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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Käseteig und Milchgerinnungsprodukten
Käseteig und Milchgerinnungsprodukte werden nach herkömmlichen Verfahren durch Koagulation der Milchproteine mittels Lab erhalten.
Diese Verfahren sind schwierig kontinuierlich durchzuführen und weisen überdies zusätzliche Nach- teile auf, so z. B. die Notwendigkeit der Dosierungsänderung des Labs in Abhängigkeit von der Quali- 'tat der zu behandelnden Milch und die Kaseinverluste auf Grund einer Synärese der Milchgerinnungs- produkte bzw. des Käseteigs.
Vorliegende Erfindung schafft ein neues Verfahren zur Herstellung von Käseteig und Milchge- rinnungsprodukten, das im wesentlichen darin besteht, dass man Milch einer säuernden Elektrodialyse unterwirft, bis die Milch einen pH-Wert von etwa 4 bis 4,5 erreicht hat, der dem isoelektrischen Bruch- punkt des Kaseins entspricht, wonach man das so erhaltene Gerinnungsprodukt vom Käsewasser (der
Molke) abtrennt.
Man hat bereits vorgeschlagen, Mole einer Elektrodialyse, zwecks Demineralisierung derselben, zu unterwerfen. Im Gegensatz zu diesem Verfahren wird jedoch erfindungsgemäss nicht von Molke aus- gegangen sondern dient das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von Käseteig und Milchge- rinnungsprodukten, wobei die Gerinnung der Milch nicht wie bisher üblich durch das Labferment son- dern durch Elektrodialyse bewirkt und die Molke nach erfolgter Elektrodialyse vom Gerinnungsprodukt abgetrennt wird.
Erfindungsgemäss kann in einem Elektrodialysator gearbeitet werden, der eine von zwei Dialyse- membranen begrenzte Kammer, in der man die Milch zirkulieren lässt, sowie zwei beidseits der Mem- brane angeordnete Kammern aufweist, in denen sich zwei Elektroden befinden und die Wasser enthal- ten, wobei der Durchsatz in diesen beiden Kammern nach Belieben einstellbar ist.
Innerhalb gewisser mit der Elektrodialysegeschwindigkeit vereinbarer Grenzen - diese Geschwin- digkeit ist im wesentlichen von den elektrischen und geometrischen Parametern des Systems abhän- gig-bestimmt das Vorzeichen des algebraischen Wertes der Differenz der Wasserdurchsätze infolge der divergierenden Wirkungen auf den Transport die Ausscheidung oder Umformung der betreffenden ioni- sierten Substanzen und hiedurch eine Änderung des pH-Wertes der behandelten Milch, wobei eine Er- höhung der Azidität bzw. der Alkalinität der Milch eintritt, je nachdem ob dieses Vorzeichen mit Be- zug auf die Kathodenkammer oder dieAnodenkammer positiv ist.
Durch eine geeignete Kontrolle der verschiedenen für die Elektrodialyse entscheidenden Faktoren und insbesondere dadurch, dass man in der Kathodenkammer einen grösseren Wasserdurchsatz als in der
Anodenkammer erzeugt, wobei diese beiden Durchsätze innerhalb gewisser, mit den andern gegebenen
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Erhöhung des Säuregrades der Milch erzielt, wobei die Milch gerinnt, wenn ihr pH-Wert in einen Bereich gelangt, der den isoelektrischen Punkten der vorliegenden Proteine entspricht.
Wichtig ist, dass während der Elektrodialyse durch Regulierung des Unterschiedes im Wasserdurchsatz durch die Anoden-und die Kathodenkammer, in einer bestimmten Zeitspanne neben einer mehr i oder weniger grossen Säuregradänderung eine Demineralisierung vor sich gehen gelassen werden kann.
Selbstverständlich kann man noch auf das Ausmass der Unabhängigkeit dieser beiden Vorgänge voneinander dadurch einwirken, dass man semipermeable Membrane verwendet, oder mehr oder weniger alkalische oder saure Wässer durch die Elektrodenkammern zirkulieren lässt.
Hiedurch kann man in neuartiger Weise osmotische oder chemischeBedingungen im Milieu schaffen, die die Struktur des Teiges beeinflussen.
