專(zhuān)利名稱(chēng)：用于制備基于貨架穩(wěn)定的乳的飲料濃縮物的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制備貨架穩(wěn)定的乳飲料的工藝。
背景技術(shù)：
數(shù)千年以來(lái)，人們已經(jīng)失敗地設(shè)法設(shè)計(jì)用于保存乳的方法，所述方法將保留新鮮 乳的營(yíng)養(yǎng)和品質(zhì)。羅馬士兵依靠由使用原始日曬干燥技術(shù)的奶粉制成的給養(yǎng)生活。后來(lái)， 由(iail Borden開(kāi)發(fā)的技術(shù)(1858)產(chǎn)生甜煉乳，使用利用水分活度作為微生物學(xué)控制點(diǎn)的 簡(jiǎn)單濃縮方法，所述甜煉乳可被保存好多年。更多現(xiàn)代的乳處理和包裝技術(shù)組合超高溫處 理與無(wú)菌包裝以保護(hù)乳的貨架壽命。前述技術(shù)實(shí)現(xiàn)了保存方面但未能保存立即可飲產(chǎn)品所 需的新鮮品質(zhì)。通過(guò)將乳2. 5X濃縮，同時(shí)用添加的蔗糖控制水分活度(α < 0. 85)來(lái)制備 甜煉乳。水分活度是食物干度的度量。Sw = PAx),其中^為水分活度，ρ為物質(zhì)中水的蒸 汽壓，且Po為純水在同樣溫度下的蒸汽壓。作為值的水分活度沒(méi)有量綱。純水具有1的水 分活度。所得到的產(chǎn)品在外觀(guān)上是棕褐色的，具有明顯的脂肪變味、來(lái)自乳糖結(jié)晶的粗質(zhì)地 且不能被重新構(gòu)建為一倍濃度的飲料。同樣地，淡煉乳為2. IX濃縮物，其被放置在罐頭中 并被熱處理以產(chǎn)生商業(yè)上無(wú)菌的產(chǎn)品(依照21CFR113)。所得到的乳當(dāng)被稀釋至一倍濃度 時(shí)，在外觀(guān)上是棕褐色的且是不能接受的。流質(zhì)的一倍濃度乳需要熱處理來(lái)控制微生物生長(zhǎng)、使酶失活和穩(wěn)定乳。巴氏滅菌 乳法令要求用于在冷凍乳產(chǎn)品中使傳染性病原體失活的具體時(shí)間-溫度組合，傳染性病原 體例如伯納特氏科克斯菌(Coxiell burnetti)、結(jié)核桿菌(Mycobacterium tuberculosis) 和沙門(mén)氏菌(Salmonella spp.)。貨架穩(wěn)定的UHT乳產(chǎn)品需要熱處理，該熱處理不僅僅解決 傳染性病原體，還解決產(chǎn)生毒素的耐熱孢子形成菌，如肉毒桿菌(Clostridium botulinum) 或蠟狀芽孢桿菌(Bacillus cereus)。UHT乳的典型工藝需要將乳加熱至觀(guān)6° F，持續(xù)6 秒(或等同工藝)。UHT乳具有顯著的煮熟味且不被很好地接受。乳濃縮物的UHT/無(wú)菌處理已經(jīng)在商業(yè)上被證明但在技術(shù)上非常困難，這是由于 與濃縮產(chǎn)品的穩(wěn)定性相關(guān)的問(wèn)題。乳糖沉淀導(dǎo)致產(chǎn)品的顆粒性并減慢重新構(gòu)建。在UHT處 理之前水解乳糖導(dǎo)致增加的美拉德褐變反應(yīng)，伴有乳的顏色和風(fēng)味的顯著變化。在UHT之 前水解還導(dǎo)致降低的產(chǎn)品貨架壽命。在處理之前水解乳糖導(dǎo)致美拉德褐變反應(yīng)產(chǎn)物的顯著增加并產(chǎn)生不能接受的產(chǎn) 品。使用無(wú)菌過(guò)濾定量加料乳糖酶顯著地降低了褐變并延長(zhǎng)了產(chǎn)品的壽命?，F(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)了乳的超高溫巴氏滅菌，例如在Reaves等人，美國(guó)專(zhuān)利號(hào)6887505， Ultra-High Temperature Pasteurized Milk Concentrate, Package, Dispenser And Method Of Producing Same (超高溫巴氏滅菌乳濃縮物、包裝、分配器和其生產(chǎn)方法)中所 公開(kāi)的。