DE2219637A1 - Verfahren zum Abscheiden von Proteinen aus Molke - Google Patents
Verfahren zum Abscheiden von Proteinen aus MolkeInfo
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Description
betreffend Verfahren zum Abscheiden von Proteinen aus Molke
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abscheiden von Proteinen von Molke durch Ultrafiltration.
Bei den bis jetzt bei bekannten Ultrafiltrationsverfahren
benutzten Membranen handelt es sich um halbdurchlässige Membranen, die Wasser, Lactose und Salze durchlassen,
jedoch Proteine zurückhalten. Mit Hilfe eines solchen Ultrafiltrationsverfahrens
ist es möglich, ein Konzentrat zu gewinnen, bei dem die Konzentration der Proteine erhöht ist.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß eine Membran, die normalerweise für Lactose durchlässig ist, nicht in der gleichen
Weise zur Wirkung kommt, wenn sie bei der Ultrafiltration von Molke benutzt wird. Wenn man Molke unter Benutzung
von Membranen der vorstehend bezeichneten Art einer Ultrafiltration
unterzieht, finden sich in dem Konzentrat daher nicht nur Lactose, sondern auch kleinere Mengen von Salzen.
Infolgedessen erhöht sich der osmotische Druck, und daher läßt sich ein Konzentrat mit einem hohen Proteingehalt nur
erzeugen, wenn mit hohen Drücken gearbeitet wird. Bei zunehmendem Druck vergrößert sich jedoch das Ausmaß, in dem
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die Lactose zurückgehalten wird. Diese zunehmende Zurückhaltung der Lactose führt zu einer Erhöhung der Viskosität
und des osmotischen Drucks, und daher verringert sich die Leistung der benutzten Vorrichtung während des letzten Teils
des'Konzentrationsprozesses in einem erheblichen Ausmaß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das es ermöglicht, ein hochkonzentriertes Proteinerzeugnis
zu gewinnen, ohne daß mit solchen hohen Drücken gearbeitet wird.
Das Verfahren nach der Erfindung umfaßt einen zusätzlichen Arbeitsschritt, der darin besteht, daß dem zu konzentrierenden
Erzeugnis zusätzliche Mengen von Wasser oder eine dünne wässerige Balzlösung beigefügt wird»
Überraschenderweise hat es sich gezeigt, daß das Beifügen von Wasser oder einer wässerigen Salzlösung nicht nur
dazu führt, daß man ein Endprodukt mit einem erhöhten Proteingehalt erhält, sondern daß diese Maßnahme zu einer Beschleunigung
des Konzentrationsprozesses führt. Es wird angenommen, daß die günstige Wirkung des Beifügens von !wasser oder
einer Salzlösung darin besteht, daß die Zunahme der Durchsatzleistung der Membran, die auf die Verringerung des
osmotischen Drucks zurückzuführen ist, zu einer vollständigen Kompensation der Vergrößerung der Flüssigkeitsmenge
führt, welche die Membran passieren muß.
Optimale Ergebnisse werden erzielt, wenn die Molke einer Vorbehandlung unterzogen worden ist«, Eine solche Vorbehandlung
kann darin bestehen, daß die Molke zentrifugiert wird, um feine Kaseinteilchen zu entfernen und den fettgehalt
der Molke zu verringern, und daß die Molke danach pasteurisiert wird.
Wird die Molke chargenweise filtriert, wird mit dem Beifügen von Wasser begonnen, sobald die Molke teilweise
konzentriert worden ist.
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Bei einer Vorrichtung für die kontinuierliche Ultrafiltration von Molke, die mehrere Aggregate umfaßt, wird
das V/asser jeweils an den gleichen Punkten kontinuierlich
zugeführt.
Um eine hohe Leistung der Vorrichtung für die Ultrafiltration von Molke aufrechtzuerhalten, sollen die Membranen
periodisch mit Eeinigungslösungen gereinigt werden, die ein chelatbildendes Mittel und Protease enthalten= Der
Reinigungsvorgang wird damit begonnen, daß man Leitungswasser -durch die Vorrichtung strömen läßt, um das noch vorhandene
Konzentrat zu entfernen. Dann wird eine Reinigungslösung in die Vorrichtung eingeleitet» Bei dieser Reinigungslösung
handelt es sich vorzugsweise um eine niedrigkonzentrierte wässerige Lösung, die eine Protease wie Trypsin
und Papain sowie ein chelatbildendes Mittel, z.B. Äthylendiamintetraessigsäure,
enthält. Die Reinigungslösung, die sich auf einer Temperatur von unter 30° C befinden soll,
und deren pH-Wert zwischen 2 und δ liegt, wird während aufeinander folgender Zirkulations- und Stillstandsperioden
verwendet. Hierauf wird die Vorrichtung mit Leitungswasser durchgespült, und der Wasserdurchsatz wird geprüfte Erweist
sich der Wasserdurchsatz als unbefriedigend, kann man die Vorrichtung mit einer oder mehreren Reinigungslösungen
behandeln, die ebenfalls ein chelatbildendes Mittel und eine Protease enthalten» Kach jeder Behandlung wird die
Vorrichtung mit Vvasser durchgespült, und der Wasserdurchsatz wird geprüft»
Schließlich kann die Vorrichtung mit einer Desinfektionslösung gereinigt und mit Wasser durchgespült werden.