Die Wasserdurchsätze können im allgemeinen bei Normaltemperatur erfolgen, ohne dass die Temperatur im Verlaufe des Behandlungsverfahrens geändert werden muss. Wenn die Milch den gewünschten pH-Wert, beispielsweise einen pH-Wert von 4,5 aufweist, wird sie in eine Zentrifuge gebracht, um die dickgelegte Milch von der Molke zu trennen. Die Konsistenz des hergestellten Käseteiges hängt von dem Grad der Zentrifugierung ab, so dass man mit dem Verfahren und unter Verwendung ein und derselben Vorrichtung verschiedene Käseteigarten erzeugen kann. Dies ist dadurch möglich, dass der erfindungsgemäss hergestellte Käseteig keine Synärese erleidet ; dies ist ein wesentliches Merkmal des Verfahrens gemäss der Erfindung.
Schliesslich ermöglicht die erfindungsgemässe Koagulation die Elektrodialyse kontinuierlich zu betreiben und hiebei jede zweckmässige Kombination identischer Elektrodialysezellen anzuwenden, die mit den für die angemessene Flüssigkeitszirkulation und für die Steuerung der Flüssigkeitsdurchsätze erforderlichen Vorrichtungen versehen sind.
Kurz zusammengefasst wird bei dem neuartigen, erfindungsgemässen Verfahren zur Gerinnung von Milch eine Elektrodialyse eingesetzt, die kontinuierlich durchführbar ist und bei der der Wasserdurchsatz in der Anodenkammer und der Kathodenkammer unterschiedlich geregelt wird, so dass die Milch ohne Zusatz irgendeines Reaktionsmittels einen nach und nach steigenden Säuregrad erreicht ; dabei kommt die Milch ohne Labzusatz zur Gerinnung.
Die Milch kann zuvor fermentiert werden, um dem Käseteig einen organoeptischen (d. h. auf die Sinnesorgane, wie z. B. Geruch, Geschmack, wirkenden) Charakter zu verleihen ; die Milch kann aber auch einfach nach der Pasteurisierung behandelt werden, um einen geschmacklich neutralen Käseteig herzustellen, dem man dann nach Belieben das gewünschte Aroma geben kann. Die Fermentierung kann auch nach der Elektrodialyse und vor der Zentrifugierung vorgenommen werden.
Bei vor der Dialyse erfolgender Fermentierung muss man bei der Auswahl der einzusetzenden Fermente die nachfolgende Behandlung mit elektrischem Strom berücksichtigen.
Die erfindungsgemässe Art der Milchgerinnung führt zu weiteren wichtigen Ergebnissen, nämlich der Möglichkeit, einen konstanten, vorher festgelegten Säuregrad einzustellen, synäresefrei einen Käseteig zu erlangen, Käseteigarten unterschiedlicher Konsistenz herzustellen und schliesslich die Milch unabhängig von der Zunahme des Säuregrades zu demineralisieren.
Nach dem Verfahren gemäss der Erfindung kann man ausserdem ohne weiteres sowohl entrahmte Milch als auch Vollmilch und mit Fettbestandteilen oder Trockenauszügen angereichterte Milch sowie konzentrierte Milch behandeln.
Überdies bedingt die Art der Säuerung am Ende der Elektrodialyse interessante bakteriostatische Eigenschaften des Käseteiges, so dass dieser im Vergleich zu den herkömmlichen Teigarten bessere Konservierungseigenschaften und bessere Lagerfähigkeit aufweist.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nun die Grundlagen der Vorgänge während der erfindungsgemäss angewendeten Milchelektrodialyse beschrieben, ohne hiedurchdieErfindung einzuschrän- ken.
Das elektrische Feld bewirkt, dass die in der Milch enthaltenen oder durch eine Verschiebung des Ionengleichgewichtes entstehenden dissoziierten Substanzen abgeschieden werden und zu den Elektroden wandern.
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verschiedene Phosphationen sowie geladene kolloidale Teilchen und verschiedene organische Ionen.
Dadurch dass durch die Kathodenkammer ein wesentlich stärkerer Wasserstrom als durch die Anodenkammer geleitet wird, wandern die Kationen zur Kathodenkammer, um sich auf der Kathode zu entladen und zugleich mit ihren Reaktionsprodukten mit dem Wasser abgeführt zu werden.
Auf der andern Seite entladen sich die zur Anode wandernden Anionen auf dieser, wenn sie die
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Membran hindurchdringen konnten.
Die sich bildenden, wenig oder nicht abgeschiedenen Radikale wirken dann auf das Wasser, um verschiedene Säuren zu ergeben, die ihrerseits dissoziieren.