存在對(duì)再水化之后嘗起來(lái)新鮮的乳濃縮物的需求。發(fā)明概述本發(fā)明優(yōu)選地為用于保存乳的方法，所述方法使用結(jié)合無(wú)菌技術(shù)和乳糖的酶還原來(lái)控制水分活度的濃縮方法。所述方法包括將乳中的乳糖酶法轉(zhuǎn)化為其組成糖，葡萄糖和 半乳糖。此反應(yīng)改變了濃縮物的依數(shù)性，降低了游離水的量并降低了同滲質(zhì)量摩爾濃度 (osmolality)0使用低溫真空蒸發(fā)來(lái)濃縮乳(0. 2-3. 25%脂肪)以產(chǎn)生3. 0-4. 2X濃縮物。當(dāng)乳的 濃度增加時(shí)，粘度也增加。此時(shí)，以.01-5ml每升的速率添加乳糖酶導(dǎo)致乳糖濃度非常快速 地降低，這導(dǎo)致了濃縮物的依數(shù)性的顯著變化。粘度降低且乳的將被進(jìn)一步濃縮的能力顯 著地提高了。此外，通過(guò)在溫控真空鍋中進(jìn)一步處理或通過(guò)使用高剪切添加無(wú)脂肪的脫脂 奶粉，可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步濃縮。乳糖的水解需要結(jié)合等摩爾的水和乳糖以產(chǎn)生一摩爾的葡萄糖和一摩爾的半乳 糖。將中性乳糖酶O600-4000單位每升(MaxiLact))注入乳濃縮物中以將乳糖水解為葡 萄糖和半乳糖。優(yōu)選地，最少70%的乳糖必須被水解，且所期望的水平在98%范圍。此工 藝通過(guò)降低水的量和通過(guò)增加溶解在濃縮物中的糖的摩爾數(shù)來(lái)降低水分活度。因?yàn)槿樘侨?解度為約21.6%，所以乳的4X濃度為使用常規(guī)技術(shù)的實(shí)際濃度極限。進(jìn)一步的濃縮導(dǎo)致顆 粒性、結(jié)晶和粘度增加。此外，不溶的乳糖必須從水分活度等式中被減去，因?yàn)槠洳辉俦蝗?解。將無(wú)水糖(75/25w/w)溶解在淡煉乳中以開(kāi)始降低水分活度。然后將混合物加熱 到足以使植物性病原體失活的溫度(160-260° F)并在無(wú)菌降膜蒸發(fā)器中使用真空膨脹冷 卻。真空膨脹使所述工藝對(duì)乳的熱效應(yīng)最小并同時(shí)降低水濃度約每10° F冷卻。所 述產(chǎn)品在管式換熱器中進(jìn)一步被冷卻到約70-120° F，并被放置在設(shè)置有攪拌器的無(wú)菌罐 中。將中性乳糖酶O600-4000單位每升(MaxiLact))注入乳中以將乳糖水解為葡萄糖和 半乳糖。優(yōu)選地，最少70%的乳糖必須被水解，且所期望的水平在98%范圍。乳糖的無(wú)菌水解實(shí)現(xiàn)許多目的。世界上的大部分人是乳糖不耐受的。乳糖的水解 允許他們消化乳而不會(huì)遭受氣體和胃氣脹。除了營(yíng)養(yǎng)方面之外，通過(guò)由一克分子量的糖形 成兩克分子量的糖而增加溶質(zhì)的摩爾濃度，水解降低了產(chǎn)品中的水分活度。這基本上使配 方中乳組分的同滲質(zhì)量摩爾濃度貢獻(xiàn)加倍，這降低了水分活度用于控制微生物。乳糖水解 為葡萄糖和半乳糖使用一摩爾H2O每摩爾重量的乳糖，進(jìn)一步降低了水分活度。該熱工藝通過(guò)使植物性病原體失活解決了此產(chǎn)品的健康和安全性方面，植物性病 原體可以存活，直到0. 85的水分活度。形成毒素的孢子形成菌如肉毒桿菌在小于0. 93的 水分活度下不能生長(zhǎng)。最耐受的孢子形成毒素形式蠟狀芽孢桿菌細(xì)菌不能在小于0. 915的 水分活度下生長(zhǎng)。因此，濃縮、熱處理、酶法降低水分活度和無(wú)菌處理包裝的組合產(chǎn)生貨架 穩(wěn)定的產(chǎn)品。此產(chǎn)品的典型應(yīng)用將是用于糖食用途；商品乳的非冷凍配送；生奶油澆頭的生 產(chǎn)；混合飲料、麥芽、冰沙的重新構(gòu)建或用于一倍濃度飲料的重新構(gòu)建。濃縮物不受FDA以21CFR113或21CFR108支配并因此豁免低酸罐頭食品(LACF) 法規(guī)。同樣地，煉乳并不受巴氏滅菌乳法令管制且被USDA視為II級(jí)乳產(chǎn)品。附圖簡(jiǎn)述
