낙농 제품으로부터의 화합물 추출

낙농 제품으로부터의 화합물 추출{EXTRACTION OF COMPOUNDS FROM DAIRY PRODUCTS}

본 발명은 낙농 제품(dairy product)과 낙농 가공 스트림(dairy process stream)을 처리하여 액체와 실질적으로 탈지된 단백질 스트림(defatted protein stream)을 제조하는 방법에 관한 것이다. 보다 특히 본 발명은 유사 임계 유체 추출 기술(near critical fluid extraction technique)을 사용하여 액상 낙농 제품과 낙농 가공 스트림으로부터 액체를 추출하는 것에 관한 것이다.

낙농 제품과 가공 스트림이 단백질, 지질, 당 및 미네랄의 복합물질(complex mixture)이라는 것은 잘 공지되어 있다. 현재 상기 스트림으로부터 특정의 성분들을 추출하고 정제(refining)할 수 있는 제한된 방법이 있으며, 유청계 스트림(whey-based stream)에서의 단백질로부터 액체를 분리하는 것은 어렵다.

산 침전, 열 침전, 효소 침전, 원심분리, 막 여과 및 이온 교환은 우유와 우유 부산물(milk by product)로부터 성분들을 분리하는 잘 공지된 방법들이다. 그러나, 이러한 방법들은 종종 비용적으로 효율적이지 못하며, 바람직한 수득율을 얻 을 수 없다. 또한, 어떤 추출 방법들은 분리된 성분들의 물리적인 특성들(예를 들어 단백질 변성)을 변경할 수 없는 조건하에서 실행되어야 한다.

WO 91/14377과 WO 92/08363에서는 낙농 제품과 가공 스트림에서 각각 액체와 단백질 분획 침전물(fractional precipitation of protein)을 부분적으로 추출하기 위해 초임계 이산화탄소(supercritical carbon dioxide)와 아임계 이산화탄소(subcritical carbon dioxide)를 사용하는 것을 기재하고 있다. 그러나 이러한 기술을 사용하면 지질 수득율이 낮고, 상기 두개의 출원에서는 제한된 성공을 보여주며, 유용한 인지질과 스핀고리피드(sphingolipid)가 추출되지 않는다.

따라서 본 발명의 목적은 낙농 제품과 낙농 가공 스트림으로부터 지질 범위를 추출하기 위한 개선되거나 또는 대안적인 방법을 제공하는 것이다.

발명의 요약

제1 측면에서, 본 발명은 적어도 하기 단계를 포함하며, 낙농 제품 또는 낙농 가공 스트림을 처리하는 방법을 광범위하게 포함한다:

a) 상기 낙농 제품 또는 낙농 가공 스트림과 에테르계 용매(에테르계 용매는 부분적으로 물과 혼화가능하며, 근임계 온도와 근임계 압력하에 존재함)와 접촉시켜, 지질을 함유하는 근임계 유체상(near critical fluid phase)을 제조하는 단계;

b) 낙농 제품 또는 낙농 가공 스트림으로부터 근임계 유체상을 분리하여 실질적으로 탈지된 낙농 제품 또는 낙농 가공 스트림을 제조하는 단계(상기 낙농 제품 또는 낙농 가공 스트림은 75 % 이상의 함수량을 가짐); 및

c) 근임계 유체상의 압력을 감소시켜, 지질을 회수하는 단계.

용매는 상온에서 기체인 것이 바람직하다.

용매는 디메틸 에테르, 또는 디메틸 에테르와 물의 혼합물(디메틸 에테르에 대한 물의 용해력도 이하에서)인 것이 보다 바람직하다.

디메틸 에테르는 추출 온도에서 증기압 이상의 압력인 것이 바람직하다.

디메틸 에테르는 섭씨 약 10 도 내지 섭씨 약 70 도의 온도인 것이 바람직하다.

디메틸 에테르는 섭씨 약 40 도 내지 섭씨 약 60 도의 온도인 것이 보다 바람직하다.