Unter der Wirkung des elektrischen Feldes treten die Protonen aus der Anodenkammer aus, um in
Richtung zur Kathodenkammer zu wandern, während die in der Anodenkammer festgehaltenen Anionen sich neuerlich entladen, mit dem Wasser reagieren und so den Reaktionszyklus in dieser Kammer fort- setzen.
Der so durch die Anodenkammer unterhaltene Protonenstrom verändert das Ionengleichgewicht der
Milch und die Anionenwanderung, was schliesslich eine Säuerung der Milch durch diese Protonen und durch die Bildung von Säuren mit in der Milch vorliegenden Anionen zur Folge hat ; diese Säuerung be- wirkt die Gerinnung der Proteine, wenn der pH-Wert ihre isoelektrischen Punkte erreicht hat.
Es hat sich erwiesen, dass die Milch im Laufe der erfindungsgemässen Behandlung weder eine Oxy- dation noch eine Chlorierung erfährt.
Durch die einfache Dialyse ergibt sich ein geringer Verlust an Lactose, der herabgesetzt werden kann, wenn die Elektrodialysezeit auf Grund entsprechender Betriebsbedingungen abgekürzt wird.
Um die Bedeutung und Vorteile der Erfindung noch besser zu verdeutlichen, sollen Beispiele für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens gegeben und unter Bezugnahme auf Zeichnungen,
Fig. 1 bis 3, erfindungsgemässe Vorrichtungen beschrieben werden. Fig. l, 2 und 3 zeigen Ausführungs- formen solcher Vorrichtungen im Schnitt ; in der Ausführungsform nach Fig. 3 kann die Dicklegungder
Milch erfolgen, ohne dass hiebei der Kationengehalt der Milch herabgesetzt wird.
Be is p iel 1 : Milch (l, 51), die zuvor pasteurisiert und mit Streptococcus Lactis und Streptococcus
Diacetilactis geimpft worden ist, wurde nach der Impfung 6 h lang (bei 18 C) einer Elektrodialyse unterworfen, wobei ihr pH-Wert 6 (220 D) und ihr Lactosegehalt 49,5 g/l betrug.
Das Elektrodialysegerät bestand aus einem Behälter aus transparentem Material mit den Innenab- messungen 17 x 15 x 17 cm der in drei Kammern durch zwei mit Kautschukdichtungen umgebene Rah- men unterteilt war, auf die zwei Membrane aus regenerierter Cellulose mit einer wirksamen Fläche von
9 x 14 cm gespannt waren. In der mittleren, die Milch enthaltenden Kammer war der Abstand zwischen den Membranen 6,5 cm ; bei der Anodenkammer und der Kathodenkammer betrug der Abstand zwischen der Membran und der Wand 4,5 bzw. 6 cm.
Die mittlere Kammer war mit einer Rührvorrichtung (1000 Umdr/min) versehen.
Die Anode bestand aus einer Graphitplatte von 14 x 9 cm und die Kathode aus einer Platte aus nichtrostendem Stahl mit den gleichen Abmessungen, wobei Anode und Kathode in einem Abstand von 1 cm von den entsprechenden Membranen angeordnet waren.
Die Anodenkammer und die Kathodenkammer waren mit Wasser gefüllt jedoch wurde die Kathodenkammer mit Leitungswasser gespeist.
Die Elektroden waren an eine Gleichstromquelle mit einer Potentialdifferenz von 60 V angeschlossen.
Bei diesen Bedingungen lag der pH-Wert der Milch in 2 h 15 min bei 4,4 (titrierbarer Säuregrad : 700 D), wobei die Stromstärke 1, 2 A betrug. Es wurde keinerlei Temperaturerhöhung festgestellt.
Nach dem Zentrifugieren (4 min, 4,300 Umdr/min) wurden 460 g Käseteig erhalten, der sehr homogen war und keine Synärese zeigte.
Dieser Käseteig hatte, bezogen auf die Trockenmasse, folgende Zusammensetzung : Fettbestand- teile 42, 3%, Ca + Mg: 0, 426got Cl: 0, 3ego, Lactose : 12, 8%.
Das ausgeschiedene Käsewasser (1, 035 1) titrierte 410 D und enthielt 1,1 gel Ca +Mg, 0,73 g/1 Cl und 50 g/l Lactose.
Diese Ergebnisse entsprechen, insbesondere hinsichtlich des Käseteiges, den zur Zeit bei Frischkäseteig in der Käserei erzielten Werten, wobei der Käseteig, verglichen mit herkömmlichen Erzeugnissen, nur einen etwas geringeren Lactosegehalt zeigte und etwas mehr entmineralisiert war.