Das aus der kolke gewonnene, konzentrierte Proteinerzeugnis
eignet sich zur Verwendung als Austauschstoff für Eiweis sowie als Zusatz für fertige Gemische zum Herstellen
von kuchen«,
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Die Erfindung wird im folgenden mit weiteren Einzelheiten
anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.
Mittels einer Ultrafiltrationsvorrichtung mit einer
gesamten Membranflache von 28 m wurden 10 000 ltr Molke
innerhalb von 20 Stunden auf ein Volumen von 700 ltr konzentriert.
Die Konzentration der Proteine in dem Konzentrat betrug 10%, während der Gehalt an Trockenmasse 27,5% betrug.
Während einer zweiten Betriebsperiode wurde Wasser beigefügt, nachdem 10 000 ltr Molke auf ein Volumen von
1200 ltr konzentriert worden waren« Es wurden 1000 ltr Wasser beigefügt, und der Konzentrationsprozeß wurde fortgesetzt,
bis das Volumen des Konzentrats 400 ltr betrug. Die Konzentration der -froteine in dem fertigen Konzentrat
betrug 19,8%, während der Gehalt an Trockenmasse 29,2%
betrug. Die Gesamtdauer des Konzentrationsvorgangs betrug in diesem Fall 19 Stunden.
Molke wurde einer Ultrafiltration in einer Vorrichtung
unterzogen, die eine -gesamte iViembranf lache von 28 m aufwies,
wobei die Temperatur 10° C betrug. Die Ultrafiltration wurde chargenweise und ohne Beifügen von Wasser durchgeführt.
Das gewonnene Konzentrat mußte drei Behälter durchlaufen, bevor es der Ultrafiltrationsvorrichtung erneut zugeführt
wurde. Das Zugabewasser wurde in den ersten Behälter eingeleitet, um das Beifügen von Wasser zu der Gesamtmenge des
Konzentrats zu vermeiden.
Während der ersten Betriebsperiode wurden 10 000 ltr. Molke ohne Beifügen von Wasser behandelt. Während der zweiten
Betriebsperiode wurde mit dem Beifügen von Wasser begonnen, nachdem sich das Volumen des Konzentrats auf 1000 ltr
verringert hatte« Die Durchsatzmenge des zugefügten Wassers wurde so eingestellt, daß die Konzentration der Lactose in
dem Konzentrat den Wert von 10% nicht üherschritt. Beide
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Versuche wurden "beendet, sobald sich das Volumen des
Konzentrats auf 500 ltr verringert hatte. Die Ergebnisse
dieser ^ersuche sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.
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. Ohne Wasserbeigabe
2. Mit Wasserbeigabe
Zeit
Volumen
ltr
Trocken- Protein in masse im der Trok-Konzentrat kenmasse
Zeit
Volumen
ltr
Wasserbeigäbe
ltr/min
Trocken- Protein in masse im der Trok-Konzentrat
kenmasse
KJ
CD
CO
OO
4ϊ*
| O | 10 | 000 |
| 17,1 | 1 | 000 |
| 17,8 | 900 | |
| 18,8 | 800 | |
| 20,5 | 700 | |
| 25,0 | 500 |
6,0 16,0 17,8 19,4 20,8 26,3
| 12,0 | 0 | 10 | 000 | Beginn |
| 29,0 | 17,1 | 1 | 000 | 4 |
| 30,1 | 18,0 | 950 | 5 | |
| 31,1 | 19,0 | 875 | Ende | |
| 32,8 | 20,0 | 812 | ||
| 36,5 | 22,1 | 500 | ||
6,0
16,0
15,5
14,5
10,9
15,6
16,0
15,5
14,5
10,9
15,6
12,0 •29,0 30,6 37,8 54,0 61,5
CD CO CO
Die Ergebnisse zeigen, daß eine bestimmte Proteinkonzentration auf der Basis des Trockenmassegehalts des
Konzentrats innerhalb einer kürzeren Zeitspanne erzielt wurde, wenn Wasser beigefügt wurde. Ferner führt das Beifügen von
Wasser offenbar dazu, daß man ein Konzentrat mit einem höheren Proteingehalt erhält, bzw. daß einige nicht proteinartige
Stoffe, die normalerweise in dem Konzentrat vorhanden sind, beseitigt wurden.
