生产低胆固醇乳制品的系统和方法

文档序号:580619阅读:263来源:国知局
专利名称:生产低胆固醇乳制品的系统和方法
技术领域
本发明通常涉及在流体加工操作用采用的系统和方法,更具体地涉及用于降低奶 制品中的胆固醇的系统和方法,其中所述奶制品可具有所选的脂肪含量。
背景技术
医师和保健专家通常赞同低饱和脂肪和胆固醇的饮食能降低心脏和循环系统疾 病的概率。意识到与保持低脂肪和胆固醇饮食相关的健康益处的消费者越来越多,因而对 含这些组分较少的食品的需求也不断增加。由于其低脂肪含量,目前脱脂奶在这类低脂食 品中具有广泛的应用。全脂奶是合并有胶体分散系的稀乳液,其中连续相为溶液。全脂奶的脂肪含量通 常介于约3. 3%到约3. 4%,且每IOOg牛奶约Hmg胆固醇。在奶制品中,所述脂肪的大部分和总胆固醇的约80%到约85%位于奶油(cream) 中。所述奶油主要是乳脂小球(milk fat globules) 0在所述乳脂中,胆固醇被认为分布 在乳脂小球膜与主体脂质之间。曾经相信,当从所述乳脂小球上分离所述膜,并且从所述乳 脂小球中分离乳脂肪(butter oil)时,约90%或更多的胆固醇平衡在所述乳脂肪中,而约 5%或更多的位于所述膜内。因此,曾经相信在奶中的脂肪含量和胆固醇量之间存在高度关 联。然而,现在相信在胆固醇含量和脂肪含量之间的联系非常小。奶油富含胆固醇脂肪 含量 36%的 IOOg 奶油包含约 125mg 的胆固醇。USDA National Nutrient Database for Standard Reference列出脂肪含量37%的搅打奶油(IOOg)包含137mg胆固醇。脱脂奶通常通过离心全脂奶将奶油与连续相或脱脂奶分离来获得。通过离心,所 述奶油,富油相,分离并漂浮在脱脂奶上方。所获得的脱脂奶每IOOg脱脂奶包含约2mg的 胆固醇,低于约0. 5%的脂肪和约10%的固体。因此,所述脱脂奶包含全脂奶中的总胆固醇 含量的约10%到约20%。奶制品中的胆固醇被认为与甘油三酯、乳脂小球和复合蛋白(complex protein) 结合。脱脂奶中的胆固醇被认为以三种形式存在,这三种形式为与如下的复合物(i)未在脱脂过程中去除的残余的甘油三酯液滴;(ii)在脱脂过程中从乳脂小球膜上脱下的脂蛋白颗粒;以及(iii)包含在血清白蛋白中的蛋白质。当脱脂奶、低脂或全脂奶被浓缩时,其胆固醇含量成比例的提高。例如,无脂肪奶 粉的胆固醇含量为约20-30mg/100g。因此,使用脱脂奶、低脂或全脂奶作为低脂食品中的成 分会给这些食品带来大量的胆固醇。
已经采用了多种方法来从乳脂中去除胆固醇。例如,通过与吸附剂材料如硅胶和 活性炭接触来从脂肪中去除胆固醇的方法。当应用于奶制品时,已经发现这类吸附剂或者 对于商业应用而言太不切实际,或者对于胆固醇吸附缺少特异性。还使用了超临界萃取方 法;然而,这类方法采用了极端的工艺条件,并且通常对于大型商业应用而言过于昂贵。并 且,还使用油作为萃取剂从奶中萃取胆固醇。然而,使用这类非乳添加剂使得该乳制品不能 作为无搀杂的产品销售。

发明内容
在一方面,提供了制备低胆固醇奶油的方法。某些实施方式包括对全脂奶加压,剪 切该加压的全脂奶,并将剪切的全脂奶分离为低胆固醇奶油和脱脂奶,其中所述方法在不 添加非乳添加剂的条件下进行。在某些实施方式中,所述方法在环境温度下进行。相比未 通过加压和剪切制备的奶油,所分离奶油的胆固醇降低。相比未通过加压和剪切制备的脱 脂奶,所分离脱脂奶的胆固醇升高。在某些实施方式中,所述方法在约60° F到190° F下进行。在另外的实施方式 中,所述方法在约80° F到130° F下进行。在另外的实施方式中,所述方法在约90° F到 130° F下进行。