Способ получения сыворотки с низким содержанием фосфора

Способ получения сыворотки с низким содержанием фосфора

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к способу получения сыворотки с низким содержанием фосфора, содержание фосфора в которой понижено.

По настоящей заявке испрашивается приоритет по японской патентной заявке № 2009-220086, поданной 25 сентября 2009 года, содержание которой введено здесь ссылкой в полном объеме.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Подсырная сыворотка является побочным продуктом производства сыра. Как правило, эту сыворотку используют в качестве сырьевого материала для получения сывороточного белка или лактозы, или используют в качестве сырьевого материала для улучшения вкуса хлеба или сладкой выпечки, в качестве сырьевого материала для получения напитков или в качестве сырьевого материала для получения смеси для детского питания или аналогичного им.

Однако при использовании сыворотки в качестве сырьевого материала для получения смеси для детского питания ввиду того, что сыворотка включает большое количество минеральных веществ, существуют ограничения для потенциальных применений полученной в результате смеси для детского питания.

Как правило, для достижения композиции, аналогичной грудному молоку, смесь для детского питания получают с содержанием белка в пределах от 9,5 до 11 г и содержанием фосфора в пределах от около 6,8 ммоль на 100 г порошкообразного продукта. Дополнительно композиция белка в смеси для детского питания, как правило, состоит из 40% казеина и 60% сывороточного белка для достижения композиции аналогичной грудному молоку.

Проводят деминерализацию изолята сывороточного белка высокой степени очистки или концентрата сывороточного белка с удалением многих минеральных веществ, включая фосфор, что позволяет получить композицию, которую можно использовать в композиции смеси для детского питания с содержанием белка и содержанием фосфора, близким к таковому в грудном молоке.

Однако продолжают проводиться исследования микроэлементов, находящихся в грудном молоке, которые по существу очень важны для новорожденных грудных детей, и в максимальной степени желательно использовать смеси для детского питания, в которых используют подсырную сыворотку или другие сырьевые материалы, полученные из молока, содержащие микроэлементы молока, которые прошли удаление компонентов, таких как фосфор, который может присутствовать в количествах, избыточных для грудных детей.

Например, в случае, когда в качестве источника казеина используют кислотный казеин (казеин: 84%, фосфор: 23 ммоль/100 г), то содержание казеина можно легко контролировать, но по возможности предпочтительно в качестве источника сывороточного белка в максимальной степени использовать обезжиренное сухое молоко (казеин: 27,2%, сывороточный белок: 6,8%, фосфор: 31 ммоль/100 г) с сывороткой.

В этом случае сыворотка имеет содержание фосфора в пределах от 18 до 22 ммоль/100 г сухих веществ, и такое содержание фосфора должно быть снижено до не более чем в пределах от 6 до 12 ммоль/100 г сухих веществ. Следовательно, продолжает существовать необходимость в развитии технологии, способной приблизить смеси для детского питания к композиции грудного молока, при этом очень важно снижение содержания фосфора в сыворотке.

Одной из технологий снижения содержания фосфора в сыворотке является способ с использованием ионообменной смолы (смотрите, например, непатентный документ 1).

Дополнительно известные способы получения сыворотки с низким содержанием фосфора включают (A) способы, в которых используют только ионообменную смолу (смотрите, например, патентный документ 1), (B) способы, в которых деминерализацию сначала проводят при использовании электродиализной или нанофильтрационной (NF) мембраны или аналогичного им для снижения деминерализационной нагрузки на ионообменную смолу, и затем частично деминерализованную сыворотку пропускают через сильнокислотную катионообменную смолу и сильноосновную анионообменную смолу (смотрите, например, патентный документ 2), или (C) способы, в которых сыворотку сначала пропускают через катионообменную смолу в водородной форме и анионообменную смолу в хлоридной форме, и затем подвергают электродиализу или нанофильтрации (смотрите, например, патентный документ 3).

В способе, описанном в непатентном документе 1, сыворотку сначала пропускают через катионообменную смолу, регенерированную в водородную форму, с замещением таким образом катионов металла ионами водорода и с получением на выходе из ионообменной смолы кислого элюата. Затем элюат пропускают через анионообменную смолу, регенерированную в гидроксидную форму, с замещением, таким образом, анионов (цитрат, фосфат, хлорид или лактат) ионами гидроксида для деминерализации. Этот способ позволяет достичь высокого показателя деминерализации в пределах от 90 до 98%.

