DE2035534B2

DE2035534B2 - Protein-angereichertes Ausgangsprodukt für die Käseherstellung aus Milch oder Buttermilch und Verfahren zu seiner Herstellung sowie seine Verwendung zur Herstellung von Käse

Info

Publication number: DE2035534B2
Application number: DE19702035534
Authority: DE
Inventors: Jean-Louis Joseph Rennes Maubois; Germain Pierre Charles Edouard Gabriel Versailles Mocquot; Louis Jean Jouyer Josas Vassal
Original assignee: Institut National de la Recherche Agronomique INRA
Current assignee: Institut National de la Recherche Agronomique INRA
Priority date: 1969-07-18
Filing date: 1970-07-17
Publication date: 1978-08-03
Also published as: FI53909C; DE2065974B2; DE2065974C3; IT1032005B; FR2052121A5; ES381800A1; DE2035534C3; NL152438B; SE367304B; NO131630C; NL7010656A; DE2065974A1; GB1286403A; CA990219A; CH523662A; BE753000A; DE2035534A1; NO131630B; FI53909B; DK129556C

Description

45

Die Erfindung ist speziell auf ein Verfahren gerichtet, das es ermöglicht, aus Milch einerseits eine Filtrationsflüssigkeit, die die sog. löslichen Bestandteile der Milch z. B. die Lactose, die Mineralsalze, die löslichen Proteine und die stickstoffhaltigen Nichtproteine.ganz oder teilweise enthält, und andererseits eine Flüssigkeit zu erhalten, die das gesamte Casein der Ausgangsmilch und einen Bruchteil der löslichen Bestandteile in Konzentrationen enthält, die im wesentlichen den Konzentrationen entsprechen, die in einem aus der Milch hergestellten Käse nach beendetem Abtropfen erhalten wird, oder sogar über diesen Konzentrationen liegen, besonders im Falle der löslichen Proteine.

Bei den bekannten Verfahren der Käseherstellung erhält man bekanntlich das Gel durch Gerinnen der Milch mit Lab. Anschließend wird das Gel von der Molke abgetrennt, und zwar durch einfaches Abtropfenlassen oder durch Abtropfenlassen in Kombination mit Pressen in Formen (wie es bei der Herstellung von Frischkäse oder Weichkäse üblich ist) oder nach dem Abtropfenlassen des Käsebruchs mit anschließender mechanischer Bearbeitung und mehr oder weniger starkem Erhitzen in Verbindung mit dem Dekantieren und dem Abziehen der Molke (wie es bei der Herstellung von gepreßtem Käse oder »gebranntem« Käse üblich ist).

Bei der klassischen Käseherstellung sind die technischen Arbeitsgänge von der Stufe, in der die Milch im Kessel gerinnt, bis zu der Stufe, in der man den Käse abtropfen läßt und formt, kostspielig in bezug auf die Handarbeit und in bezug auf Materialeinsatz, und die erhaltenen Produkte sind in dreifacher Hinsicht ungleichmäßig, nämlich in bezug auf die Qualität, die Zusammensetzung und das Gewicht jedes Käselaibes. Beim derzeitigen Stand der Technik ist es sehr schwierig, wenn nicht unmöglich, mit genügender Genauigkeit am Gel, das durch die Labgerinnung erhalten wird, sämtliche Parameter einzustellen und zu regulieren, die die Eigenschaften des endgültigen Käseprodukts bestimmen. Zwar hat die Ungleichmäßigkeit des Gewichts verhältnismäßig wenig Bedeutung bei gepreßtem Käse oder gekochtem Käse (diese Sorten werden auf Basis ihres Gewichts in Kilogramm gehandelt), jedoch ist dies nicht bei Weichkäse der Fall (der auf Basis der Stückzahl gehandelt wird). In allen Ländern, in denen Weichkäse erzeugt wird, stellt der Gewinnausfall, der auf die Größe der Sicherheitsspielräume zurückzuführen ist, die die Erzeuger zur Vermeidung von Verlusten durch diese Ungleichmäßigkeit des Gewichts anwenden, einen sehr erheblichen Prozentsatz des Gesamtumsatzes dar. Die Ungleichmäßigkeit der Zusammensetzung ergibt sich teilweise aus der während der Käseherstellung auftretenden Schwierigkeit ein Gel (d. h. das durch das Lab gebildete Koagulat), in dem der Wärmeaustausch oder der mechanische Austausch viel schlechter ist als in einer Flüssigkeit, gleichmäßig zu erhitzen, zu zerschneiden oder zu rühren. Die ungleichmäßige Qualität ergibt sich zum großen Teil aus den beiden obengenannten ungleichmäßigen Eigenschaften.

Es gibt Verfahren, bei denen die Herstellung des Gels kontinuierlich erfolgt und die Fabrikation entsprechend rationalisiert wird. Bei einem dieser Verfahren wird die kalt eingelabte normale Milch in einem Wärmeaustauscher erhitzt. Sie gerinnt und zirkuliert in dieser Form in einem Gerinnungszylinder. Bei einem anderen bekannten Verfahren wird die durch Eindampfen konzentrierte Milch durch Mischen mit heißem Wasser erneut erhitzt. Die Gerinnung erfolgt hierbei augenblicklich. Bei anderen Verfahren erfolgt die Synerese (Abziehen der Molke) vom Gel, das durch Einwirkung des Labs erhalten wird, mechanisch.

Alle diese bekannten Verfahren haben jedoch gewisse Nachteile, und die bei ihnen erhaltenen Produkte sind ebenso ungleichmäßig wie die bei der klassischen Käseherstellung erhaltenen Produkte, da bei der letzteren das Abziehen der Molke nach der Gerinnung erfolgt. Außerdem ist das Anwendungsgebiet dieser verschiedenen Verfahren sehr begrenzt, und ihre Durchführung kann auf Grund von Schwankungen des Ausgangsmaterials (die Zusammensetzung der Milch schwankt mit den Jahreszeiten, den Gebieten usw.) erschwert werden. Diese Schwankungen haben die Folge, daß gewisse zwingende technische Maßnahmen, die mit diesen Verfahren verbunden sind, nicht durchgeführt werden können. Außerdem erfordern diese Verfahren für ihre Durchführung verhältnismäßig umfangreiche Anlagen.

Aus »Ultrafiltration«, März 1968, A. S. Michaels,

Amicon Corporation, besonders S. 22 ist es bekannt, aus Milch durch Ultrafiltration proteinangereicherte, salz- und zuckerfreie Produkte zu gewinnen.

Ferner ist aus »Chemical engineering Progress, Bd. 34, Nr. 12, S. 31-43 ein Artikel mit dem Titel 5 »New Separation Techniques for the CPI« vom gleichen Autor vom Dezember 1968 bekannt, der auf S. 41 linke Spalte, 2. Absatz die Verwendung der Ultrafiltration für Vollmilch und entrahmte Milch beschreibt. Demgemäß ist es möglich, durch Ultrafiltration ein Konzentrat zu erhalten, das in Geschmack, Zusammensetzung und Nährwert nach Wiederverdünnen mit Wasser vom Ausgangsprodukt, d. h. der Vollmilch oder der entrahmten Milch, nicht unterscheidbar ist.

Der Nichtfachmann auf dem Gebiet der Herstellung von Käse könnte prima facie zu der Ansicht gelangen, daß die beiden zitierten Absätze die Verwendung der Ultrafiltration bei der Käseherstellung und darüber hinaus das Verfahren der vorliegenden Erfindung nahelegen. Bei genauer Betrachtung stellt man jedoch fest, daß das aus folgenden Gründen nicht richtig ist.