在另外的实施方式中,所述方法在约105° F进行。在另外的实施方式中, 在剪切前将所述全脂奶加热至约167° F。在某些实施方式中,所述全脂奶从约200psi加压到MOOpsi。在另外的实施方式 中,所述全脂奶从约400psi加压到1800psi。在某些实施方式中,所述剪切用均质器、剪切混合器、剪切泵、胶体磨、超声处理或 本领域技术人员公知的其它剪切装置来进行。根据某些实施方式,采用胶体磨的剪切可使 用约0. 01英寸到0. M英寸的间隙来进行。根据另外的实施方式,所述间隙为约0. 01到 0. 21英寸。在使用均质器的情况下,所述剪切在约300-2100psi的压力下进行,使用一个或 两个阀门。在另外的实施方式中,所述压力为约600psi到1200psi,使用一个或两个阀门。 在某些实施方式中,所述方法包括在分离前保留(hold) —段时间。在另外的实施方式中, 所述方法包括在剪切前保留一段时间。所述可选的保留时间可为约1分钟到1小时。在某些实施方式中,剪切后的全脂奶的平均粒度为约0. 04微米到0. 10微米。在某些实施方式中,IOOg脂肪含量为约36%的分离的奶油包含约40mg到IlOmg 的胆固醇。在另外的实施方式中,IOOg的脱脂奶包含约3mg到7mg胆固醇。在其它方面,提供了通过上述方法制备的低胆固醇奶油。在其它方面,提供了 100%不含非乳添加剂的低胆固醇奶油。在某些实施方式中, 所述低胆固醇奶油的胆固醇含量为约40mg到IlOmg胆固醇每IOOg脂肪含量为36%的奶 油。在某些这类实施方式中,所述非乳添加剂为油类、二氧化碳、环糊精类、糖类、二氧化硅 或含碳材料。


图1是根据一实施方式的降低奶油的胆固醇含量的方法的流程图。图2是根据一实施方式的降低奶油的胆固醇含量的方法的示意图。
具体实施例方式参照以下具体说明,可以更容易地理解本发明,使得本领域技术人员能够实施多 种实施方式。应当理解,所述具体说明仅为所有这类实施方式的示例,并且是以说明的方式 提供的,不意于限制本发明,并且可以以其它具体结构实施。提供了不使用添加剂的制备低胆固醇奶油的方法。总体上,对生(raw)全脂奶或 预先处理的脱脂奶进行加压和剪切,以释放胆固醇使其溶解在脱脂奶中。如上所述,奶制品 中的胆固醇与甘油三酯、乳脂小球和复合蛋白相结合。剪切过程打破这种结合并释放所述 胆固醇,使其被脱脂奶萃取。剪切后,所述奶分离为低胆固醇奶油和胆固醇含量升高的脱脂 奶。这类方法大致描述在图1所示的流程图中。所述方法可以参照图2更全面地描述,图2大致显示了用于实施该方法的系统 100。所述系统100优选大致通过可编程逻辑控制器(PLC)来控制,其可通过人机界面(HMI) 编程或者互动,所述人机界面可提供在触摸屏面板上。在开始处理所接收量的生全脂奶110 之前,所述PLC可能需要系统操作者的一些程序输入。例如,所述操作者可用待处理的全脂 奶批量对PLC进行编程。其它参数将在下文的说明中论述。根据系统100的实施情况,可能需要一些手动操纵连接来建立所需的或所要求的 流体流路。例如,可使用flowverter面板来引导流体流动。Flowverter面板可用于例如从 所述流体流动回路中插入或移除可选的设备。一旦实现了手动操纵连接,如果需要的话,则 可以开始一般性自动的过程。所述方法通常在接收全脂奶110之后开始,该全脂奶可以是生奶。将生全脂奶110 递送至具有接收容量的加工位点,该容量的大小由可用的加工设备决定,并且可以在实验 室中的小至几百毫升或更低,到高达或者超过3000加仑的奶罐车负荷的规模下进行。递送 容器125,即罐车,优选联接到接收泵120,其将所述生全脂奶110由递送容器125输送到接 收罐130。在从递送容器125到接收罐130的流路中可安装流量计(未示出)来监测泵入 罐130中的产品量,以帮助防止溢出。