В способе получения сывороточного белка с низким содержанием фосфора, описанном в патентном документе 1, разведенный концентрат сывороточного белка имеет содержание сывороточного белка 70% масс. и pH разведенного раствора отрегулирован до 4 или ниже. Затем раствор последовательно контактирует с катионообменной смолой в H⁺ форме и анионообменной смолой с получением таким образом сывороточного белка с низким содержанием фосфора, в котором содержание фосфора снижено до в пределах не более чем 0,15 мг на 1 г белка.

В патентном документе 2 описывается способ концентрирования и деминерализации подсырной сыворотки, и в Примере 4 этого документа из раствора обезжиренной кислой подсырной сыворотки при использовании ультрафильтрации удаляют высокобелковые вещества, затем для проведения одновременного концентрирования и деминерализации используют мембрану обратного осмоса, по существу, с низким показателем обессоливания. Затем полученный сывороточный концентрат для деминерализации пропускают через сильнокислотную катионообменную смолу и сильноосновную анионообменную смолу ионообменного устройства со смешенным наполнителем.

В способе, описанном в патентном документе 3, концентрированную сыворотку сначала вводят в слабокатионную колонку или колонку с карбоновой кислотой для проведения ионообмена в пределах от 60 до 70% двухвалентных катионов на протоны, и ионообмена в пределах от 5 до 15% моновалентных катионов на протоны. Затем полученный в результате элюат вводят в колонку со смешенным наполнителем, содержащим сильнокатионную ионообменную смолу и сильноанионную ионообменную смолу, заменяя таким образом оставшиеся ионы кальция и магния протонами. Дополнительно, ионы натрия и калия также заменяют протонами, и сульфатные анионы подвергают ионообмену на ионы хлора с выходом сильно кислотного элюата (pH в пределах от 2 до 2,5). Этот элюат вводят в устройство для электродиализа и удаляют большую часть анионов хлора и большую часть протонов. Затем полученный в результате продукт пропускают через сильную анинообменную смолу для замены ионов цитрата и фосфата ионами хлора.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

[Патентный документ 1] японская патентная публикация (по гранту) № 3411035.

[Патентный документ 2] японская нерассмотренная патентная заявка, первая публикация № Sho 58-175438.

[Патентный документ 3] японская патентная публикация (по гранту) № 3295696

НЕПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

[Непатентный документ 1].

Milk Comprehensive Dictionary [Miruku Sogo Jiten], published by Asakura 15 Publishing Co., Ltd., first edition January 20, 1992, стр. 375-377.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМ

Кальций и магний являются важными нутриентами, уровни потребления которых установлены во многих странах. В Японии эти уровни потребления приведены в «Dietary Reference Intakes for Japanese (2005)». Однако в Японии согласно докладам, таким как «Results of National Health and Nutrition Survey 2005», нутритивная достаточность таковых, рекомендованная к потреблению с пищей, не адекватна. В результате широко распространены пищевые продукты, обогащенные кальцием и магнием, и добавки. Кальций и магний являются нутритивными компонентами, которые могут быть указаны в составе пищевого продукта с заданной нутритивной функцией, и при удовлетворении определенным требованиям пищевые продукты могут быть указаны как обогащенные кальцием или магнием. Таким образом, широко признается важность кальция и магния в питании.

Молочные продукты считаются высококачественным источником кальция, и сыворотка не является исключением, также хорошим источником кальция является сыворотка с низким содержанием фосфора, содержание которого в ней было понижено.

Другими словами, предпочтительна сыворотка с низким содержанием фосфора, в которой сохранено изначальное содержание кальция и магния сыворотки, используемой в качестве сырья, но при этом снижено содержание фосфора.

Дополнительно, в таких случаях, когда сыворотку используют в качестве сырьевого материала для смеси для детского питания, как правило, предпочтительно, чтобы в сыворотке было снижено содержание натрия и калия, и, следовательно, желательно получить сыворотку с низким содержанием фосфора, в которой сохранено изначальное содержание кальция и магния сыворотки, используемой в качестве сырья, но при этом снижено содержание фосфора, натрия и калия.