낙농 제품 또는 낙농 가공 스트림은 유청계 스트림, 우유 지방 부산물(milk fat by-product), 우유 및 크림으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 유용한 보다 바람직한 낙농 제품 또는 낙농 가공 스트림은 유청, 유청 단백질 농축 보유물(whey protein concentrate retentate), 유청 단백질 분리 부산물(whey protein isolate by-product), 버터 부산물, 무수 유지방 부산물(anhydrous milkfat by-product) 및 지질 함유 낙농 유출물(lipid containing dairy effluent)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있다. 낙농 제품 또는 낙농 가공 스트림은 이들의 통상적인 상태, 냉동에서 해동된 상태(thawed from frozen) 또는 분말에서 재구성된 상태(reconstituted from powder)일 수 있다.

낙농 제품 또는 낙농 가공 스트림의 함수량은 약 75 % 이상 및 약 99 % 이하인 것이 바람직하다.

낙농 제품 또는 낙농 가공 스트림의 함수량은 약 80 % 내지 95 %, 가장 바람직하게는 85 % 내지 90 %인 것이 보다 바람직하다.

낙농 제품 또는 낙농 스트림은 연속식(continuous manner)으로 용매와 접촉되는 것이 바람직하다.

추가의 측면에서, 본 발명은 상기 방법 중 어느 것에 의해 수득된 낙농 제품 또는 낙농 가공 스트림으로부터의 추출물을 제공한다.

또 다른 추가의 측면에서, 본 발명은 상기 방법 중 어느 것에 의해 수득된 실질적으로 탈지된 낙농 제품 또는 낙농 가공 스트림을 제공한다.

본 발명은 또한 개별적으로 또는 수집해서 출원 명세서에 관한 것이거나 또는 출원 명세서에서 설명하고 있는 부분, 요소 및 특성, 및 상기 부분, 요소 또는 특성 중 2개 이상 또는 모두 결합한 것으로 이루어진 것이라고 광범위하게 언급할 수 있으며, 특정 정수는 본 발명과 관련된 당업에서 동일하게 공지되어 있는 것으로서 여기에 언급하며, 이러한 공지된 동일한 것들은 개별적으로 설명하는 것으로 여기에 통합되어 있는 것으로 간주한다.

본 발명은 앞에서 설명한 것으로 구성되어 있으며, 또한 하기에 주어진 실시예로 설명할 것이다.

도 1은 압력과 온도에 관한 디메틸 에테르의 바람직한 작동 구역을 나타내는 그래프이다.

도 2는 고체로부터 근임계 추출에 사용되는 장치를 도식적으로 나타낸 그림이다.

도 3은 액체로부터 근임계 추출에 사용되는 장치를 도식적으로 나타낸 그림이다.

도 4는 추출된 인지질과 스핑고리피드를 보여주는 통상적인 추출물의 HPLC 크로마토그래프이다.

모든 물질(substance)은 이의 "임계(critical)" 점이 있으며, 여기에서 물질의 액체 상태와 증기 상태가 일치하게 된다. 물질의 임계점 이상이 아니라 근접하면 물질은 액체와 기체 둘 다의 특성을 갖는 유체 상태(fluid state)이다. 유체는 액체와 동일한 밀도를 가지며 기체와 동일한 점도와 확산율(diffusivity)을 가진다. 여기서 사용되는 "초임계(supercritical)"라는 용어는 물질의 임계점 이상의 온도-압력 구역을 말한다. "아임계(subcritical)"라는 용어는 액체에 있어서의 증기 압력과 동일하거나 또는 그 이상이지만 임계 온도 이하인 압력-온도 구역을 말한다.

여기서 사용하는 "근임계(near critical)"라는 용어는 초임계와 아임계 구역 둘 다를 포함하며 임계점에 가까운 압력과 온도를 말한다.

상기에서 언급한 것과 같이 낙농 제품과 낙농 가공 스트림은 단백질, 지질, 당 및 미네랄의 복합물질이다. 낙농 제품과 낙농 가공 스트림에 존재하는 유용한 지질은 인지질과 스핑고리피드를 포함한다.