Der Fachmann entnimmt aus den Artikeln von Michaels die Lehre, mit Hilfe der Ultrafiltration salz- und zuckerfreie Milchproteinkonzentrate zu erhalten, was in Gegensatz zu den Notwendigkeiten auf dem Gebiet der Käseherstellung ist. Daher wird dem Fachmann durch die Artikel von Michaels die Ultrafiltration zur Herstellung von Käse nicht nahegelegt, sondern im Gegenteil, aufgrund seines Fachwissens, wird er davon abgehalten. Kein Fachmann auf dem Gebiet der Käseherstellung würde versuchen, einen Käse aus einem solchen Proteinkonzentrat herzustellen, das frei von Salzen und Zucksr (Lactose) ist, da er weiß, daß die Milchsäurebakterien sich in Ab-Wesenheit von Lactose nicht entwickeln können und daß außerdem andere Kategorien von Bakterien, die die Fäulnis bewirken, in einem mit Proteinen angereicherten Milieu mit ausreichend Wasser und ohne Zucker ein recht starkes Wachstum haben. Diese letztgenannten Bakterien verderben das Produkt, das sehr schnell nicht mehr als Nahrungsmittel verwendet werden kann. Daraus folgt, daß die normale Reaktion des Durchschnittsfachmanns auf dem Gebiet der Käseherstellung beim Lesen der Artikel von Michaels ist, daß er die Ultrafiltration für die Käseherstellung nicht anwendet, da die Ultrafiltration, wie von Michaels beschrieben, zu lactose- und salzfreien Proteinkonzen-Milch mit Hilfe der Ultrafiltrationsmethode konzentraten führt.

Auch der entsprechende Absatz aus der Veröffentlichung vom Dezember 1968 legt dem Durchschnittsfachmann die Ultrafiltration zur Käseherstellung nicht nahe. Dort heißt es u. a., daß Milch oder entrahmte triert werden kann, um ein im Geschmack, der Zusammensetzung und dem Nährwert unverändertes Konzentrat zu erhalten, das mit Wasser wieder verdünnt werden kann und dann vom Originalprodukt, d. h. der Milch oder der entrahmten Milch, nicht unterscheidbar ist. Daraus muß der Fachmann entnehmen, daß er die Ultrafiltrationsmethode beispielsweise zur Herstellung von Milchpulver benutzen kann. Die Herstellung von Milchpulver hat naturgemäß mit der Herstellung von Käse überhaupt nichts zu tun. Das bedeutet, daß die in dem zweiten Artikel von Michaels beschriebene Methode wiederum den Fachmann auf dem Käsegebiet davon wegführt, die Ultrafiltration für die Herstellung von Käse oder Vorkäse zu verwenden.

Die Veröffentlichungen von Michaels geben dem Fachmann keine Lehre betreffend die Wahl der Membranen. Der Fachmann erhält keinerlei Lehre oder Anregung, irgendeine Membran zu verwenden, die es ihm erlauben würde, einen Vorkäse zu erhalten, aus dem ein fertiger Käse hergestellt werden kann.

Mit der Käseherstellung befaßt sich ein Aufsatz von Lancelot in »La Technique Laitiere« S.33ff unter der Überschrift »Prix Redactionnel Jules Hutin-Memoires 1960-1961, Nr. 3)« mit dem Titel »La Fromagerie de FAn 2000-tell qu'aurait pu l'imaginer Jules Verne«. Dieser Artikel wurde im Jahre 1960 veröffentlicht. Er zerfällt in zwei Teile, und zwar einen fiktiven und einen nichtfiktiven. Am Ende des Artikels ist eine Zusammenfassung gegeben.

Der fiktive Teil beschreibt teils-sehr vage, teils sehr genau die Käseherstellung, wie sie im Jahre 2000 vorstellbar ist. Dies soll durch eine Vorrichtung möglich sein, die gleichzeitig nach dem Prinzip der Ultrafiltration zur Zurückhaltung der Mycellen des Caseins und nach dem Prinzip der Elektrophorese, um das Casein am Verstopfen der Poren des Filters zu hindern, arbeitet. Die Vorrichtung besteht aus einer Reihe von Platten aus Aktivkohle, porösem Porzellan und perforiertem rostfreiem Stahl, deren Anordnung nicht ganz klar ist. Das Casein soll sich an der Anode sammeln. Das viskose Produkt soll in seiner Zusammensetzung etwa der chemischen Zusammensetzung von Käse entsprechen. Weiterhin ist die Möglichkeit angegeben, entweder die Lactose zu entfernen oder eine Ansäuerung vor Eintritt der Milch in den Apparat vorzunehmen. Außerdem kann mit Calciumsalzen die Milchsäure entfernt werden, wobei man einen entmineralisierten Stoff erhält.

Dazu ist zu sagen, daß man weiß, daß, wenn man Milch über Aktivkohlepapier zirkulieren läßt, eine Vielzahl ihrer Bestandteile zurückgehalten werden, während gleichzeitig eine schnelle Verstopfung der Poren der Aktivkohle stattfindet. Schon allein dies macht die vage beschriebene Apparatur unbrauchbar für die Herstellung von Käse. Darüber hinaus ist es bekannt, daß die Elektrophorese zwei schädliche Folgen mit sich bringt, die eine solche Methode vollständig unbrauchbar für die Herstellung von Käse machen. Erstens übt die angewandte elektrische Spannung einen bakteriziden Effekt aus, so daß die nützlichen Bakterien zerstört und unverwendbar für den Käse gemacht werden, während sie tatsächlich essentiell für den Erhalt von organoleptischen Eigenschaften sind. Zweitens bewirkt die Elektrophorese, eine Erhitzung der Flüssigkeit, die im Falle der Milch sehr schädlich ist, da sie zu einer teilweisen Denaturierung der Proteine und zu Schwierigkeiten bei der Zugabe des Labs führt.

Im zweiten, nicht fiktiven Teil des Artikels von Lace lot beschrieb dieser gewisse Techniken für die Herstellung von Butter und fragt dann, warum diese nicht für die Herstellung von Käse verwendet werden. Die drei von ihm besonders hervorgehobenen Verfahren sind die Elektrophorese, das Filtrieren und das Zentrifugieren. Von Ultrafiltration ist in diesem zweiten Teil, obwohl er sich ausführlich mit Filtrieren beschäftigt, keine Rede.

Schließlich erklärt der Autor in einer Schlußfolgerung, daß er weder die Absicht hatte, eine neue Methode zur Herstellung von Käse zu schaffen noch sie entdeckt habe. Er erwähnt dann die Schwierig-

keiten hinsichtlich der Konzentration des Caseins und bei einer Konzentration von über 20% an Casein Schwierigkeiten bei der Weiterverarbeitung. Schließlich führt der Autor dann noch aus, daß es noch zahlreicher und schwieriger Experimente bedarf, um die Gesetze der Abtrennung von Casein herauszufinden.

In der Zusammenfassung werden als elektrische und mechanische Verfahren die Elektrophorese, die Elektroosmose, das Zentrifugieren und die Ultrafiltration genannt. Von diesen Methoden werden die Elektrophorese und die Ultrafiltration im fiktiven Teil des Artikels und das Zentrifugieren im nichtfiktiven Teil beschrieben.

Die gesamte Veröffentlichung von Lancelot ist in sich widersprüchlich und konfus und ist nicht in der Lage, dem Fachmann eine Lehre zu geben, wie er ein flüssiges Vorkondensat herstellen soll, das geeignet ist, zu einem Käse verarbeitet zu werden und bereits die Zusammensetzung und Konzentration an den wichtigen Bestandteilen enthält, wie sie im endgültigen Käse vorliegen. Die von La nee lot beschriebene Verwendung einer Kombination von Ultrafiltration und Elektrophorese für die Herstellung von Käse bzw. einem Vorprodukt davon, wobei dieses Produkt die chemische Zusammensetzung des Käse aufweisen soll, rührt nun nicht zu dem gewünschten Ergebnis.