Однако способы, описанные в указанных выше патентных документах 1-3 и непатентном документе 1, все включают стадию деминерализации при использовании катионообменной смолы, и это приводит к удалению не только моновалентных катионов, но также двухвалентных катионов, таких как кальций и магний, которые имеют высокую нутритивную ценность.

Например, в Таблице II-4.3 в непатентном документе 1 показатель деминерализации, приведенный для сыворотки, которая была деминерализована при использовании ионообменной смолы, составляет 97%, а композиция после деминерализации, приведенная на 100 г сухих веществ, включая общее содержание кальция и магния, составляет 5,43 ммоль/100 г сухих веществ, содержание фосфора составляет 10 ммоль/100 г сухих веществ, и общее содержание натрия и калия составляет 1,71 ммоль/100 г сухих веществ, что указывает на то, что была удалена большая часть кальция и магния.

Дополнительно, в способе, описанном в патентном документе 1, целевые показатели на 1 г белка составляют не более чем 0,227 мг кальция, не более чем 0,057 мг магния и не более чем 0,15 мг фосфора (эквивалентные показатели рассчитаны относительно содержания сухих веществ в сыворотке, которая содержит 12% масс. белка, как общее содержание кальция и магния, составляющее не более чем 0,0961 ммоль/100 г сухих веществ, и содержание фосфора, составляющее более чем 0,0581 ммоль/100 г сухих веществ), что указывает на отсутствие технологии, позволяющей сохранить кальций и магний.

Настоящее изобретение было разработано в свете указанных выше обстоятельств, и объект настоящего изобретения относится к способу получения сыворотки с низким содержанием фосфора, в которой было снижено содержание фосфора, но при этом не снижено содержания кальция и магния.

Дополнительно, в предпочтительном варианте объект настоящего изобретения относится к способу получения сыворотки с низким содержанием фосфора, в которой может быть снижено содержание фосфора, натрия и калия, но при этом не снижено содержания кальция и магния.

ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ НАСТОЩИМ ИЗОБРЕТЕНИЕМ

В результате интенсивных исследований, нацеленных на достижение указанных выше объектов, авторы настоящего изобретения установили, что прохождение жидкой, используемой в качестве сырья сыворотки с низким содержанием хлора через ионообменную смолу в хлоридной форме, содержание фосфора может быть эффективно снижено, при этом не снижено содержания кальция и магния.

Дополнительно, авторы настоящего изобретения также установили, что при использовании для деминерализационной обработки прошедшего обработку при использовании анионообменной смолы элюата с пониженным содержанием фосфора методом нанофильтрации может быть снижено содержание натрия и калия, при подавлении снижения содержания кальция и магния, и что если во время деминерализационной обработки молярное соотношение содержания хлора относительно общего содержания натрия и калия (хлор/(натрий+калий)) в целевой обрабатываемой жидкости, поданной на деминерализационную обработку нанофильтрацией, высокое, то проницаемость для натрия и калия при нанофильтрации повышается с получением улучшенного деминерализационного эффекта.