근임계 유체(near-critical fluid)는 액체용으로 유용한 용매이다. 초임계 CO ₂ 는 중성 지질을 추출하기 위해 사용되는 것으로 공지되어 있지만 보조-용매(co-solvent)로서 에탄올과 배합하여 인지질 부류를 추출하기 위해 사용될 수도 있다. 프로판은 중성 지질과 인지질을 추출하기 위한 적당한 용매로 공지되어 있다.

DME는 이전에 고체 식품 재료에서 향과 아로마(Yano 등의 US 4,069,351과 US 4,136,065 참조), 생 달걀 노른자(raw egg yolk)(Yano 등의 US 4,157,404 참조)와 건조된 달걀 분말(Yano 등의 US 4,234,619 참조)에서 지질을 추출하는데 사용되었다. US 4,157,404에서 Yano는 생 달걀 노른자(75 % 함수량)에서 지질을 추출하는 동안 단백질이 변성된다고 설명하였다. US 4,234,619에서 Yano는 달걀 노른자가 건조된다면 단백질은 변성되지 않지만 단지 일부분의 인지질만이 부분적으로 추출될 수 있다고 설명하였다.

본 발명자들은 DME 추출 기술에 의해 수득되는 단백질의 변성을 개시 낙농 단백질 또는 낙농 스트림의 함수량을 75 % 이상으로 하고; 물은 지질과 함께 추출되기 때문에 보조-용매로서 DME에 물을 첨가하여 변성 예방에 도움을 줌으로써 감소시키거나 또는 제거할 수 있다는 것을 발견하였다.

본 발명자들은 또한 본 발명의 연속적인 방법에서 수득되는 (용매와 낙농 제품 또는 낙농 스트림 사이의) 짧은 접촉 시간은 DME 추출 기술에 의해 수득되는 단백질 변성을 최소화한다는 것을 발견하였다.

접촉 시간은 낙농 스트림 또는 낙농 제품이 근임계 조건에서 용매에 노출되는 시간의 길이이다.

본 발명의 바람직한 실시양태에서, 낙농 스트림 또는 낙농 제품은 연속 가공에 적당한 접촉 장치[이에 제한하지는 않지만, 예컨대 노즐, 무동작 혼합기(static mixer) 또는 다공질막 접촉기(porous membrane contactor)]내의 용매와 접촉한다. 따라서 탈지된 낙농 스트림(또는 낙농 제품)과 근임계 용매의 분리는 접촉 장치 직후에 실행되므로 접촉 시간은 초 순서이다.

짧은 접촉 시간을 갖는 연속식에서 75 % 이상의 함수량의 낙농 제품과 낙농 스트림의 처리로 실질적으로 탈지된 가용성 낙농 단백질을 함유하는 수성 스트림을 남기고 지질(인지질과 스핑고리피드를 포함함)을 추출한다.

도 1은 DME에 있어서의 증기압 곡선을 나타내며, 특히 주어진 압력과 온도의 결합에서 DME 상태를 확인하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 정보를 사용하여 적당한 조건을 만들어 최대의 수득율을 획득할 수 있다.

도 2와 도 3은 근임계 추출 기술용으로 사용될 수 있는 장치의 도식도이며, 실시예에서 추가로 자세하게 설명하였다.

도 4는 지질 추출물의 HPLC 크로마토그램이다(실시예 5 참조, 고지방 WPC 형태 B). 피크 숫자는 하기와 같다: 1-3, 중성 지질(추출물의 71 %); 4-8, 잘 모름; 9-10, 포스파티딜 이노시톨(phosphatidyl inositol); 11-12, 잘 모름; 13-15, 포스파티딜에탄올아민; 16-20, 잘 모름; 21, 포스파티딜콜린; 22-24, 스핑고미엘린(sphingomyelin).

특히 유청 단백질을 함유하는 낙농 스트림에 있어서의 바람직한 온도 범위는 섭씨 약 40 도 내지 섭씨 약 60 도이다. 상기의 좁은 범위를 넘으면 유청 단백질은 용액내에서 역으로 전개되며 이러한 전개(unfolding)는 근임계 용매가 지질에 접근하여 추출이 가능하게 하는 것으로 추정된다.