液面传感器(未示出)可操作地联接到接收罐130, 以提供溢出或所需的液面紧急警报,或者也帮助防止溢出状况。在生全脂奶110接收完成 之后,可通过鼓气止回阀和空气电磁调节阀对接收管线115进行鼓气,所述阀通常位于接 收管线115的相对端。可选择地,与接收生全脂奶110不同,所述过程可以由接收脱脂奶开 始。通常,将所述生全脂奶110或其它供应的脱脂奶接收到接收罐130中,其可将递送的产 品保持在所需的温度。通常,所接受的产品贮存在较低温度下直到在所述方法中使用。这 类较低的温度通常为约40° F。在递送生全脂奶110之后,所述方法通过使用加压泵140和罐141对所述生全脂 奶110进行加压而开始。加压后的全脂奶可通过泵145泵送到剪切装置150,如胶体磨,泵 145可为容积泵(positive pump)。可采用其它剪切或混合装置,如剪切泵、水力剪切装置、 超声处理器或者甚至均质器。使用剪切装置150来剪切全脂奶110,以至少部分破坏脂肪小 球和脂肪小球膜,以释放包含在这些结构中的胆固醇。可选择地,在所述过程中的任何点(包括加压、剪切和/或分离)之前或期间对生 全脂奶110进行加热。全脂奶110的加热可任选地通过流动通过全脂奶换热器121来实现, 从而产生加热的全脂奶。生全脂奶110可加热至任何所需能保持全脂奶110的完整性的温 度。例如,所述温度可为约60° F到190° F,约70° F到180° F,约80° F到170° F,约90° F到170° F,约95° F到110° F,或者约150° F到180° F。在某些实施方式中,所 述温度为约105° F。在另外的实施方式中,所述温度为约167° F。通常,所述加热要求在 换热器121内的保留时间或者停留时间。该保留时间或停留时间可为约1秒到120秒,约 5秒到约90秒,或者约10秒到60秒。在加压、剪切和/或分离前全脂奶110的加热或预处理可取决于所采用的剪切设 备或分离设备的类型,例如均质器、剪切混合器、胶体磨、离心分离器、膜过滤单元或其它这 种类型的设备。所述加热可在加压、剪切和/或分离之前进行,并且可对部分或全部的实施 所述加压、剪切、分离的设备的零件和/或通过其输送所述奶的管路或管道设置夹套或隔 热以防止热损失。由于所述奶换热器121为可选的,某些实施方式并不包括该装置。在剪切之后,在分离器155中将剪切的奶分离为保留在容器160中的胆固醇升高 的脱脂奶和保留在容器170中的低胆固醇奶油,两者均可独立地加工为各种最终产品。例 如,可使用所述低胆固醇奶油来制备低胆固醇的奶油如酸化的、发酵的、搅打的,或酸奶油 等;乳酪;酸奶酪;冰淇淋;黄油;黄油混合物等等。所述低胆固醇奶油还可与具有较低胆固 醇含量的脱脂奶如通过常规脱脂方法获得的脱脂奶重新混合,以生产适合于众多应用的乳 制品,但是这些乳制品与常规制备的乳制品相比胆固醇依然较低。例如,所述低胆固醇奶油 可与其它流体奶混合,以重组胆固醇降低的奶制品。这类奶制品可进一步巴氏消毒,加入巧 克力或其它调味奶中,或者用在长保质期奶产品中。胆固醇升高的脱脂奶可直接使用,或者 可以经过进一步的加工如添加其它试剂以帮助降低胆固醇,或者简单地通过图1中可选的 路径A再次引入系统100中,再次进行所述处理以产生第二低胆固醇奶油和第二高胆固醇 脱脂奶。所述分离可在剪切后立即进行,或者可选择地,在剪切和分离之间存在停留期。例 如,当剪切后分离前存在停留期时,如果需要剪切的奶或者静置在剪切装置150中或者静 置在单独的保留罐151中。这种停留期使得基于剪切奶中各组分的密度差开始发生相分 离。该停留期可为约10秒到120分钟,约1分钟到90分钟,约10分钟到90分钟,或者约 30分钟到90分钟。