В одном из аспектов настоящее изобретение относится к способу получения сыворотки с низким содержанием фосфора, способ включает проведение деминерализационной обработки при использовании нанофильтрации, проведение первой стадии деминерализации используемой в качестве сырья жидкой сыворотки с получением жидкой сыворотки с низким содержанием хлора, содержание хлора в которой снижено до не более чем 30 ммоль на 100 г сухих веществ, и стадию прохождения жидкой сыворотки с низким содержанием хлора через ионообменную смолу, где ионообменная смола представляет анионообменную смолу, и в качестве анионообменной смолы используют по меньшей мере анионообменную смолу в форме хлорида.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к указанному выше способу получения сыворотки с низким содержанием фосфора, где pH используемой в качестве сырья жидкой сыворотки составляет в пределах от 6 до 7, и pH жидкой сыворотки с низким содержанием хлора и pH элюата на выходе из анионообменной смолы составляют для обеих в пределах от 6 до 7.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к указанному выше способу получения сыворотки с низким содержанием фосфора, где содержание хлора в жидкой сыворотке с низким содержанием хлора составляет не более чем 20 ммоль на 100 г сухих веществ.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к указанному выше способу получения сыворотки с низким содержанием фосфора, где в сыворотке с низким содержанием фосфора содержание фосфора составляет не более чем 12 ммоль на 100 г сухих веществ, и общее содержание кальция и магния составляет по меньшей мере 10 ммоль на 100 г сухих веществ.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к указанному выше способу получения сыворотки с низким содержанием фосфора, где способ дополнительно включает вторую стадию деминерализации путем обработки элюата, полученного при прохождении через анионообменную смолу, деминерализационной обработкой при использовании способа нанофильтрации.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к указанному выше способу получения сыворотки с низким содержанием фосфора, где молярное соотношение содержания хлора относительно общего содержания натрия и калия (хлор/(натрий + калий)) в целевой обрабатываемой жидкости, поданной на деминерализационную обработку на второй стадии деминерализации, составляет по меньшей мере 0,35.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к указанному выше способу получения сыворотки с низким содержанием фосфора, где способ включает стадию прохождения жидкой сыворотки с низким содержанием хлора не более чем 30 ммоль на 100 г сухих веществ через ионообменную смолу, где ионообменная смола представляет анионообменную смолу, и в качестве анионообменной смолы используют по меньшей мере анионообменную смолу в форме хлорида, где pH жидкой сыворотки с низким содержание хлора составляет в пределах от 6 до 7, и pH элюата, полученного при прохождении через анионообменную смолу, составляет в пределах от 6 до 7.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к указанному выше способу получения сыворотки с низким содержанием фосфора, где содержание хлора в жидкой сыворотке с низким содержанием хлора составляет не более чем 20 ммоль на 100 г сухих веществ.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к указанному выше способу получения сыворотки с низким содержанием фосфора, где содержание фосфора в сыворотке с низким содержанием фосфора составляет не более чем 12 ммоль на 100 г сухих веществ, и общее содержание кальция и магния составляет по меньшей мере 10 ммоль на 100 г сухих веществ.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к указанному выше способу получения сыворотки с низким содержанием фосфора, где способ дополнительно включает деминерализационную обработку нанофильтрацией элюата, полученного при прохождении через анионообменную смолу.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к указанному выше способу получения сыворотки с низким содержанием фосфора, где проводят деминерализационную обработку нанофильтрацией элюата, полученного при прохождении через анионообменную смолу, молярное соотношение содержания хлора относительно общего содержания натрия и калия (хлор/(натрий+калий)) в целевой обрабатываемой жидкости, поданной на деминерализационную обработку, составляет по меньшей мере 0,35.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к сыворотке с низким содержанием фосфора, которая является идеальной для получения смеси для детского питания.

ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение позволяет получить сыворотку с низким содержанием фосфора, в которой содержание фосфора снижено, при подавлении при этом снижения содержания кальция и магния.

Дополнительно, проведение указанной выше второй стадии деминерализации позволяет получить сыворотку с низким содержанием фосфора, в которой снижено содержание фосфора, натрия и калия, при подавлении при этом снижения содержания кальция и магния.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР

На Фиг. 1 приведен график, иллюстрирующий взаимосвязь для серий тестовых примеров между снижением фосфора при прохождении через анионообменную смолу в хлоридной форме и содержанием хлора перед прохождением через анионообменную смолу.

ВАРИАНТЫ ВОПЛОЩЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее настоящее изобретение будет описано более детально.

Используемая в качестве сырья жидкая сыворотка.

При получении сыра, казеина, казеина натрия или йогурта или аналогичного им в качестве сырьевого материала используют молоко, полученное от коров, коз или овец или аналогичное им, оставшаяся прозрачная жидкость после удаления фракции молочного сгустка известна как сыворотка. Сыворотка, используемая в настоящем изобретении, может представлять необработанную сыворотку, полученную простым отделением фракции молочного сгустка; обработанную сыворотку, полученную обработкой необработанной сыворотки проведением предварительной обработки, такой как обезжиривание и/или удаление белка; или порошкообразный продукт, полученный обработкой необработанной сыворотки или предварительно обработанной сыворотки при использовании традиционных способов сушки, таких как распылительная сушка или лиофильная сушка. Также могут быть использованы коммерчески доступные порошкообразные сыворотки, и в идеале порошкообразные сыворотки, в которых содержание хлора снижено проведением предварительной обработки.