Über die Art und insbesondere die Porengröße der Membranen wird in dem artikel von Lance lot überhaupt nichts ausgesagt. Weiterhin findet sich keinerlei Aussage darüber, daß das Käsevorprodukt Lactose, Mineralsalze und nicht proteingebundenen Stickstoff aufweisen muß. Im Gegenteil wird darauf hingewiesen, entweder die Lactose zu entfernen oder mit Calciumsalzen die Milchsäure zu entfernen, wobei man einen entmineralisierten Stoff erhält.

Es ist klar, daß das Verfahren der vorliegenden Erfindung durch die Veröffentlichung von Lancelot nicht neuheitsschädlich vorweggenommen ist, da nach der Beschreibung in der Veröffentlichung die Benutzung durch andere Sachverständige auf diesem Gebiet nicht möglich ist.

Weiterhin kann die Veröffentlichung von Lancelot das spezielle Verfahren gemäß vorliegender Erfindung dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet der Käseherstellung auch nicht nahelegen. Die Ausführungen sind zu widersprüchlich und zu konfus und in vielen Ausführungsformen sogar für die Herstellung von Käse nicht geeignet.

Auch eine Kombination der Artikel von Michaels mit dem Artikel von Lancelot kann dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet der Käseherstellung das erfindungsgemäße Verfahren nicht nahelegen. Der Durchschnittsfachmann wurde von der OiTenbarung dieser Artikel wegen seines Fachwissens davon abgehalten, nach dieser Offenbarung Käse herzustellen. Wie oben gezeigt, wäre ihm dies auch nicht gelungen. Wenn aber schon die einzelnen Veröffentlichungen Vorurteile beim Fachmann bewirken, so werden diese Vorurteile durch eine Kombination der Veröffentlichungen nicht aufgehoben.

Im Hinblick auf den Artikel von Lancelot und der dort im nichtfiktiven Teil unter dem Kapitel »Filtrieren« genannten Chamberland-Filter (Bougie Chamberland) sowie im Hinblick auf eine Kombination der Artikel von Michaels und Lancelot wurden auch Vergleichsversuche durchgeführt. Die Chamberland-Filter, auch Camberlain genannt, haben eine minimale Porengröße von 0,3 μ, d. h. 30 πιμ. Dies bedeutet, daß die Porengröße lOmal größer ist als die größten Poren der gemäß der Erfindung verwendeten Membrane, die nach der vorliegenden Erfindung nicht größer als 30 πιμ sein dürfen. Die größten Chamberland-Filter haben einen Porendurchmesser von 3 μ, d. h. 3000 πιμ, was lOOmal größer ist als gemäß der vorliegenden Erfindung. NachMichaels haben die Filter einen Porendurchmesser von ca. 50 πιμ

ίο bis 500 ΐημ, d. h. also etwa 2- bis 200mal größer als der Porendurchmesser der erfindungsgemäß zu verwendenden Membranen.

Aus weiter unten angegebenen Ergebnissen der Versuche geht hervor, daß der Einsatz der in den Artikeln von Lancelot und Michaels genannten Filter nicht zu den Ergebnissen gemäß vorliegender Anmeldung führt. Man kann also nach den Offenbarungen dieser Artikel kein für die Käseherstellung brauchbares flüssiges Käsevorkonzentrat herstellen.

Im Gegensatz dazu werden gemäß der Erfindung brauchbare flüssige proteinangereicherte Vorkäse erhalten, die zur Herstellung von Käsen mit ausgezeichneten Eigenschaften besonders geeignet sind. Als besondere Vorteile, die gemäß der Erfindung zu erzielen sind, sind die Steigerung der Ausbeute an nicht fetter Trockensubstanz, die Verringerung der nötigen Labmenge, die Erhöhung des Gehalts an löslichen Proteinen und stickstoffhaltigen Nichtproteinen sowie die Einfachheit der Durchführung zu nennen.

jo Gegenstand der Erfindung ist ein proteinangereichertes Ausgangsprodukt für die Käseherstellung aus Milch oder Buttermilch, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es durch Ultrafiltration der Milch oder Buttermilch bei einem Druck von 1 bis 50 kg/cm²

j5 über wenigstens eine semipermeable Membran mit einer mittleren Porengröße von nicht mehr als 30 ιτιμ, Abziehen der durch die Membran hindurchtretenden Filtrationsllüssigkeit und ggf. erneutes Behandeln der von der Membran zurückgelassenen proteinangereicherten Flüssigkeit bis zum Erhalt einer Proteinkonzentration, die der Konzentration des aus dem Ausgangsprodukt herzustellenden Käses entspricht, er-' halten worden ist.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung des proteinangereicherten Ausgangsproduktes sowie die Verwendung des flüssigen, proteinangereicherten Ausgangsprodukls zur Herstellung von Käse.
Soweit bekannt ist, ist die direkte Herstellung eines

so solchen, als »Vorkäse« dienenden Produkts unmittelbar aus der Milch bisher nicht vorgeschlagen worden.

Gemäß der Erfindung können alle Milcharten oder Buttermilch behandelt werden, die bisher für die Herstellung von Käse verwendet worden sind. Man kann beispielsweise von Kuhmilch, Ziegenmilch oder Schafsmilch ausgehen, die man in bekannter Weise vorher mäßig erhitzt.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist somit in der Käseherstellung, in der Caseinherstellung und in jeder Industrie anwendbar, in der eine Lösung hergestellt werden soll, die an einem oder mehreren der Bestandteile eines Milchnebenprodukts, z. B. der Buttermilch, konzentriert ist.
Das zu behandelnde Milchprodukt wird mit einer semipermeablen Membran unter Druck unter solchen Bedingungen zusammengeführt, daß das Produkt in starke Turbulenz gebracht wird und/oder laminar längs der Membran fließt.

15

20

JO

Der auf die Membran einwirkende Druck kann in einfacher Weise mit Hilfe einer Pumpe, aus deren Druckseite das zu behandelnde Milchprodukt austritt, und/oder mit einem verdichteten Inertgas wie Stickstoff erzeugt werden.

Die Wahl des beim Verfahren gemäß der Erfindung verwendeten Membrantyps ist nicht entscheidend wichtig, obwohl die vorteilhaftesten Membranen in der Praxis gewisse technische Voraussetzungen erfüllen müssen. Als Beispiele dieser Voraussetzungen seien genannt:

a) Hohe und konstante Filtrationsgeschwindigkeit, die möglichst wenig von der Konzentration des behandelten Produkts abhängig ist.

b) Vollkommene Gleichmäßigkeit der Poren.

c) Hohe Druckfestigkeit.

d) Sterilisierbarkeit.

e) Möglichst lange Lebensdauer.
0 Leichte Reinigung.

Geeignet sind auch semipermeable Membranen aus Celluloseacetat oder Membranen aus synthetischen Polymeren, z. B. aus den durch Wechselwirkung von Polyanionen und Polykationen hergestellten Produkten oder Membranen auf Basis von Polyvinylchlorid oder Polyacrylnitril. Natürlich können auch andere Typen von Membranen verwendet werden, die die Erfordernisse der Erfindung erfüllen, vorausgesetzt, daß der mittlere Porendurchmesser nicht größer als 30 mij. ist.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann in den verschiedensten Apparaturen durchgeführt werden. Bei einer ersten Ausführungsform wird das zu behandelnde Produkt in poröse Rohre eingeführt, die in Bündeln angeordnet und innen mit semipermeablen Membranen ausgekleidet sind. Das Wasser und die löslichen Bestandteile (Lactose und Mineralsalze), die in der Milch oder im Milchnebenprodukt enthalten sind, treten durch die Membran und ihre poröse Auflage hindurch und werden auf den Außenwänden der Rohre in Form einer Filtrationsfiüssigkeit aufgefangen. Diese Filtrationsfiüssigkeit, oie als Molke bezeichnet werden kann, wird entweder verworfen oder einer anderen Apparatur zugeführt, die einen anderen Membrantyp aufweist und den Zweck hat, eines der vorher abfiltrierten Elemente zu konzentrieren. Die in das Innere des Rohrbündels gelangende Flüssigkeit konzentriert sich somit insbesondere an Proteinen während ihres durchgangs und wird am Ausgang der Apparatur aufgefangen.