圖1是濃縮的脫脂乳和降乳糖的脫脂乳的水分活度的圖。圖2是熱工藝系統(tǒng)的框圖，所述熱工藝系統(tǒng)結(jié)合微生物的殺死步驟、濃縮步驟、無(wú) 菌均化、無(wú)菌定量加料、無(wú)菌反應(yīng)容器、冷卻器和無(wú)菌包裝。
圖3是具有不同水平的無(wú)水果糖的濃縮的降乳糖乳的計(jì)算出的水分活度的圖。圖4是無(wú)菌多效蒸發(fā)器系統(tǒng)的框圖，無(wú)菌多效蒸發(fā)器系統(tǒng)具有無(wú)菌濾過(guò)的乳糖酶 注入、反應(yīng)容器和無(wú)菌包裝。圖5是脫脂乳的溫度⑴和干物質(zhì)含量(C)作為多效蒸發(fā)器的時(shí)間⑴的函數(shù)的 圖，闡釋了在效4之后在46攝氏度的溫度下乳糖酶的引入點(diǎn)。實(shí)施本發(fā)明的最佳方式所述產(chǎn)品優(yōu)選地由常規(guī)煉乳制成，所述煉乳用維持乳蛋白的懸浮而不會(huì)沉淀所需 的傳統(tǒng)量的穩(wěn)定劑來(lái)配制。無(wú)水糖(蔗糖、葡萄糖或果糖)優(yōu)選地在攪拌和剪切下被結(jié)合 入(以0-40%重量)巴氏滅菌的4X乳濃縮物中。此步驟期間的溫度被升高到40-80°C，以 有助于糖的溶解。所形成的糖漿優(yōu)選地不含晶體以防止將來(lái)的結(jié)晶。優(yōu)選地在預(yù)定的溫度 下將溫暖的甜的乳濃縮物引入預(yù)消毒的真空室(500mbar)中，以使用為了 UHT處理而開(kāi)發(fā) 的技術(shù)來(lái)降低溫度并蒸發(fā)另外的水。真空室優(yōu)選地使用無(wú)菌泵來(lái)連續(xù)抽空以將材料轉(zhuǎn)移到 無(wú)菌罐上。可能需要使用常規(guī)的無(wú)菌管式換熱器的進(jìn)一步冷卻來(lái)將甜煉乳的溫度降低到乳 糖水解的最佳溫度。濃縮度優(yōu)選地由當(dāng)乳產(chǎn)品被引入真空室時(shí)的乳產(chǎn)品的初始溫度和該室 內(nèi)的真空度來(lái)調(diào)節(jié)。無(wú)菌罐優(yōu)選地用作混合罐以將乳糖酶結(jié)合入乳中。乳糖酶溶液使用無(wú)菌技術(shù)來(lái)無(wú) 菌過(guò)濾并被轉(zhuǎn)移到無(wú)菌罐中。無(wú)菌罐優(yōu)選地具有無(wú)菌攪拌以充分地混合被添加到罐中的任 一組分。所述酶為在0. 1和0. 0001%之間的濃度的中性乳糖酶(2，600至4，000乳糖酶單 位)。所述酶以下面的方式起作用乳糖+水一葡萄糖+半乳糖該反應(yīng)優(yōu)選地消耗一摩爾的二糖乳糖并產(chǎn)生兩摩爾的單糖葡萄糖和半乳糖。通過(guò) 使糖的摩爾數(shù)加倍和通過(guò)使用一摩爾的水來(lái)水解糖部分之間的α鍵合，該反應(yīng)降低了煉 乳的同滲質(zhì)量摩爾濃度。所得到的產(chǎn)品已接受了足以解決傳染性的植物性病原體的熱處 理，并具有足夠低以阻止肉毒桿菌(α <0.93)和蠟狀芽孢桿菌(α <0.915)生長(zhǎng)的水分 活度。所述產(chǎn)品的水分活度優(yōu)選地為0.85或以下以解決受關(guān)注的酸敗微生物。所述產(chǎn)品 優(yōu)選地為商業(yè)上無(wú)菌的。在表1、表2和表3中提供一些優(yōu)選產(chǎn)品的配方。表1為對(duì)于未加味的乳產(chǎn)品。表 2為對(duì)于香草味的乳產(chǎn)品，且表3為對(duì)于巧克力味的乳產(chǎn)品。表 1
成分重量％4Χ濃縮乳(3. 25%脂肪一倍濃度，具有添加劑)70. 00%無(wú)水糖(蔗糖、葡萄糖或果糖)29. 99%乳糖酶.01%香草乳表權(quán)利要求
1.一種用于制備貨架穩(wěn)定的乳濃縮物的方法，所述方法包括使用低溫真空蒸發(fā)來(lái)濃縮乳以產(chǎn)生乳濃縮物；將乳糖酶和水添加到所述乳濃縮物中以 將所述乳濃縮物水解為葡萄糖和半乳糖的濃縮物；和將無(wú)水糖溶解入所述葡萄糖和半乳糖的濃縮物中以形成具有水分活度的貨架穩(wěn)定的 乳濃縮物。