Используемая в качестве сырья жидкая сыворотка может представлять любую жидкость, содержащую сыворотку, и жидкая сыворотка может быть просто использована как таковая или может быть использована в виде водного раствора порошкообразной сыворотки. Если требуется, также в качестве используемой в качестве сырья жидкой сыворотки может быть использован концентрат, полученный предварительным концентрированием жидкости.

Сыворотка и используемая в качестве сырья жидкая сыворотка предпочтительно нейтральны. В частности, pH используемой в качестве сырья жидкой сыворотки предпочтительно составляет в пределах от 5,5 до 7,4, и более предпочтительно в пределах от 6 до 7.

pH, составляющий в приведенных выше пределах используемой в качестве сырья жидкой сыворотки, не нуждается в проведении нейтрализации и поэтому последующая стадия деминерализации может быть проведена при использовании способа нанофильтрации, и стадия прохождения жидкой сыворотки через ионообменную смолу может быть проведена в нейтральной области, и может быть предотвращено разрушение или денатурация сывороточного белка, кислотное расщепление или щелочная реакция сахаров. Дополнительно, отсутствует какая-либо опасность снижения срока службы нанофильтрационной мембраны, даже если используют мембрану с низкой щелочеустойчивостью.

Первый вариант воплощения изобретения

Первая стадия деминерализации

Первая стадия деминерализации представляет стадию деминерализационной обработки нанофильтрацией используемой в качестве сырья жидкой сыворотки с получением жидкой сыворотки с низким содержанием хлора.

Способ нанофильтрации представляет способ, включающий стадию отделения обрабатываемой целевой жидкости, которая подана на нанофильтрацию, для деминерализационной обработки с получением пермеата, прошедшего через нанофильтрационную мембрану, и ретентата, не прошедшего через мембрану.

Нанофильтрационная (NF) мембрана представляет мембрану, расположенную в области между ультрафильтрационными (UF) мембранами и обратноосмотическими (RO) мембранами, а нацеленную на разделение частиц с показателями молекулярной массы в пределах от нескольких десятков до нескольких тысяч дальтон, что эквивалентно молекулярному размеру в нанометровой области. Наряду с минеральными веществами, сахарами, аминокислотами, витаминами и тому подобными эти частицы имеют малую молекулярную массу и низкую способность проникновения через нанофильтрационную мембрану.

Хотя конкретные примеры нанофильтарционных мембран включают DL, DK и HL серии мембран от GE Water Technologies, Inc., SR-3 серии мембран от Koch Membrane Systems Inc., DOW-NF серии мембран от Dow Chemical Company, и NTR серии мембран от Nitto Denko Corporation (каждый из которых является названием продукта), они не ограничивают потенциальный список.

В зависимости от предполагаемого применения финальной полученной сыворотки с низким содержанием фосфора может быть выбрана подходящая нанофильтрационная мембрана для получения заданной композиции сыворотки с низким содержанием фосфора.

Способы нанофильтрации являются идеальными для проведения селективной деминерализации моновалентных минеральных веществ и поскольку демонстрируют высокий показатель обессоливания для кальция и магния, они могут быть использованы для снижения содержания хлора в используемой в качестве сырья сыворотке, при подавлении снижения при этом содержания кальция и магния.

Другими словами, при деминерализационной обработке используемой в качестве сырья жидкой сыворотки с использованием нанофильтрационной мембраны ионы хлора, содержащиеся в используемой в качестве сырья жидкой сыворотке, проникают через нанофильтрационную мембрану и переходят в пермеат. В противоположность двухвалентные катионы минеральных веществ почти не проникают через нанофильтрационную мембрану и сохраняются в ретентате.

Следовательно, при использовании способа нанофильтрации может быть получен ретентат (жидкая сыворотка с низким содержанием хлора), в котором снижено содержание хлора, при подавлении при этом снижения содержания кальция и магния в используемой в качестве сырья жидкой сыворотке.