Mit porösen Rohren ausgestattete Anlagen wurden bereits für die Entsalzung von Meerwasser vorgeschlagen und verwendet. Eine Anlage dieses Typs ist beispielsweise in der USA.-Patentschrift 31 33 132 beschrieben.

Bei einer anderen Ausführungsfbrm wird das zu behandelnde Produkt oben auf eine Reihe von übereinander oder nebeneinander angeordneten Apparategruppen gegeben, von denen jede aus zwei starren porösen Platten besteht, die je eine semipermeable Membran tragen. Die beiden Membranen einer Apparategruppe sind durch einen Zwischenraum getrennt, in den die zu konzentrierende Flüssigkeit eingeführt wird. Zwei aufeinanderfolgende Apparategruppen sind ebenfalls durch einen Zwischenraum gclrcnnl, in dem die Filtrationsflüssigkcil aufgefangen wird. Die zu konzentrierende Flüssigkeit nimmt ihren Weg durch den Stapel oder die Reihe der Apparategruppen, konzentriert sich insbesondere an Proteinen und wird am Ausgang der Apparatur aufgefangen.

Eine Anlage, die aus übereinander angeordneten Apparategruppen der vorstehend beschriebenen Art besteht, wird von E. Lowe und Mitarbeitern in der Veröffentlichung »A Reverse Osmosis Unit for Food Use«, Food Technology Band 22, Seite 915 bis 917 (1968) beschrieben. In dieser Veröffentlichung wird die Anlage für die Behandlung von Eiweiß oder Fruchtsäften vorgeschlagen.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt werden. Für die diskontinuierliche Durchführung wird die Menge des zu behandelnden Milchprodukts stetig auf die semipermeable Membran aufgegeben und das konzentrierte Produkt am Ausgang der Apparatur aufgefangen, bis die Charge durchgelaufen ist. Die Erfindung eignet sich ausgezeichnet für die kontinuierliche Durchführung. Der Durchsatz des Verfahrens hängt hierbei im wesentlichen von der Oberfläche der verwendeten Membran ab. Die einzige verbrauchte Energie ist die für die Betätigung der Speisepumpe erforderliche Energie. Bei der Kontinuierlichen Durchführung erfordert das Verfahren eine Apparatur, deren Umfang im Verhältnis zu den klassischen Anlagen stark reduziert ist.

Beispielsweise nimmt die eigentliche Feinfiltrationsanlage gemäß der Erfindung für die Behandlung von 50001 Milch/Stunde etwa 1 m³ ein.

Es ist vorteilhaft, wenn die Milch oder die Buttermilch sich in turbulenter Strömung befindet oder in Berührung mit den Membranen laminar strömt. Dies ermöglicht eine schnellere Konzentrierung der Proteinbestandteile. In einer statischen Apparatur mit gleichmäßiger Bewegung ist festzustellen, daß sich von einem gewissen Konzentrationsgrad ab ein Film, dessen Durchlässigkeit immer geringer wird, auf der Membran bildet, wodurch die Filtration behindert wird. Eine ausreichende Turbulenz kann durch Rührwerke erzielt werden.

Bei der Ausfuhrungsform der Erfindung, bei der mit übereinander oder nebeneinander angeordneten Filtergruppen gearbeitet wird, ist jedes einzelne Filtersystem mit zwei Membranen versehen, die einander gegenüberliegen und von einem porösen Träger gehalten werden. Die beiden Membranen haben beispielsweise einen Abstand von einigen Millimetern. In diesem Fall wird die Milch unter Druck (z. B. 5 kg/cm²) in diesen Zwischenraum eingeführt. Als Folge der geringen Größe dieses Zwischenraums bildet sich zwischen den Membranen eine laminare Strömung aus.

Gemäß der Erfindung wird die Konzentration der Proteine in dem beim Verfahren erhaltenen flüssigen Produkt so eingestellt, daß ein Wert erhalten wird, der dicht bei der Konzentration liegt, wie sie bei der Käsesorte vorliegt, die hergestellt werden soll. Bei einem gegebenen Membrantyp und bei einer gegebenen Oberfläche der Membran (die durch die vorhandene Apparatur bestimmt ist) erhält man die gewünschte Konzentration an Proteinen, indem man beispielsweise die Durchflußzeit des eingesetzten Milchprodukts variiert. In diesem Fall kann die Durchsatzmenge der Apparatur zur Einstellung der Zusammensetzung des konzentrierten Flüssigprodukts ausgenutzt werden, und zwar durch Bestimmung eines Parameters, z. B. des Gehalts an Proteinen, des Wassergehalts, des Gehalts an Mineralsalzen, des spezifischen

809 531/105

Widerstandes oder jedes anderen physikalischen oder chemischen Eigenschaft, die das erhaltene Produkt kennzeichnet und es ermöglicht, die bekannten Regel- und Steuerverfahren anzuwenden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung führt zu einem neuen Produkt, nämlich einem flüssigen Ausgangsmaterial in Form eines Konzentrats von Proteinen, dessen Konzentration und Zusammensetzung im wesentlichen dem abgetropften Käse entsprechen. Dieses neue Produkt kann durch Zusatz der entsprechenden Substanzen (Lab, Milchsäurebakterien, Salz usw.) unmittelbar in Käse umgewandelt oder bei tiefer Temperatur für eine spätere Verarbeitung oder einen Transport zu einem anderen Fabrikationsbetrieb gelagert werden, der sich gegebenenfalls an einem anderen Ort befindet. Dieses neue Ausgangsmaterial, das als ein flüssiger Vorkäse bezeichnet werden kann, eignet sich für die Herstellung aller Käsesorten.

Die Erfindung ermöglicht .somit die Herstellung von Käsesorten, die das gleiche Gewicht, die gleiche Zusammensetzung und somit von vornherein die besten Aussichten dafür haben, daß ihre organoleptischen Eigenschaften konstant sind. Es wird ferner möglich, nach Belieben im Käse den einen oder anderen Bestandteil zurückzuhalten, der vom organoleptischen Standpunkt, vom Ernährungsstandpunkt oder technologischen Standpunkt für interessant gehalten wird, da die technologische Stufe des Abtropfenlassens praktisch ausgeschaltet ist.

Da das Abziehen der Molke ausgeschaltet ist, wird es außerdem möglich, dem erfindungsgemäß erhaltenen Ausgangsmaterial die normalerweise bei der Käseherstellung verwendeten Hilfsstoffe wie Lab, Milchsäurebakterien, Salz, Farbstoffe usw. in einer genauen Dosis zuzusetzen, die weit unter der Dosis liegt, die normalerweise bei der klassischen Käseherstellung verwendet wird. Es wird ebenfalls möglich, in wirtschaftlicher Weise natürliche Substanzen, insbesondere Enzyme, die die Gärungen und die späteren Reifungsprozesse steuern und beschleunigen, sowie Nährstoffe zuzusetzen, die vom Ernährungs- oder Geschmacksstandpunkt vorteilhaft, aber in der Milch nicht vorhanden sind.