不受理论局限,认为剪切的全脂奶中将被分离为脱脂奶的部分萃取或者至少充当 从奶油部分中分离的胆固醇的储存处。因此,当进行分离时,所述脱脂奶的胆固醇含量相比 未通过加压和剪切处理的脱脂奶升高,并且所述奶油的胆固醇含量相比未通过加压和剪切 处理的奶油降低。奶油中胆固醇的降低量取决于所述方法的参数。例如,加压过程、加热温度、剪切 速率、流动速率、停留期和离心速度都会影响奶油中胆固醇降低的准确量。在一实施方式 中,在所述方法的单次循环中,约20% -40%的可得胆固醇通过脱脂奶去除。可对从第一循 环中回收的脱脂奶进行额外的循环,以进一步降低所述奶油中的胆固醇量,但是收益递减。 例如,后续的循环可能仅将奶油的胆固醇含量降低约5%到20%。在常规方法中从全脂奶 分离的奶油中,每IOOg具有36%脂肪含量的奶油具有约125mg的胆固醇。因而,在某些实 施方式中,所述低胆固醇奶油中每IOOg具有36%脂肪含量的奶油具有约40mg到IlOmg的 胆固醇。在另外的实施方式中,具有36%脂肪含量的低胆固醇奶油中的胆固醇含量为约 50mg 至Ij 90mg,约 60mg 至Ij 80mg,约 40mg 至Ij 90mg,约 50mg 至Ij IlOmg,约 40mg 至Ij 80mg 或者约 50mg到lOOmg。在多种实施方式中,IOOg具有36%脂肪含量的低胆固醇奶油中的胆固醇含量为120mg或更低,115mg或更低,1 IOmg或更低,105mg或更低,IOOmg或更低,95mg或更低, 90mg或更低,85mg或更低,80mg或更低,75mg或更低,70mg或更低,65mg或更低,60mg或更 低,55mg或更低,50mg或更低,45mg或更低,或者40mg或更低。通过上述方法生产的低胆固醇奶油为100%的乳制品,其未添加非乳添加剂为无 搀杂的。虽然,已知有其它的低胆固醇奶油,但是引入了非乳添加剂,因而使所述奶油因为 搀杂作为乳制品是不合格的。因而,在某些实施方式中,低胆固醇奶油条件是100%不含非 乳添加剂。通过常规方法(即在分离前没有加压或剪切)生产的脱脂奶中的胆固醇含量为每 IOOg脱脂奶约ang。根据某些实施方式,在所述方法的单次循环之后,IOOg脱脂奶的胆固 醇含量为3mg或更高。根据另外的实施方式,胆固醇含量通过上述方法提高的脱脂奶中每 IOOg的胆固醇含量为3. 5mg或更高,4mg或更高,4. 5mg或更高,5mg或更高,5. 5mg或更高, 6mg或更高,6. 5mg或更高,7mg或更高,7. 5mg或更高,8mg或更高,8. 5mg或更高,或者9mg或 更高。因而,在某些实施方式中,所述高胆固醇脱脂奶中的胆固醇含量为约3mg到9mg。在 其它多种实施方式中,所述高胆固醇脱脂奶的胆固醇含量为约3mg到8mg,约3mg到7mg,约 3mg 至Ij 6mg,约 4mg 至Ij 9mg,约 4mg 至Ij 8mg,约 4mg 至Ij 7mg 或约 4mg 至Ij 6mg。搅打奶油是可由所分离的奶油制备的产品的例子。如上所述,由常规制备奶油制 得的IOOml具有37%脂肪含量的搅打奶油的胆固醇含量为约137mg。相比之下,通过上述 方法制得的搅打奶油的胆固醇含量在某些实施方式中为约50mg到115mg,在另外的实施方 式中为约80mg到约IlOmg0由于生全脂奶中的胆固醇量在奶源样品中相对恒定,因此通过上述方法制备的脱 脂奶中的胆固醇含量的升高是通过奶油中的胆固醇含量的同时降低实现的。因此,在某些 实施方式中,通过上述方法制备的低胆固醇奶油(IOOg)样品与分离之前未对奶进行加压 和剪切的常规方法相比,包含更少的胆固醇。为了本公开的目的,除非有其它表示,单数形式表示一个或多个。在本文中,“约”可以被本领域技术人员所理解,并且根据其使用环境有一定程度 的变化。