Beispiel 2 : Es wurde die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung verwendet.
Diese Vorrichtung bestand aus kreisförmigen Membranträgern-l-mit 15 cm Durchmesser, die zwischen zylindrischen Elementen --2--aus nichtrostendem Stahl unter Zwischenschaltung von Gummidichtungen derart angeordnet waren, dass zwischen den Membranen Kammern entstanden ; diese Kammern bildeten eine Milchzirkulationskammer --3--, eine Anodenkammer --4--, eine weitere Milch- zirkulationskammer --5-- und dann eine Kathodenkammer --6--, wobei diese Aufeinanderfolge von Kammern sechsmal wiederholt (12 Milchkammer) und an den Enden jeweils zusätzlich eine Anodenkammer und eine Kathodenkammer angeordnet war.
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Die Milchkammern waren mit einer Rührvorrichtung --14-- versehen um eine Zusammenballung der geronnenen Masse zu verhindern und eine gleichmässige Säuerung zu bewirken.
Jede der Membranträger-l-bestand aus zwei dünnen Platten --7-- aus Polyvinylchlorid, wobei zwischen diese Platten eine Membran --8-- aus regenerierter Cellulose eingepresst war ; in dem aus einem massiven Ring bestehenden Rand der Platten waren die erforderlichen Bohrungen für Befestigungs- schrauben --10-- vorgesehen.
Die zylindrischen Elemente --2-- waren 5 cm lang und waren mit zwei Flanschen sowie mit
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--11, 12, 13--6-- bestimmten Elemente --2-- waren aus zwei gleichen zylindrischen Teilen zusammengesetzt, zwi- schen denen unter Einschaltung isolierender Zwischenlagen ein Gitter --9a-- aus nichtrostendem Stahl (Kathode) bzw. --9b-- aus Platin (Anode) eingespannt war ; die verschiedenen Gitter waren mit den entsprechenden Polen einer Stromquelle (110 V) verbunden.
Der Durchsatz an zuvor fermentierter Milch (pH-Wert : 5, 85, Lactosegehalt : 44 g/l) betrug 0, 1 l/min ; der Durchsatz an anodischem Wasser betrug 0, 005 l/min und der Durchsatz an kathodischem
Wasser 0, 5 l/min ; hiebei wurde kontinuierlich und mit einer Stromstärke von 2, 1 A nach dem Zentri- fugieren ein Käseteig gewonnen, der, bezogen auf die Trockenmasse, die folgende Zusammensetzung hatte : Fettbestandteile 41 !), Ca+Mg : 0, 57%, Cl : 0, 28%, Lactose : 13, 5%.
Das Milchwasser titrierte 440 D und enthielt 1,16g/lCa+Mg, 0,72g/lClund48,5g/lLactose.
Gemäss andern Ausführungsformen der Erfindung verwendet man, wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, zur Durchführung der Elektrodialyse anionische und kationische selektive oder semipermeable Membra- nen, so dass man vor allem die Verluste an dialysierbaren nichtionisierten Substanzen, wie etwa der Lactose herabsetzen bzw. sogar vermeiden kann. Mit den semipermeablen Membranen kann man überdies dem Konzentrationsgefälle entgegenwirken, während die nicht selektiven Membranen zu einer Verdünnung der behandelten Lösung führen.
Darüber hinaus kann man mit Hilfe dieser Membranen die Milch säuern, ohne ihren Kationengehalt herabzusetzen, wobei man bei der Elektrodialyse dann als Anionenquelle entweder Milch oder ein Milchderivat verwendet, u. zw. vorzugsweise Molke oder Milchwasser, die bei einer vorangehenden Dicklegung gewonnen wurde.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 2 weist die Elektrodialysevorrichtung einen Trog --15-- auf, der aus Abschnitten besteht, die durch Zwischenschaltung von selektiven Membranen --A und C--gebildet sind. Die Membranen-A"sind anionisch, d. h. für Anionen durchlässig, die Membranen - sind kationisch, d. h. für Kationen durchlässig.
Die äussersten Abschnitte bilden die Kammern --16 und 17-- in denen eine Anode --18-- bzw. eine Kathode --19-- angeordnet ist.