Das neue Ausgangsmaterial eignet sich für alle Arten der Käseherstellung, da es in Abhängigkeit vom Typ und von der Aufeinanderfolge der gewählten Membranen möglich ist, nach Belieben die Zusammensetzung und die Konzentration jedes Bestandteils auf die Werte einzustellen, die denjenigen der Käsesorte entsprechen, die hergestellt werden soll. Es ist ferner möglich, die Schaffung neuer Käsesorten oder neuer Milchgetränke ins Auge zu fassen.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht ferner die Herstellung von flüssigem Vorkäse an Stellen, die dicht bei den Milcherzeugungsorten (Bauernhof, Stall) liegen auf diese Weise eine erhebliche Einsparung an den Kosten zu erzielen, die üblicherweise durch das Einsammeln der Milch verursacht werden. Dies ist besonders vorteilhaft in Käseherstellungsgebieten, die im Gebirge oder im Bergvorland liegen, wo die Transportkosten hoch sind. Eine solche Einrichtung ermöglicht außerdem die Behandlung der Milch in vollkommen frischem Zustand, eine wesentliche Voraussetzung für die Qualität der später hergestellten Käseprodukte.

Anstatt gewisse Bestandteile der Milch in dem Zustand, in dem sie üblicherweise für die Käseherstellung verwendet wird, zu konzentrieren, können im Rahmen der Erfindung diese gleichen Bestandteile auch aus Buttermilch konzentriert werden.

Beispiel 1

"· In eine Feinfiltrationszelle, die mit einer Polyolefinmembran einer mittleren Porengröße von 6,2 oder 10,4 ηιμ einer Oberfläche von 45,36 cm² versehen ist, werden 400 ml einer vorher auf 4°C gekühlten rohen entrahmten oder thermisch behandelten (2 Minuten

K) bei 70°C) Milch gegeben. Die Filtrationszelle wird unter einen Stickstoffdruck gebracht, der allmählich auf 5 kg/cm² erhöht wird, worauf mit dem Auffangen des Filtrats begonnen wird. Nach einer Zeit, die je nach dem Typ der verwendeten Membran 30 Stunden oder 50 Stunden beträgt, wird der Druck allmählich auf 6 kg/cm² erhöht. Nach insgesamt 40 oder 50 Stunden seit der ersten Druckanwendung wird die Filtration abgebrochen. Das aufgefangene Konzentrat bzw. die »Proteinlösung« wird 16 Stunden bei +2⁰C gehalten oder unmittelbar zu Käse verarbeitet. Das Konzentrat hat ein Volumen von etwas weniger als V₅ der eingesetzten Milch. Es hat etwas mehr als den fünffachen Gehalt an Stickstoffverbindungen und etwa den 2- bis 2,5fachen Gehalt an Gesamttrockensubstanz wie die Ausgangsmilch.

Beispiel 2

Ein »Camembert«-Käse wird aus einem gemäß Beispiel 1 hergestellten »Konzentrat« wie folgt hergestellt:

Zu 75 g des gemäß Beispiel 1 hergestellten Produkts werden nach Erwärmung auf 30"C 370 mg CaCl₂, die Menge an konzentriertem Rahm, die zur Einstellung eines F/T-Verhältnisses (Fettstoffe in der Trockenmasse) von 45-50% im endgültigen Käse erforderlich

Γι ist, 0,2 g konzentrierte Fermente, einige Milligramm Peniciiliumsporen, 1 g NaCI und 0,08 ml Lab gegeben. Die Bestandteile werden gut durchgemengt. Die Gerinnung erfolgt in 5 Minuten. Höchstens 10 Minuten nach der Einlabung wird der Käse in einem Raum, der eine relative Feuchtigkeit von 95 % hat, geformt. Der Käse wird allmählich auf 14°C gekühlt. 30 bis 60 Minuten nach der Einlabung kann der Käse entformt werden. Die Reifung erfolgt anschließend unter den üblichen Bedingungen.

In analoger Weise wird zur Herstellung von Weichkäse oder jeder anderen Käsesorte gearbeitet.

Beispiel 3

6000 ml rohe oder thermisch (2 Minuten bei 70⁰C)

so behandelte entrahmte Milch werden in den Behälter des Feinfilterapparats gegeben, der mit einer Membran einer mittleren Porengröße von 4,6 πιμ oder einer Membran auf Basis von Polyvinylchlorid oder Polyacrylnitril versehen ist. Diese Membran hat eine effek-

tive Oberfläche von 116 cm². Vor der Einführung in den Behälter ist die Milch auf 2"C gekühlt oder auf eine Temperatur zwischen 45 und 50°C gebracht worden.
Der die Milch enthaltende Behälter wird unter einen

bo Stickstoffdruck von 3,5 kg/cm² gebracht. Die Milch läßt man in einer Menge von etwa 2 bis 3 l/Minute (in Berührung mit der Membran) durchlaufen. Das Filtrat wird aufgefangen.

Nach einer Zeit, die, gerechnet von der Druck-

b5 anwendung auf die Apparatur, zwischen 7 Stunden und 30 Stunden liegen kann (abhängig vom Typ der verwendeten Membran und der für den Versuch gewählten Temperatur), wird das Konzentrat oder die

»Proteinlösung« aufgefangen. Das Konzentrat wird dann entweder bei 2"C aufbewahrt (bzw. auf 2°C gekühlt) und 16 Stunden bei dieser Temperatur gehalten oder auf 30⁰C erwärmt (bzw. gekühlt) und unmittelbar zu Käse verarbeitet. Das Volumen des Konzentrats ist etwas geringer als V₅ des Volumens der eingesetzten Milch. Der Gehalt an Stickstoffverbindungen beträgt etwas mehr als das 5fache des Gehalts an Stickstoffverbindungen in der Ausgangsmilch. Der Gehalt an Trockensubstanz insgesamt beträgt etwa das 2- bis 3fache des Gehalts an Trockensubstanz in der Ausgangsmilch.

Das Konzentrat oder die »Proteinlösung« oder auch der »flüssige Vorkäse« werden zu Camembertkäse oder Reblochon-Käse verarbeitet, indem die erforderlichen Hilfsstoffe (Milchsäurebakterien, Lab usw.) zugesetzt und das Konzentrat der Folge von Behandlungen unterworfen wird, die der hergestellten Käsesorte entsprechen [z. B. durch Einbringen in eine Form mit oder ohne Pressen (das Pressen ist im Falle von Reblochon-Käse notwendig)].

Nachgereichte Beispiele und Vergleichsbeispiele

gegenüber dem Stand der Technik

Nach den Artikeln von Michaels in »Amicon Booklet Nr. 905«, März 1958 mit dem Titel »Ultrafiltration« und in »Chemical Engineering Progress« Bd. 34, Nr. 12, S. 31-43 vom Dezember 1968 mit dem Titel »New separation technique for the CPI« wird ausgeführt, daß es möglich ist, die Milch zu ultrafiltrieren und ein Konzentrat der Milchproteine zu erhalten.

Nach dem Artikel von Lancelot in »La Technique Laitiere« aus dem Jahre 1960 mit dem Titel »La Fromagerie de PAn 2000 teile qu'aurait pu I'imaginer Jules Verne« soll es möglich sein, Milch mit Chamberland- oder Chamberlain-Filtern oder Kerzen (Chamberlain-Bougies) zu filtrieren oder ultrafiltrieren, um ein Proteinkonzentrat der Milch zu erhalten, das als Käse von L a η c e 1 ο t qualifiziert wird.

Die von La nee lot zitierten Versuche von D u c-Iauχ mit Chamberlain-Filtern wurden durchgeführt. Die erhaltenen Ergebnisse, die weiter unten im einzelnen dargestellt sind, zeigen, daß, wenn man eine Filtration durchführt, man sicherlich keine Lactose zurückhält, sondern daß die Proteine des Lactoserums in das Filtrat gehen, und daß wenn man eine Ultrafiltration durchführt, sicherlich alle Proteine des Lactoserums, aber auch die Lactose zurückgehalten wird.