如果在其使用环境中,该术语的使用对本领域技术人员而言是不清楚的,那么“约” 表示具体数值加上或减去至多10%。本文说明性地描述的方法和产品可适宜地在缺少任何本文未具体公开的要素、限 制的条件下实施。因而,例如,术语“包含”、“包括”、“含有”等应当被解读为开放式的并且 没有限制。并且,本文中所用的术语和表达用作说明性而非限制性的术语,并且在使用这类 术语和表述时不意于排除所显示或描述的特征的任何等同物或其部分,但是可以意识到在本发明要求保护的范围内可以有各种更改。并且,表述“基本由......构成”应当理解为包括那些具体记载的要素和那些不会实质上影响要求保护的发明的基本的和新颖的特征 的额外要素。表述“由......构成”排除了任何未具体说明的要素。本领域技术人员容易理解对于所有的目的,所记载的所有范围能够并且必然也描 述了其中的所有子范围,并且所有这些子范围也构成本发明的一部分。容易认识到任何所 列举的范围均已充分描述,并且使得在所述范围的任何部分的相同范围可被分割为至少相 等的两份、三份、四份、五份、十份等等。作为非限制性的实例,本文记载每一范围可容易地 分割为下三分之一、中三分之一和上三分之一等。
本说明书中涉及的所有公开出版物、专利申请、授权专利和其它文献均在此引入 作为参考,就像对每一具体的公开出版物、专利申请、授权专利和其它文献均明确且单独指 出将其全文引入作为参考。在所结合参考的文本中所含的定义中与本文的定义相悖的部分 被排除。通过参考以下实施例,可以更容易地理解以上一般性描述的本发明,这些实施例 是以说明性的方式提供的,并且不意于对本发明进行限制。实施例在常规方法中,将生的未处理奶输送通过奶油分离器产生脱脂奶和奶油。通过这 种常规方法制备的脱脂奶的胆固醇含量通常为约2mg每IOOg脱脂奶。使用各种对生的未 处理奶进行加压和剪切的方案能够改变脱脂奶中存在的胆固醇含量(即脱脂奶中的胆固 醇含量的升高通过奶油中的胆固醇含量降低而平衡)。实施例1将生全脂奶QOOgal)加热到105° F。随后在环境压力下将所述全脂奶泵送通过 调节至0. 01英寸的Waukesha胶体磨,以剪切所述奶。随后立即在奶分离器中对剪切的奶进 行分离,产生低胆固醇奶油和高胆固醇脱脂奶。所述高胆固醇脱脂奶(IOOg)具有约3. 48mg 的胆固醇含量。实施例2将生全脂奶(50gal)加热到105° F。随后将所述全脂奶泵送到在第一和第二阀 处分别使用200+200psi的压力设定的Gaulin奶均质器,并随后泵送通过调节至0. 01英寸 的胶体磨。随后立即在奶分离器中对均质化的、碾磨的奶进行分离,从而产生低胆固醇奶油 和高胆固醇脱脂奶。所述高胆固醇脱脂奶(IOOg)具有约4. 18mg的胆固醇含量。实施例3将生全脂奶(50gal)加热到105° F。随后将所述全脂奶泵送到在第一和第二阀 处分别使用300+300psi的压力设定的Gaulin奶均质器,并随后泵送通过调节至0. 01英寸 的胶体磨。随后立即在奶分离器中对均质化的、碾磨的奶进行分离,从而产生低胆固醇奶油 和高胆固醇脱脂奶。所述高胆固醇脱脂奶(IOOg)具有约4.90mg的胆固醇含量。实施例4将生全脂奶(50gal)加热到105° F。随后将所述全脂奶泵送到在第一和第二阀 处分别使用400+400psi的压力设定的Gaulin奶均质器,并随后泵送通过调节至0. 01英寸 的胶体磨。随后立即在奶分离器中对均质化的、碾磨的奶进行分离,从而产生低胆固醇奶油 和高胆固醇脱脂奶。所述高胆固醇脱脂奶(IOOg)具有约6.32mg的胆固醇含量。实施例5将生全脂奶(50gal)加热到105° F。随后将所述全脂奶泵送到在第一和第二阀 处分别使用500+500psi的压力设定的Gaulin奶均质器,并随后泵送通过调节至0. 01英寸 的胶体磨。随后立即在奶分离器中对均质化的、碾磨的奶进行分离,从而产生低胆固醇奶油 和高胆固醇脱脂奶。所述高胆固醇脱脂奶(IOOg)具有约6. OOOmg的胆固醇含量。虽然已经说明和描述了一种实施方式,应当理解在不脱离以下权利要求所限定的 更宽范围内的本发明的前提下,本领域技术人员可以在其中作出各种改变和更改。