При деминерализационной обработке нанофильтрацией pH обрабатываемой жидкости почти не изменяется. Следовательно, при использовании нейтральной используемой в качестве сырья жидкой сыворотки может быть получена нейтральная жидкая сыворотка с низким содержанием хлора. pH жидкой сыворотки с низким содержанием хлора составляет в пределах от 5,5 до 7,4, и более предпочтительно в пределах от 6 до 7.

Устройство для нанофильтрации, используемое в настоящем изобретении, может быть соответствующим образом выбрано из устройств предшествующего уровня техники.

Например, устройство может включать мембранный модуль, содержащий нанофильтрационную мембрану, питающий насос, который подает обрабатываемую целевую жидкость на мембранный модуль, устройство, которое удаляет пермеат, прошедший через нанофильтрационную мембрану, из мембранного модуля, и устройство, удаляющее ретентат, который не прошел через нанофильтрационную мембрану из мембранного модуля. Аппарат работает по периодическому принципу и также включает танк для используемой в качестве сырья жидкости, содержащий обрабатываемую целевую жидкость перед подачей на мембранный модуль, и устройство, которое возвращает ретентат, удаленный из мембранного модуля, обратно в танк с используемой в качестве сырья жидкостью.

Операция мембранного разделения может быть проведена с использованием периодической системы концентрирования, в которой пермеат удаляют, а ретентат возвращают в танк с используемой в качестве сырья жидкостью. Дополнительно к стадиям удаления пермеата и возврата ретентата в танк с используемой в качестве сырья жидкостью также система может быть обеспечена стадией диафильтрации, на которой в танк с используемой в качестве сырья жидкостью добавляют объем воды, эквивалентный удаленному пермеату. Дополнительно, непрерывная система, в которой обрабатываемая целевая жидкость подается непрерывно в мембранный модуль, и также непрерывно удаляют ретентат и пермеат. Также возможна комбинация двух систем.

При периодической системе концентрирования деминерализация и концентрирование могут быть проведены одновременно. Также за счет проведения диафильтрации может быть достигнута более высокая степень деминерализации.

Содержание хлора в жидкой сыворотке с низким содержанием хлора, полученной на первой стадии деминерализации, а именно в жидкости, которую затем пропускают через анионообменную смолу, как указано ниже, составляет, как правило, не более чем 30 ммоль, предпочтительно не более чем 20 ммоль и более предпочтительно не более чем 15 ммоль на 100 г сухих веществ. При условии, что содержание хлора в жидкой сыворотке с низким содержанием хлора составляет 30 ммоль или менее, содержание фосфора может быть снижено более легко при прохождении жидкой сыворотки с низким содержанием хлора через анионообменную смолу в хлоридной форме. Дополнительно, если содержание хлора в жидкой сыворотке с низким содержанием хлора составляет 20 ммоль или менее, то эффективность процесса снижения содержания фосфора значительно улучшается.

Содержание хлора в жидкой сыворотке с низким содержанием хлора может контролироваться через степень деминерализации, достигаемую при использовании способа нанофильтрации, и может быть дополнительно снижено, например, увеличением времени деминерализационной обработки.

Другими словами, количество удаляемого хлора рассчитывают как (объем пермеата) x (концентрация хлора в пермеате), и, следовательно, снижение может быть продолжено за счет продолжения деминерализационной обработки при условии, что продолжает образовываться пермеат и пермеат включает хлор.

Хотя нет конкретных ограничений по нижнему пределу содержания хлора, становится все труднее и труднее снизить содержание хлора при усилении деминерализационной обработки. Как правило, фактическое содержание хлора составляет 5 ммоль или более на 100 г сухих веществ.

На первой стадии деминерализации деминерализационная обработка нанофильтрацией может быть проведена два или более раза с изменением условий.