Nach Michaels kann man von Filtrieren sprechen, wenn die Durchmesser der Poren über 0,5 μ bzw. 500 Γημ liegen und von Ultrafiltration, wenn die Durchmesser der Poren kleiner als 0,5 μ bzw. 500 ηιμ sind.

Bei der Durchführung der Versuche wurden die Chamberland-Filtertypen L3, L₅, L₇ und L^ verwendet.

Die mit den Chamberland-Filtern L3 (Porendurchmesser 3μ) und L₅ (Porendurchmesser 1,5 μ) durchgeführten Versuche ergaben die folgenden Ergebnisse:

Filter-Nr.

Porendurchmesser, μ 3 1,5

Gcsiimtgehalt un Stickstoff- 34,0 33,7

verbindungen i. d. Milch

	Filter-Nr.	Ls
	L₃	1,4
^r> Gesamtgehalt an Stickstoff verbindungen im Filtrat	2,7
Gesamtgehalt an Stickstoff verbindungen Filtrat		4%
" Gesamtgehalt an Stickstoff verbindungen Milch	8%	46,6
Lactose i. d. Milch	47,3	30,5
Lactose im Filtrat	46,0
¹⁵ Lactose Filtrat		65%
Lactose Milch	97%

Schon mit dem Filter L₅ werden 35 % Lactose zurückgehalten, obwohl dieser Filter aufgrund seines Porendurchmessers nach Michaels nur eine Filtration ergibt und keine Ultrafiltration.

Die Filter L₇ (Porendurchmesser 0,6 μ) und L_!3 (Porendurchmesser 0,3 μ), die nach Michaels die Ultrafiltration möglich machen, ergaben die folgenden Resultate:

	Porendurchmesser, μ	Filter-Nr.	L,3
JO	Gesamtgehalt an Stickstoff-	L₇	0,3
35 verbindungen i. d. Milch	0,6	33,8
Gesamtgehalt an Stickstoff	32,7
verbindungen im Filtrat		1,25
Gesamtgehalt an Stickstoff-	1,35
40 verbindungen Fiilrai
Gesamtgehalt an Stickstoff
verbindungen milch		4%
Lactose i. d. Milch	4%
₄₅ Lactose im Filtrat		47,6
Lactose Filtrat	45,3	32,2
Lactose Milch	29,5
	68%
65%

Diese Filter halten alle löslichen Proleine zurück, führen jedoch auch zu einem Zurückhalten von 35 % der Lactose.

Daraus wird ersichtlich, daß eine Kombination der Artikel von Michaels und Lance lot nicht zum erfindungsgemäßen Ergebnis führt, da diese Kombination zu einem Produkt führt, das an Lactose angereichert ist und das in keiner Weise als Käse oder Vorkäse qualifiziert und auch nicht zu Käse verarbeitet werden kann.

ho Auch der Artikel von Lancelot alleingenommcn führt zu einem Produkt, das im übrigen mit den Produkten identisch ist, die nach der klassischen Methode des Käsehersteilens erhalten werden, d. h. einem Produkt, das sehr verschieden von dem Produkt ist, das

μ man gemäß der vorliegenden Anmeldung erhält. Dieses andere Produkt enthält nicht die Gesamtheit der Proteine des Lactoserums, sondern nur eine sehr geringe Menge davon.

Erfindungsgemäß ist es notwendig, im freien Wasser des Käses denselben Lactosegehalt zu haben wie im freien Wasser der Milch.

Eine bestimmte Menge Milch (500 bis 800 ml), der Thymol zugegeben worden war, wurde nach Einstellen der gewünschten Temperatur in einen Behälter A gebracht und anschließend unter Stickstoff gebracht. Das Verfahren wurde bei Umgebungstemperaturen durchgeführt. Das Filtrat wurde in einem weiteren Behälter B gesammelt und dann analysiert.

Geschwindigkeit der Filtration:
beobachtete Geschwindigkeiten ausgedrückt in durchgelaufenen ml/m³ Std.

Filter L₁₃	346 (Milch)
Filter L₇	307 (Milch)
Filter L,	331-339 (Milch7
Filter L,	307-264 (Milch)

Das bedeutet 30maI weniger als mit Ultrafiltrationsmembranen.

Ergebnisse der Analysen

Chamberland-	Bestandteile	Trocken	Gesamt	Proteine	Lactose	Beobachtungen
Fi lter		masse	gehalt an	(N X 6,38)
			Stickstoff
			verbindungen
			(N x 6,38)
		g/kg	g/kg	g/kg	g/kg
L₁₃	Milch	90,4	33,8	_	47,5	40 ml
Poren-0 300 ηιμ	Filtrat	36,9	1,25	-	32,2	in 7 Std. erhalten
L₇,	Milch	89,4	32,7	—	45,3	38 ml
Poren-0 600 ηιμ	Filtrat	37,0	1,35	-	29,5	in 7,5 Std. erhalten
L₅,	Milch	90,0	33,7	—	46,6	42 ml
Poren-0 1500 πιμ	Filtrat	34,1	1,44	0,33	30,5	in 7,5 Std. erhalten
L₃,	Milch	90,0	34,0	_	47,3	38 ml
Poren-0 3000 ιτιμ	Filtrat	57,0	2,68	0,95	46,0	in 7,5 Std. erhalten

Nach dem ersten Versuch wurden die Filter wie folgt gereinigt:

- Durchfließenlassen von Wasser durch internen Druckabfall,

- Durchfließenlassen einer Reinigungslösung während 30 Minuten bei etwa 50°C.

- Durchfließenlassen von Wasser,

- Trocknen bei 100°C im Trockenschrank.

Wie die Ergebnisse der Versuche zeigen, erhält der Fachmann bei der Anwendung der Lehre der Artikel von Michaelsund Lancelot kein Produkt, das sich als Käse oder Vorkäse zur Herstellung von Käse eignen.

Weitere Versuche
I. Erste Versuchsreihe

Diese erste Versuchsreihe wurde durchgeführt, um die Wichtigkeit des Durchmessers der Poren der für die Ultrafiltration verwendeten Membrane zu zeigen und darüber hinaus insbesondere den kritischen Einfluß des gewählten Durchmessers auf die Zusammensetzung der bei der Ultrafiltration der Milch erhaltenen Produkte, d. h. des Ultrafiltrats (das Produkt, das durch die Membran geht) und des Retentats (das Produkt, das durch die Membran zurückgehalten wird). Um systematisch zu arbeiten, wurde eine einzige, im Handel erhältliche Ultrafiltralionszellc verwendet, die verschiedene Membranen aufnehmen kann, deren Porendurchmesser im Bereich von 3 bis 500 ηιμ liegt. Nach Kenntnis der Erfinder gibt es einen einzigen Hersteller von Membranen, der einen Bereich von Membranen liefern kann, die nach ihrem Porendurchmesser klassifiziert sind. Alle Membranen sind in der Amicon-Broschürc Nr. 1008 A, S. 3, Appendix A beschrieben.

Um eine repräsentative Aussage über die Zusummensct/.unu der Produkte der Ultrafiltration von Milch zu erhalten, wählt man im wesentlichen den Gesamtgehalt an Stickstoffverbindungen im Ultrafiltrat und den Gehalt an nichtproteinischem Stickstoff im Ultrafiltrat. Die Messung dieser Werte ermöglicht es, die gegebenenfalls im Ultrafiltrat vorliegende genaue Menge an proteinischem Stickstoff zu erfahren, d. h. die Menge, die durch die Membran gelaufen ist. Dieser Wert hat einen sehr großen Einfluß auf die Ausbeute der Umwandlung von Milch in Käse. Wenn man tatsächlich alle Proteine der Milch im Retentat zurückhält, d. h. anders ausgedrückt, wenn man feststellt, daß der Wert des Gesamtstickstoffgehalts und des nichtproteinischen Stickstoffs im Ultrafiltrat Null ist, wird die Ausbeute der Umwandlung von Milch in Käse um etwa 16% verbessert - bezogen auf die traditionelle Herstellung, bei der die gesamten löslichen Proteine der Milch in der Molke nach der

^r)0 Synercse verloren sind. Darüber hinaus hat beim Verfahren der Käseherstellung mittels einer Ultrafiltration der Milch über ein Retenlat, das direkt in Käse umgewandelt werden kann, die Gegenwart von Proteinen im Ultrafiltral eine Verringerung der Vorteile zur Folge, die die Ultrafiltrationsmelhode gegenüber der traditionellen Käseherstellung aufweist. Es muß festgehalten werden, daß jede Modifikation der Ausbeute bei der Herstellung von Käse große Wichtigkeit erhält, wenn man die riesigen Mengen Käse, die hergestellt

W) werden, in Betracht zieht.