2.一種用于制備貨架穩(wěn)定的乳濃縮物的方法，所述方法包括將乳糖酶和水添加到乳 濃縮物中，以將所述乳濃縮物水解為包括葡萄糖和半乳糖的經(jīng)水解的乳濃縮物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中水分活度小于0.85。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括將乳粉添加到所述經(jīng)水解的乳濃縮物中，以產(chǎn)生具有4倍至8倍濃度的第二乳濃縮物；在攪拌和剪切下將無(wú)水糖添加到所述第二乳濃縮物中以產(chǎn)生第一乳混合物，所述無(wú)水 糖以所述第一乳混合物的1重量百分?jǐn)?shù)至50重量百分?jǐn)?shù)的范圍內(nèi)的量來(lái)添加；將所述第一乳混合物加熱到40°C至80°C范圍內(nèi)的溫度；保持所述第一乳混合物，直到所述第一乳混合物的水分活度在從0. 8至0. 9的范圍；將至少一種另外的成分添加到所保持的第一乳混合物中，以產(chǎn)生第二乳混合物；熱處理所述第二乳混合物以產(chǎn)生成品乳濃縮物；和包裝所述成品乳濃縮物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述另外的成分包括穩(wěn)定劑、鹽和調(diào)味劑中的至 少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中熱處理所述第二乳混合物包括將所述第二乳混合 物加熱到72°C至125°C范圍內(nèi)的巴氏滅菌溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述另外的成分包括穩(wěn)定劑、鹽和巧克力中的至 少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括將乳產(chǎn)品引入平衡罐中；在170° 至對(duì)0° F范圍內(nèi)的溫度下在保持管中加熱所述乳 產(chǎn)品以產(chǎn)生經(jīng)加熱的乳產(chǎn)品；將所述經(jīng)加熱的乳產(chǎn)品作為降膜引入預(yù)消毒的真空室，以從 所述經(jīng)加熱的乳產(chǎn)品除去水以產(chǎn)生煉乳產(chǎn)品；和在無(wú)菌均化器中均化所述煉乳產(chǎn)品以產(chǎn)生 所述乳濃縮物。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括將原料乳產(chǎn)品引入平衡罐中；在預(yù)熱器中加熱所述原料乳產(chǎn)品以產(chǎn)生經(jīng)預(yù)熱的乳產(chǎn) 品；將所述經(jīng)預(yù)熱的乳產(chǎn)品注入第一效中，其中在約70°C的溫度下加熱所述經(jīng)預(yù)熱的乳產(chǎn) 品，以蒸發(fā)水并增加所述經(jīng)預(yù)熱的乳產(chǎn)品的固體含量，以產(chǎn)生具有10%至13%固體濃度的 第一效乳產(chǎn)品；將所述第一效乳產(chǎn)品注入第二效中，其中在約65°C的溫度下加熱所述第一 效乳產(chǎn)品，以蒸發(fā)水并增加所述第一效乳產(chǎn)品的固體含量，以產(chǎn)生具有13%至18%固體濃 度的第二效乳產(chǎn)品；將所述第二效乳產(chǎn)品注入第三效中，其中在約62°C的溫度下加熱所述 第二效乳產(chǎn)品，以蒸發(fā)水并增加所述第二效乳產(chǎn)品的固體含量，以產(chǎn)生具有18%至27% 固體濃度的第三效乳產(chǎn)品；將所述第三效乳產(chǎn)品注入第四效中，其中在約60°C的溫度下加 熱所述第三效乳產(chǎn)品，以蒸發(fā)水并增加所述第三效乳產(chǎn)品的固體含量，以產(chǎn)生具有28%至34%固體濃度的所述乳濃縮物；將所述乳濃縮物連同乳糖酶注入第五效中，其中在約48°C 的溫度下加熱所述第五效，以蒸發(fā)水并增加固體含量，以產(chǎn)生具有34%至42%固體濃度的 經(jīng)水解的乳濃縮物；將所述經(jīng)水解的乳濃縮物注入第六效中，其中在約43°C的溫度下加熱 所述經(jīng)水解的乳濃縮物，以蒸發(fā)水并增加經(jīng)水解的乳濃縮物固體含量，以產(chǎn)生具有42%至 50%固體濃度的最終經(jīng)水解的乳濃縮物；在約80° F的溫度下將所述最終經(jīng)水解的乳濃縮 物保持在無(wú)菌罐中；和使用無(wú)菌灌裝機(jī)將所述最終經(jīng)水解的乳濃縮物包裝在無(wú)菌容器中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述原料乳產(chǎn)品被加熱到100°C的溫度，持續(xù)1 秒至5分鐘范圍內(nèi)的時(shí)間段，以使多種微生物和多種酶失活。