Дополнительно, в таких случаях, когда сыворотка в используемой в качестве сырья жидкой сыворотке представляет прошедшую предварительную обработку сыворотку, и содержание хлора в используемой в качестве сырья жидкой сыворотке составляет около 30 ммоль или менее на 100 г сухих веществ, используемая в качестве сырья жидкая сыворотка нуждается в обработке на первой стадии деминерализации и может быть использована без модификации в качестве жидкой сыворотки с низким содержанием хлора для прохождения через анионообменную смолу. В таких случаях, когда содержание хлора в используемой в качестве сырья жидкой сыворотке превышает 20 ммоль, но составляет не более чем 30 ммоль на 100 г сухих веществ, используемую в качестве сырья жидкую сыворотку предпочтительно подвергают первой стадии деминерализации для снижения содержания хлора до не более чем 20 ммоль на 100 г сухих веществ, для более эффективного снижения содержания фосфора используют ионообмен.

В таких случаях, когда содержание хлора в используемой в качестве сырья жидкой сыворотке составляет не более чем 20 ммоль на 100 г сухих веществ, используемая в качестве сырья жидкая сыворотка может быть как пропущена через анионообменную смолу без проведения первой стадии деминерализации, так и подвергнута обработке на первой стадии деминерализации для дополнительного снижения содержания хлора.

Прохождение через анионообменную смолу

Жидкую сыворотку с низким содержанием хлора, содержание хлора в которой снижено проведением первой стадии деминерализации, затем пропускают через ионообменную смолу.

Ионообменная смола в настоящем изобретении состоит из анионообменной смолы. Другими словами, не проводят обработку прохождением жидкой сыворотки через катионообменную смолу.

Анионообменная смола включает по меньшей мере анионообменную смолу в хлоридной форме.

Прохождение жидкой сыворотки через анионообменную смолу предпочтительно проводят в нейтральной области. В частности, pH жидкой сыворотки с низким содержанием хлора, прошедшей через анионообменную смолу, и pH элюата (здесь и далее указанный как «прошедшая ион-обмен сыворотка») - оба предпочтительно находятся в пределах от 5,5 до 7,4, и более предпочтительно в пределах от 6 до 7.

По этой причине ионообменную смолу в OH-форме предпочтительно не использовать в качестве анионообменной смолы и предпочтительно использовать только ионообменную смолу в форме хлорида в качестве анионообменной смолы. Дополнительно, прохождение жидкости через анионообменную смолу в OH-форме приводит к получению щелочной жидкости, что ингибирует, таким образом, выделение фосфора и делает трудным снижение содержания фосфора, и это является другой причиной, по которой применение анионообменной смолы в OH-форме нежелательно.

В качестве анионообменной смолы в хлоридной форме может быть использована анионообменная смола, переведенная в хлоридную форму заранее при использовании солевого раствора или соляной кислоты. Конкретные примеры ионообменной смолы включают продукты IRA402BL и IRA958 от Rohm and Haas Company, и PA316 от Mitsubishi Chemical Corporation (каждый из которых является названием продукта).

Однако они не ограничивают потенциальный список и в зависимости от предполагаемого применения финальной полученной сыворотки с низким содержанием фосфора может быть выбрана подходящая анионообменная смола для получения заданной композиции сыворотки с низким содержанием фосфора.

Прохождение жидкой сыворотки с низким содержанием хлора через анионообменную смолу в форме хлорида приводит к снижению содержания фосфора в сыворотке. В результате может быть получена прошедшая ионообмен жидкая сыворотка с пониженным содержанием фосфора. С другой стороны, содержание двухвалентных катионов минеральных веществ снижается только очень незначительно при прохождении через анионообменную смолу в хлоридной форме.

Следовательно, может быть получена прошедшая ионообмен жидкая сыворотка с пониженным содержанием фосфора, при подавлении снижения содержания кальция и магния.

Для достижения предпочтительного содержания фосфора в сыворотке с низким содержанием фосфора, приведенной ниже, содержание фосфора в прошедшей ионообмен жидкой сыворотке предпочтительно составляет не более чем 12 ммоль и более предпочтительно составляет 10 ммоль на 100 г сухих веществ.

Условия прохождения жидкости через анионообменную смолу в хлоридной форме могут быть установлены в соответствии с целевым показателем содержания фосфора в элюате, при условии, что условия не вызывают кристаллизацию лактозы.