Die inneren Abschnitte bilden Zellen mit drei Kammern, die von zwei anionischen Membranen begrenzt werden, wobei diese beiden anionischen Membranen zwei kationische Membranen einschlie- ssen. In den zwischen einer anionischen und einer kationischen Membran liegenden Kammern --20-zirkuliert eine Säure, die über Leitungen --21-- zu-und abgeleitet wird. Bei dieser Säure handelt es sich vorzugsweise um eine starke Säure, wie etwa Schwefelsäure oder Salzsäure, die eine Konzentration in der Grössenordnung von beispielsweise 0, 05 bis 0, 2 n hat ; in denKammern-22-- zirkuliert die zu behandelnde Milch, die durch die Leitungen --23-- strömt, und in den Kammern --24--, die über die Leitungen --25-- beschickt werden, zirkuliert Wasser oder eine stark verdünnte wässerige Lösung.
Die entsprechenden Kammern sind vorzugsweise untereinander durch Leitungen --21, 23 oder 25-verbunden.
Die die Anode --18-- enthaltende Kammer --16-- ist von der ersten Säurekammer --20a-- durch eine anionische Membran getrennt, während die die Kathode enthaltende Kammer --17-- von der letzten Wasserkammer --24a-- durch eine kationische Membran getrennt ist. Diese Kammern enthalten Lösungen, die zu Beginn aus Wasser bestehen können, das sich im Laufe des Betriebes mit Ionen anreichert, wobei man je nach Bedarf mit den Leitungen --16a oder 17a-- eine bestimmte Konzentration aufrecht erhält.
Im Betrieb hält die Membran --C-- zwischen der Milchkammer --22-- und der Säurekammer - die Anionen der Milch zurück, während sie die Protonen aus der Säurekammer passieren lässt ; die Kationen der Milch treten jedoch in die Wasserkammer --24-- ein. Auf diese Weise geht eine allmähliche Säuerung der Milch vor sich.
Unter entsprechender Einflussnahme auf die für die Elektrodialyse wesentlichen Faktoren, d. s. ins-
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besondere die Art, die Konzentration und der Durchsatz der Flüssigkeiten in den Milch nicht enthaltenden Kammern, nämlich die Anodenlösung in Kammer --16--, die saure Lösung in den Kammern
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4 bis 4,5 betreibt, ergibt sich nicht aus der Zugabe eines Reaktionsmittels zur Milch, sondern aus der Bildung von Säuren mit den Anionen der Milch durch Ersatz eines Teiles der Kationen durch Protonen.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Variante ähnelt die Vorrichtung der im Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebenen Vorrichtung ; die Elementarzellen weisen aber vier Kammern auf, nämlich eine Säurekammer --20-- und eine Wasserkammer --24-- wie in Fig. 2, wobei jedoch noch zwei durch eine
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Milch. In der andern Kammer --22b--, die der Wasserkammer benachbart ist, zirkuliert eine Anionen liefernde Flüssigkeit, die von Milch oder einem Milchderivat gebildet wird, vorzugsweise von Milchwasser, das bei einem vorangehenden Dicklegungsvorgang gewonnen wurde.
Beim Betrieb dieser Vorrichtung verhindert die Membran C, welche die Milchkammer --22a-- auf der Anodenseite begrenzt, den Durchgang der Anionen der Milch. Desgleichen verhindert die Membran A, welche die Milchkammer zur Kathodenseite hin begrenzt, den Durchgang der Kationen der Milch.
Die in den Kammern --20-- liegende Säure liefert die Protonen und die Milch oder die Molke in den Kammern --22b-- liefert die zur Säuerung erforderlichen Anionen, so dass es möglich wird, in dem Endprodukt den ursprünglichen Gehalt an mineralischen Stoffen der Milch beizubehalten.
Bei Verwendung von Milch oder aus einem vorangehenden Behandlungsvorgang stammender Molke als Anionenquelle wird vermieden, dass in die zu säuernde Milch Fremdstoffe eingeführt werden, die insbesondere für die organoleptischen Eigenschaften dieser Milch schädlich sein können.
Selbstverständlich kann man bei den beschriebenen Ausführungsformen Abwandlungen insbesondere durch Einsatz technisch äquivalenter Mittel vornehmen, ohne dass damit der Rahmen der Erfindung verlassen wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Käseteig und Milchgerinnungsprodukten, dadurch gekenn- zeichnet, dass man die Milch einer säuernden Elektrodialyse unterwirft, bis die Milch einen pHWert von etwa 4 bis 4,5 erreicht hat, der dem isoelektrischen Bruchpunkt des Kaseins entspricht, wonach man das so erhaltene Gerinnungsprodukt vom Käsewasser (der Molke) abtrennt.