Versuchsdurchführung

400 ml entrahmte Milch, die bei 72"C während 20Sekunden pasteurisiert worden ist, werden in eine h5 Ultrafiltriitionszcllc der genannten Art gegeben, die vorher getrocknet und mit der jeweiligen Membran verschen worden ist. Die Milch wird mit Hilfe eines dafür vorgesehenen Mngnclslabes in Bewegung gc-

halten. Der Druck von 4 bar wird mit Hilfe von Stickstoff aufrechterhalten. Die Temperal'ir der Milch betrug 2¹C. die Ultrafiltration wurde in einem gekühlten Laboratorium bei +2 (.' durchgeführt.

Die Gehalte an Gesamtstickstoff und an in 12%iger Trichloressigsäure löslichem Stickstoff (nichtproteinischer Stickstoff) wurden durch Mikrokjel-

dahl bestimmt nach der A.O.A.C.-Standard (1945 S. 559.

Erhaltene Ergebnisse

Die erhaltenen Ergebnisse (Mittel von 3 Versuchen sind in der folgenden Tabelle I zusammengestellt

Tabelle I

Bezeichnung der	Porosität in πιμ	Milch	Ultrafiltrat	nichtproteinischer	gehalt minus
DIAFLO-Membran	Porendurchmesser	Gesamtstickstoff-	Gesamtstick-	Stickstoff, löslich	nichtproteinischer
		gehalt	stofTgehalt	in 12%iger	Stickstoff = pro
			N₆ · 6,38	Trichloressigsäure	teinischer Stickstoff
				N.ri-6,38
					0
		g/kg	g/kg	1,5	0
PM 10	3,6	35,0	!,5	1,6	0
PM 30	4,6	35,0	1,6	1,5	0
XM 50	6,2	32,7	1,5	1,6	0,6
XM 100 A	10,4	34,9	1,6	1,5	1,3
XM 300	36,0	31,9	2,1	1,0	4,0
DP 02	200,0	31,4	2,3	1,1
DP O 45	450,0	31,4	5,1

Die Ergebnisse der Tabelle I zeigen, daß

1. Bei einem Porendurchmesser zwischen 3,6 und 10,4 πιμ überhaupt kein Protein der Milch durch die Ultrafiltrationsmembrane geht,

2. bei einem Porendurchmesser von 36,0 ιτιμ eine kleine Menge von Proteinen der Milch durch die Ultrafiltrationsmembrane geht, d.h. 1,9% des Gesamtstickstoffgehalts der Milch,

3. bei einem Porendurchmesser von 200 πιμ 4 % des Gesamtstickstoffgehalts der Milch im Ultrafiltrat gefunden werden.

4. bei einem Porendurchmesser von 450 πιμ 13 % der Proteine der Milch im Ultrafiltrat gefunden werden. Das bedeutet, daß, wenn man im Ultrafiltrat eine

Menge an Proteinen der Milch feststellt, die 1,9% des Gesamtstickstoffgehalts der Milch beträgt (im Falle der DIAFLO-Membran XM 300 - Porendurchmesser 36 Γημ) dies einem Verlust von ungefähr 3 % an absolutem Wert des Käses entspricht. Der so erhaltene Verlust stellt demnach 19% der erhofften Steigerung (die 16 % beträgt) der Ausbeute der Umwandlung von Milch in Käse dar, d. h. etwa V₅.

Schlußfolgerung

Die Ergebnisse der ersten Versuchsserie zeigen ganz klar, daß nur Membranen mit einem Porendurchmesser unter etwa 30 Γημ als einzige in der Lage sind, die löslichen Proteine der Milch zurückzuhalten. Darüber hinaus ermöglichen die Membranen die Zurückhaltung der löslichen Proteine in ihrem natürlichen Zustand, d. h., daß die Proteine während der Ultrafiltration keinerlei Denaturierung erleiden.

II. Zweite Versuchsserie

Eine zweite Versuchsserie wurde in einer halbindustriellen Ultrafiltrationszelle durchgeführt, um die folgenden Punkte zu untersuchen:

(1) die Zusammensetzung der bei der Ultrafiltratior mit verschiedenen Membranen erhaltenen Pro dukte,

(2) die Qualität der Käse (vom Typ Camembert), die J5 aus den Retentaten, d. h. den von der Membrane

zurückgehaltenen Produkten, erhalten worden sind In dieser zweiten Versuchsreihe wurden in halbtechnischem Maßstab Weichkäse vom Typ Camember aus verschiedenen Retentaten hergestellt.

Damit die zweite Versuchsserie mit der erster homogen ist, wurde ebenfalls eine Ultrafiltrationszelk der Firma Amicon Modell TC 1 und die verschiedener Membrantypen verwendet, die der Hersteller für dieses Modell als geeignet liefert.

Die bei der ersten Versuchsserie benutzte Ultra filtrationszelle ist im Volumen zu klein, um ein« richtige und signifikante Käseherstellung durch zuführen. Deshalb wurde die genannte Ultrafiltrations zelle verwendet, bei der jedoch die Anzahl der von dei

so Firma Amicon gelieferten Membranen geringer ist ah beim Modell 402.

Versuchsdurchführung

4000 ml entrahmte Milch, die bei 72°C währenc 20 Sekunden pasteurisiert worden ist, werden in da!

Reservoir einer Ultrafiltrationsanlage Amicon Model TC 1 gegeben. Das Reservoir wurde unter Drud (2 bars) mit Hilfe von Stickstoff gesetzt. Die Milch wurde mit Hilfe einer Pumpe der Marke SCAMI vorr positiven Typ in Zirkulation gehalten. Die Temperatui des von der Membran zurückgehaltenen Produkt; (Retentat) variierte zwischen 2 und 30^cC in Abhängig keit von der Konzentration.

Wenn der Gehalt an Trockensubstanz des Retentat!

nahe bei 25 g/100 war, was einer Konzentration (Ge wicht des Retentats/Gewicht der eingesetzten Milch; von etwa 5 entspricht, wurde die Ultrafiltration ge stoppt. Das Retentat wurde herausgenommen, mil

809 531/10!

2 g/100 g Milchsäurefermenten und 35g/i00g Rahm mit einem Fettgehalt von etwa 50 g/100 g versetzt. Wenn der pH des so erhaltenen Vorkäses einen Wert von etwa 5,7 erreichte, wurden 0,2 ml Lab/kg einer Stärke von Vi₀ ooo zugegeben und die Mischung schnell in eine Form mit Boden gegeoen.. die die Dimensionen eines Käses vom Typ Camembert hatte.

Die Gehalte an Trockensubstanzen werden durch Trocknung im Trockenschrank bei 102 bis 104^uC, die Gehalte an Stickstoff durch Mikrokjeldahl und die Gehalte an Laktose nach der offiziellen französischen Methode bestimmt, wie sie im Erlaß vom 8. 1. 1970 (Journal Officiel de la Republique Francaise du 25 janvier 1970) präzisiert sind.