В таких случаях, когда жидкость, содержащая сыворотку, проходит через анионообменную смолу в хлоридной форме, чем ниже содержание сухих веществ в объеме потока на единицу ионообменной способности ионообменной смолы, тем выше становится эффективность ионообмена, и тем выше снижение содержания фосфора как результат прохождения через смолу. Другими словами, если объем ионообменной смолы определен как A (единицы: л), а количество сухих веществ в элюате определено как В (единицы: кг), тогда при сравнении, проводимом при использовании той же смолы, содержание фосфора в элюате снижается как соотношение сухих веществ к объему смолы, представленному B/A. Дополнительно, для достижения большего снижения содержания фосфора в элюате концентрация сухих веществ в жидкости, прошедшей через смолу, предпочтительно снижена, и скорость потока предпочтительно снижена (замедленна).

Концентрация сухих веществ в жидкости, прошедшей через анионообменную смолу в хлоридной форме, составляет, например, предпочтительно в пределах от 4 до 40%, и более предпочтительно в пределах от 5 до 20%. Если содержание сухих веществ составляет менее чем 4%, то прохождение жидкости занимает больше времени, и ухудшается производительность. Дополнительно, чем ниже становится концентрация сухих веществ, тем больший показатель концентрации требуется установить при проведении концентрирования на последующих стадиях. Если концентрация сухих веществ превышает 40%, то вязкость жидкости становится слишком высокой, и повышается риск кристаллизации лактозы.

Скорость потока во время прохождения жидкости составляет, например, в пределах от 2 до 12 SV и более предпочтительно в пределах от 3 до 8 SV. Если скорость потока составляет менее чем 2 SV, то прохождение жидкости занимает больше времени, и ухудшается производительность. Если скорость потока превышает 12 SV, то увеличивается потеря давления. SV представляет относительный объем жидкости, проходящей через смолу за единицу времени, относительно объема ионообменной смолы, таким образом, что скорость потока при объеме жидкости, эквивалентном объему ионообменной смолы, проходящей через смолу за 1 час, считается равной 1 SV.

Температура, при которой жидкость пропускают через ионообменную смолу, предпочтительно составляет в пределах от 2 до 50°C и более предпочтительно в пределах от 3 до 15°C. Если эта температура составляет менее чем 2°C, то жидкость становится слишком вязкой. Дополнительно, если температура становится слишком низкой, то возникает опасность замерзания жидкости. В противоположность, если температура превышает 50°C, то возникает риск денатурации белка или покоричневения, или аналогичного им. Для подавления роста микроорганизмов температура предпочтительно составляет не более чем 10°C.

Полученная таким способом прошедшая ионообмен жидкая сыворотка (элюат) может быть использована без дополнительных модификаций в качестве жидкой сыворотки с низким содержанием фосфора или, если необходимо, может быть подвергнута одной или более пост-обработке при использовании традиционных способов. Эти пост-обработки предпочтительно представляют обработки, которые не вызывают повышение содержания фосфора в жидкости. Дополнительно, пост-обработки предпочтительно также не вызывают снижение содержания кальция и магния в жидкости.

Например, прошедшая ионообмен жидкая сыворотка может быть сконцентрирована с получением концентрированной жидкой сыворотки с низким содержанием фосфора. Дополнительно, если необходимо, полученная прошедшая ионообмен жидкая сыворотка может быть подвергнута концентрированию и затем подвергнута стадии сушки, такой как лиофильная сушка или распылительная сушка, с получением порошкообразной сыворотки с низким содержанием фосфора. Сыворотка с низким содержанием фосфора может быть использована в качестве сырьевого материала для других продуктов.

Согласно варианту воплощения настоящего изобретения, прохождение жидкой сыворотки с низким содержанием хлора, прошедшей деминерализационную обработку нанофильтрацией через анионообменную смолу в хлоридной форме, позволяет получить сыворотку с низким содержанием фосфора, как проиллюстрировано в приведенных ниже Примерах. Дополнительно, в используемой в качестве сырья сыворотке подавлено снижение содержания кальция и магния.

Содержание фосфора в финальной сыворотке с низким содержанием фосфора предпочтительно составляет не более чем 12 ммоль и более предпочтительно не более чем 10 ммоль на 100 г сухих веществ.

О