权利要求
1.制备低胆固醇奶油的方法,包括 对全脂奶加压;对加压的全脂奶进行剪切;将剪切的奶分离成所述低胆固醇奶油和脱脂奶;其中所述方法在不添加非乳添加剂的条件下进行。
2.根据权利要求1所述的方法,在环境温度下进行。
3.根据权利要求1所述的方法,在约60°F到190° F下进行。
4.根据权利要求3所述的方法,在约80°F到170° F下进行。
5.根据权利要求3所述的方法,在约90°F到170° F下进行。
6.根据权利要求3所述的方法,在约105°F下进行。
7.根据权利要求3所述的方法,在约167°F下进行。
8.根据权利要求1所述的方法,其中将所述全脂奶从约200psi加压到MOOpsi。
9.根据权利要求1所述的方法,其中将所述全脂奶从约400psi加压到ISOOpsi。
10.根据权利要求1所述的方法,其中所述剪切在间隙为约0.01-0.对英寸的速率下进行。
11.根据权利要求1所述的方法,其中所述剪切用均质器、剪切混合器、剪切泵、超声处 理器或胶体磨来进行。
12.根据权利要求1所述的方法,还包括在分离前的保留时间。
13.根据权利要求12所述的方法,其中所述保留时间为约1分钟到1小时。
14.根据权利要求1所述的方法,其中在剪切前将所述全脂奶加热到约30°F到 190° F。
15.根据权利要求1所述的方法,其中在剪切前将所述全脂奶加热到约167°F。
16.根据权利要求1所述的方法,其中所述剪切的全脂奶包括约0.04微米到0.10微米 的粒度。
17.根据权利要求1所述的方法,其中所分离的奶油与未通过加压和剪切制备的奶油 相比,胆固醇降低。
18.根据权利要求1所述的方法,其中所分离的脱脂奶与未通过加压和剪切制备的脱 脂奶相比,胆固醇升高。
19.根据权利要求1所述的方法,还包括用所述脱脂奶来重复包括以下的方法 对所述脱脂奶加压;对所述脱脂奶进行剪切;将剪切的脱脂奶分离成第二奶油和第二脱脂奶。
20.根据权利要求1所述的方法,所述非乳添加剂是油类、二氧化碳、环糊精类、糖类、 二氧化硅或含碳材料。
21.根据权利要求1所述的方法,其中IOOg所分离的脂肪含量约36%的奶油包含约 40mg到IlOmg的胆固醇。
22.根据权利要求1所述的方法,其中IOOg所述脱脂奶包含约3mg到7mg的胆固醇。
23.通过权利要求1所述方法制备的低胆固醇奶油。
24.100%不含非乳添加剂的低胆固醇奶油。
25.根据权利要求M所述的低胆固醇奶油,每IOOg脂肪含量36%的奶油具有的胆固 醇含量为约40mg到IlOmg胆固醇。
26.利用权利要求1所述的低胆固醇奶油制备的搅打奶油,其中IOOg脂肪含量37%的 所述搅打奶油的胆固醇含量为约50mg到115mg。
全文摘要
在将全脂奶分离为脱脂奶和奶油之前,通过对全脂奶进行加压和剪切生产了与常规制备的奶油相比胆固醇降低的奶油。所述脱脂奶的胆固醇含量升高而所述奶油的胆固醇含量降低。
文档编号A23C7/00GK102056491SQ200980121267
公开日2011年5月11日 申请日期2009年5月12日 优先权日2008年5月15日
发明者I·爱德华·萨利纳斯, 艾杜尔多·瑟高韦亚 申请人:I·爱德华·萨利纳斯
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