsanlage des Typs 37 mit GR-51-PP-Membraneη durchgeführt,

wobei ein Durchfluß von 110 l/m /h bei einem Trockenstoffgehalt von 40 Gew.% im, Konzentrat erhalten wurde.

Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle wiedergegeben .

Beispiel II (Vergleichsbeispiel)

Milch wurde bei 72° C 15 Sekunden lang pasteurisiert und auf 50 C abgekühlt. In einer Anlage gemäß Beispiel 1 wurde eine Ultrafiltration bei 50° C, einem mittleren Druck von 4 bis 5 bar mit GR-61-PP-Membranen

2
durchgeführt, wobei ein Durchfluß von 10 - 12 l/m /h bei einem Trockenstoffgehalt von 40 Gew.% in dem Konzentrat erhalten wurde.

.Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle wiedergegeben .

ν» vJ O I

Tabelle

	Beispiel I	Beispiel II
Bestandteil Milch	Konzentrat Permeat	Konzentrat Permeat
Fett¹) 3,10	18,14 0,00	17,05 0,00
Protein berechnet als %N 3,39	17,22 0,52	17,72 0,21
Trocken-
stoff³⁾ 11,94	40,06 6,2	39,92 5,3
Verbrauch (kg MilchAg Konzentrat)	5,9	5,5
Durchfluß
IM²Zh bei 40 % TS	110	10-12
Erläuterungen:
1) Nach Gerber

2) Kjeldahl-N multipliziert mit 6,38

3) a) Milch 4 h bei 105° C

b) UF-Konzentrat: etwa 2 g + 5 ml destilliertes H„0, 16 Stunden getrocknet bei 105° C.

Bei Verwendung einer GR-51-PP-Membran in Vergleichsbeispiel (Beispiel II) wurden die entsprechenden Ergebnisse erhalten wie bei Verwendung der GR-61-PP-Membran, nämlich 10-12 l/m²/h.

Es zeigt sich, daß eine erhebliche Steigerung der Kapazität der Membranfilteranlage erhalten wird, was aus dem erfindungsgemäß erreichten überraschend großen Durchfluß hervorgeht.

33372Ü3

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, Membranfiltration bis zu einem hohen Trockenstoffgehalt durchzuführen, ohne daß die Viskosität sich störend auswirkt.

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Steigerung der Kapazität von Membranfilteranlagen für Milch oder Milchprodukte, bei dem man die Milch oder das Milchprodukt vor der Membranfiltration gewöhnlich einer oder mehreren Vorbehandlungen ausgewählt aus

a) Wärmebehandlung aus bakteriologischen Gründen,

b) Fettstandardisierung im Hinblick auf den Fettgehalt des Produktes,

c) Homogenisieren im Hinblick auf die gewünschten physikalischen und organoleptischen Eigenschaften des Endproduktes und

JOO f

d) Vorsäuern, um die Löslichkeit der Ascheanteile

der Milch zu beeinflussen,

unterwirft, dadurch gekennzeichnet, daß man die Milch oder das Milchprodukt vor der Membranfiltration zusätzlich einer enzymatischen Behandlung mit

einem Gerinnungsenzym unterwirft, um eine Mischung aus sehr kleinen Käsekörnern und Molke zu gewinnen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die enzymatische Behandlung portionsweise unter konstantem Rühren durchführt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die enzymatische Behandlung in einem kontinuierlichen System unter konstantem Rühren durchführt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem man die enzymatische Behandlung in zwei Stufen durchführt, nämlieh in einer ersten Stufe bei niedriger Temperatur, beispielsweise bei 2° C, und in einer zweiten Stufe, welche eine sehr schnelle Gerinnungsphase darstellt und welche bei einer Temperatur oberhalb der Gerinnungstemperatur durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gerinnungsphase bei konstanter Wirbelströmung stattfinden läßt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die enzymatische Behandlung mit Lab durchführt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man Lab mit einem Stärkegrad von 15 000 Soxhlet in einer Menge von mindestens 10 g/100 1 des Milchproduktes als Gerinnungs

enzym verwendet.