Erhaltene Ergebnisse

Die erhaltenen Ergebnisse (Mittel von 3 Versuchen) sind in der folgenden Tabelle II zusammengestellt:

Tabelle II

Membrane

PM 30 XM 50 XM 300
Porendurchmesser in πιμ
4,6 6,2 36,0

Milch	92,4	92,4	92,4
Gesamttrockensub
stanz, g/kg	32,9	32,9	32,9
Gesamtstickstoff
gehalt, N g/kg · 6,38	46,2	46,2	46,2
Laktose, g/kg
Ultrafiltrat	54,5	54,5	60,5
Gesamttrockensub
stanz, g/kg	1,58	1,58	6,19
Gesamtstickstoff
gehalt, N g/kg · 6,38	1,58	1,58	1,58
nichtproteinischer
Stickstoff, lösl. in 12%
Trichloressigsäure,
N_lri g/kg · 6,38	47,5	47,3	47,0
Laktose, g/kg
Retentat	245,6	250,2	233,4
Gesamttrockensub
stanz, g/kg	173,4	178,6	157,4
Stickstoffgehalt,
N g/kg ■ 6,38
Käse	381,2	382,3	384,0
Gesamttrockensub
stanz, g/kg J + 1	351,5	350,0	331,0
mittleres Gewicht von
2 Käsen in g		frischer Geschmack,	neutral
organoleptische Beob	keine Fehler
achtungen J + 7

Die in der Tabelle II zusammengestellten Ergebnisse bestätigen die Ergebnisse der Tabelle I in dem Sinne, daß die Membran XM 300 mit einem Porendurchmesser von 36 πιμ nicht alle Proteine der Milch zurückhält. Ein Teil der Proteine geht in das Ultrafiltrat. Daraus ergibt sich bei gleicher Konzentration eine Verringerung des Gehalts an Trockensubstanz des Retentats und damit reziprok eine Vermehrung des Gehalts an Trockensubstanz im Ultrafiltrat, der für die Membran PM 30 und XM 50 54,5 und für die Membran XM 300 60,5 beträgt, während für alle drei Membrane der Wert an nichtproteinischem in 12%igev Trichlor-

K) essigsaure löslichem Stickstoff im Ultrafiltrat 1,58 beträgt. Weiterhin stellt man fest, daß die Verwendung der Membran XM 300 eine Verringerung der Ausbeute der Umwandlung von Milch in Käse mit sich bringt. Der Verlust an Ausbeute, der dem tatsächlich beobachteten Wert entspricht, ist 5 %, wie die folgende Berechnung zeigt:

- mittleres Gewicht der mit dem Membranen PM 30 und XM 50 erhaltenen Käse = 350 g,

- mittleres Gewicht der mit der Membran XM 300 erhaltenen Käse = 331 g,

- Verlust an Ausbeute:

350-331
360

100 = 5 %

d. h. ein Drittel der Steigerung der theoretischen Ausbeute.

Alle mit dem Ultrafiltrationsapparat Amicon Modell TC 1 geprüften Membrane halten die Laktose nicht zurück. Man stellt daher fest, daß die Membranen mit einem Porendurchmesser unterhalb 30 ηιμ alle Protein der Milch zurückhalten und die Laktose nicht zurückhalten. Diese einzigartige Kombination von Eigenschaften erlaubt allein die Herstellung von Käse mit der gleichen organoleptischen Qualität wie die Käse vom Typ Camembert, die nach der klassischen Methode hergestellt worden sind, wobei man nach dem vorliegenden Verfahren verbesserte Ausbeuten erhält.

Allgemeine Schlußfolgerung

Die Herstellung von Käse guter organoleptischer Qualität ausgehend von einem Milchausgangsmaterial aus Milch ist nur durchführbar, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind:

1) Das milchige Ausgangsprodukt ist ein Retentat, das durch Ultrafiltration der Milch erhalten wurde, und

2) die Ultrafiltration wird mit Membranen mit einem mittleren Porendurchmesser von nicht mehr als 30 Γημ durchgeführt, die alle Proteine der Milch in ihrem natürlichen Zustand zurückhalten und Laktose nicht zurückhalten bzw. anreichern.

Weitere Versuche

350 g entrahmte, pasteurisierte und auf 2°C abgekühlte Milch wurden in eine Ultrafiltrationszelle 400 gegeben, die mit Membranen DP 02 oder DP 045 ausgerüstet war. Die Zelle wurde gerührt und in eine Kältekammer bei 2°C einem Druck von 4 kg/cm² während einer Dauer von 84 Std. ausgesetzt.

Zu den erhaltenen Retentaten wurden 2 % Milchsäureferment und, wenn der pH einen Wert von 5,6 erreicht hatte, 0,02 % Lab gegeben. Sie wurden dann in Formen gegeben, und man ließ die Käsebrücke 12 Stunden abtropfen. Die folgenden Ergebnisse wurden erhalten:

19

20

Membran DP 02
200,0 Γημ

Membran DP 450,0 πιμ

Ausgangsmilch	90,0
Gesamttrockensubstanz	36,1
Gesamtstickstoffgehalt	47
Lactose
Retentat	203,2
Gesamttrockensubstanz	123,6
Gesamtstickstoffgehalt	63,6
Lactose
Käse	254,2
Gesamttrockensubstanz	71g
Gewicht an Käse erhalten aus 100 g
Retentat	29
Abtropfen, %	sehr:
organoleptische Qualität der Käse

hygienische Qualität

Alle Ergebnisse sind in g/1000 g ausgedrückt.

89,1 29,9 47

187,3

109,7

63,6

252,4 58 g

;cht sehr schlecht

scharfer und saurer Geschmack, der für einen hohen Gehalt an nicht verbrauchter Lactose charakteristisch ist

zweifelhaft zweifelhaft

Anwesenheit von verdächtigen Aufblähungen

Claims

Patentansprüche:

1. Proteinangereichertes Ausgangsprodukt für die Käseherstellung aus Milch oder Buttermilch, dadurch ge kennzeichnet, daß es durch Ultrafiltration der Milch oder Buttermilch bei einem Druck von 1 bis 50 kg/cm² über wenigstens eine semipermeable Membran mit einer mittleren Porengröße von nicht mehr als 30 πιμ, Abziehen der durch die Membran hindurchtretenden Filtrationsflüssigkeit und ggf. erneutes Behandeln der von der Membran zurückgelassenen proteinangereicherten Flüssigkeit bis zum Erhalt einer Proteinkonzentration, die der Konzentration des aus dem Ausgangsprodukt herzustellenden Käses entspricht, erhalten worden ist.

2. Verfahren zur Herstellung eines proteinangereicherten Ausgangsproduktes für die Käseherstellung nach Anspruch 1 durch Ultrafiltration von Milch oder Buttermilch, dadurch gekennzeichnet, daß man Milch oder Buttermilch unter einem Druck von 1 bis 50 kg/cm² mit wenigstens einer semipermeablen Membran in Berührung bringt, die eine mittlere Porengröße von nicht mehr als 30 ηιμ hat, die durch die Membran hindurchtretende Filtiationsflüssigkeit abzieht, die von der Membran zurückgehaltene, proteinangereicherte Flüssigkeit gegebenenfalls erneut der vorstehend beschriebenen Behandlung unterwirft, bis eine Proteinkonzentration erhalten wird, die der Konzentration des aus dem "Ausgangsprodukt herzustellenden Käses entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Milch oder Buttermilch mit einer semipermeablen Membran unter Druck und unter solchen Bedingungen in Berührung bringt, daß das Produkt einer starken Turbulenz unterworfen und/oder eine laminare Strömung der Flüssigkeit längs der Membran bewirkt wird.

4. Verwendung des flüssigen, proteinangereicherten Ausgangsproduktes nach Ansprüchen 1-3 zur Herstellung von Käse.