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括將所述經(jīng)水解的乳濃縮物重新構(gòu)建為嘗起來(lái) 新鮮的產(chǎn)品。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括通過(guò)在所述方法的結(jié)尾結(jié)合多種干燥的成分 和通過(guò)使用所述乳糖酶來(lái)化學(xué)上增加所述經(jīng)水解的乳濃縮物的同滲質(zhì)量摩爾濃度，使所述 經(jīng)水解的乳濃縮物的多個(gè)熱反應(yīng)減到最少。
13.一種用于制備貨架穩(wěn)定的乳濃縮物的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括乳產(chǎn)品源；用于濃縮所述乳產(chǎn)品的裝置，所述用于濃縮所述乳產(chǎn)品的裝置使用低溫真 空蒸發(fā)來(lái)產(chǎn)生乳濃縮物；和用于將乳糖酶和水添加到所述乳濃縮物中以將所述乳濃縮物水 解為包括葡萄糖和半乳糖的經(jīng)水解的乳濃縮物的裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，還包括用于將無(wú)水糖溶解入所述經(jīng)水解的乳濃縮物 中以形成具有最小水分活度的貨架穩(wěn)定的乳濃縮物的裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述用于濃縮所述乳產(chǎn)品的裝置包括多效。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述用于濃縮所述乳產(chǎn)品的裝置包括無(wú)菌真空 冷卻容器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述用于濃縮所述乳產(chǎn)品的裝置還包括無(wú)菌均 4^ 1 ο
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，還包括用于無(wú)菌地包裝所述貨架穩(wěn)定的乳濃縮物的裝置ο
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述貨架穩(wěn)定的乳濃縮物具有低于0.85的水分 活度值。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述經(jīng)水解的乳濃縮物是70%至99.5%水解的。
全文摘要
本文公開(kāi)了一種濃縮物、系統(tǒng)和用于制備貨架穩(wěn)定的乳濃縮物的低溫工藝，所述工藝不需要超高溫?zé)崽幚韥?lái)控制所述產(chǎn)品的微生物學(xué)。所述方法優(yōu)選地結(jié)合無(wú)菌技術(shù)和乳糖的酶法降低來(lái)控制水分活度。所述方法優(yōu)選地包括將乳中的乳糖酶法轉(zhuǎn)化為其組成糖，葡萄糖和半乳糖，這優(yōu)選地改變了濃縮物的依數(shù)性，降低了游離水的量并降低了同滲濃度(osmolarity)。
文檔編號(hào)A23C9/12GK102105066SQ200980123705
公開(kāi)日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2009年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月24日
發(fā)明者查爾斯·E·信澤爾 申請(qǐng)人:查爾斯·E·信澤爾