Der Grund dafür, daß das Beifügen von Wasser zu diesen Vorteilen führt, besteht offenbar darin, daß der Ultrafiltrationsvorgang
nahezu unterbrochen wird, sobald sich der Trockenmassegehalt des Konzentrats auf einen Wert über
19% erhöht hat.
Molke wurde einer Vorbehandlung durch Zentrifugieren unterzogen, um feine Kaseinteilchen zu entfernen und den
Fettgehalt auf 0,1% oder darunter zu verringern, und danach wurde die Molke 15 see lang bei einer Temperatur von 72° C
pasteurisiert.
Die vorbehandelte Molke wurde mittels einer "Ultrafiltrationsvorrichtung
bei einem Druck von 10 bis 20 atü, einer Temperatur von 10° C und einer Durchsatzgeschwindigkeit
von 15 ltr/min bezogen auf eine Membranfläche von 7 m
filtriert.
Einmal täglich wurde die Ultrafiltration unterbrochen, und die Ultrafiltrationsvorrichtung wurde unter Anwendung
des nachstehend beschriebenen Verfahrens gereinigt.
Die Vorrichtung wurde mit Leitungswasser durchgespült, um das noch vorhandene Konzentrat ζμ entfernen. Das verdünnte
Produkt wurde dem Ausgangsmaterial für die nächste Charge beigefügt, Das Wasser wurde durch die Vorrichtung
geleitet, bis die aus dem Konzentratauslaß austretende Flüssigkeit klar und farblos war«,
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Dann wurde eine erste Reinigungslösung mit einer Temperatur von etwa 25° C und einem pH-Wert von 7»5 bis
8 während einer Periode von 1 bis 2 Stunden durch, die Vorrichtung
geleitet, woraufhin die Vorrichtung 1 bis 2 Stunden lang außer Betrieb gehalten wurde·
Die Reinigungslösung bestand aus einer 2-prozentigen Lösung von 7 Ansoneinheiten Trypsin Liter und 0,5% Äthylendiamintetraessigsäure·
Die wässerige Reinigungslösung wurde dann aus der
Vorrichtung entfernt, und hierauf wurde die Vorrichtung mit Leitungswasser durchgespült» Dieser SpülVorgang wurde fortgesetzt,
bis der Wasserdurchsatz der Membran bei einer
ο
Membranfläche von 7 m » einem Einlaßdruck von 10 bis 12 atü und einer Temperatur von 10 bis 12° C einen Wert von 20 bis 30 ltr/min erreichte. Läßt sich ein solcher Wasserdurchsatz nicht erzielen, wird die Vorrichtung mit einer oder zwei weiteren Reinigungslösungen gereinigt und nach jedem Reinigungsschritt mit Wasser durchgespült.
Membranfläche von 7 m » einem Einlaßdruck von 10 bis 12 atü und einer Temperatur von 10 bis 12° C einen Wert von 20 bis 30 ltr/min erreichte. Läßt sich ein solcher Wasserdurchsatz nicht erzielen, wird die Vorrichtung mit einer oder zwei weiteren Reinigungslösungen gereinigt und nach jedem Reinigungsschritt mit Wasser durchgespült.
Danach wurde die Vorrichtung mit einer Desinfektionslösung gereinigt, die 20 bis 30 min durch die Vorrichtung
geleitet wurde. Die Desinfektionslösung enthielt 50 ppM
einer aktiven Chlorlösung, sie hatte eine Temperatur von 10 bis 20° C, und ihr pH-Wert betrug 5 bis 6.
Vor der Verarbeitung einer neuen Charge wurde die Vorrichtung abschließend mit Leitungswasser durchgespült.
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Claims (6)
1. Verfahren zum Abscheiden von Proteinen aus Molke durch Ultrafiltration, bei dem die unter einem Überdruck stehende
Molke an einer halbdurchlässigen Membran vorbeigeleitet wird, die Wasser, Lactose und Salze durchläßt, Proteine jedoch
nicht durchläßt, und bei dem das gewonnene Konzentrat gesammelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die
teilweise konzentrierte Molke mit Wasser oder einer schwachen wässerigen Salzlösung verdünnt wird, um den Proteingehalt
des Konzentrats zu steigern und den Konzentrationsprozeß
zu beschleunigen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu konzentrierende Molke durch
Zentrifugieren vorbehandelt wird, um feine Kaseinteilchen zu entfernen und den Fettgehalt zu verringern,
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Vorbehandlung außerdem eine
Pasteurisierung gehörte
4.
Verfahren nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Membran periodisch mit Protease
und einem chelatbildenden Mittel enthaltenden Reinigungslösungen gereinigt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran mit einer niedrigkonzentrierten,
Trypsin und Athylendiamintetraessigsaure ent-
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- ίο -
haltenden wässerigen Lösung gereinigt wird.
6.· Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran zusätzlich mit einer
Lösung eines Desinfektionsmittels gereinigt wirdo
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