바람직한 구역 바깥에서의 작동은 가능하지만 수득율이 낮아지며, 바람직한 범위 이하의 온도에서 제품이 냉동되며 바람직한 범위 이상의 온도에서 단백질이 열 변성된다.

본 발명의 방법은 지질 추출물과 실질적으로 탈지된 단백질 수성 스트림 둘 다를 제조한다. 지질 추출물은 예를 들어 건강 식품, 다이어트 보조제, 약품 및 화장품에 사용될 수 있으며, 반면에 열화(depleted) 낙농 제품 또는 낙농 가공 스트림(실질적으로 탈지된 단백질 스트림)은 예를 들어 낙농 제품(예를 들어 치즈, 발효 식품 및 음료, 아이스크림, 초코렛), 영양 바(nutrition bar) 및 굽는 제품(baked good)에 사용될 수 있다.

상기는 본 발명의 바람직한 실시양태를 설명하며 몇가지의 가능한 변형을 지시하지만 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위내에서 만들어지는 기타 변형은 당업에 통상의 지식을 가진 자에게 적당할 것이다.

방법 및 장치- 낙농 고형물에서의 추출

파일롯 규모(pilot scale)에서의 낙농계 고형물[특히 유청 단백질 농축 (WPC) 분말]의 추출 장치는 도 2에 나타내었다. 상기에는 고형물의 반-연속성 추출(semi-continuous extraction)을 가능하게 하는 2개의 추출 용기가 있으며, 용매 압착(comprssion), 추출 용기의 비움(emptying)과 재충전(refilling)을 위한 분리 펌프(separate pump)들이 있다. WPC 분말의 측정 양을 용매를 통과시키지만 분말은 통과시키지 않도록 어느 쪽 말단이든지 다공성 판(porous plate)이 있는 스테인레스 스틸 바스켓에 첨가하였다. 그 다음에 바스켓과 분말을 추출 용기 EX1 또는 EX2 중 하나에 첨가한 후 실린더 압력에 근임계 용매를 충진하였다. CO ₂ , 프로판 또는 DME는 에어 구동 펌프(air driven pump)(CO ₂ 용의 MP3, 프로판 또는 DME 용의 MP2)에 의한 작동 압력으로 압착한 후 HX2에서 작동 압력으로 가열하였다. 그 다음에 용매를 추출물을 침적하기 위해 분리 용기 1과 분리 용기 2(또는 프로판과 DME에 있어서는 단지 분리 용기 2)를 통해 이동시키기 전에 밸브 VDF1, VO1, VI1, VDF2를 경유하여 추출 용기 중 1개의 용기(통상적으로 EX1)를 통해서 하부로 통과시킨다.

그 다음에 용매는 열 교환기(heat exchanger) HX2, 수반 트랩(water trap) WT1 및 중간 냉각기(sub-cooler) HX1 또는 HX5를 경유하여 펌프로 다시 재순환된다. 적당하게 밸브 EV1과 밸브 EV2에서 일정한 시간 간격으로 추출 샘풀을 취했다. 추출은 90 분 내지 120 분 동안 실행하였다.

방법과 장치- 낙농 액체에서의 추출

CO ₂ , 디메틸 에테르(DME) 또는 프로판을 사용하여 액체 낙농 성분, 특히 유 청 단백질 농축물(WPC)을 분획하는 10 리터 장치는 도 3에 나타내었으며, 상기 도면을 참고하여 기재하였다. 이러한 장치는 낙농 성분으로서 WPC와 용매로서 DME을 사용하기 위해 기술하였다. DME는 액체 공급 실린더 CYL1과 CYL2에 의해서 장치에 공급된다. 그 다음에 DME는 정변위 펌프(positive displacement) MP1에 의한 작동 압력으로 압착되기 이전에 냉각된 수반 트랩 WT1과 콘덴서/중간 냉각기 HX1을 통해 통과된다. 그 다음에 압착된 용매는 예열기 열 교환기 HX2를 통해 통과된 후 수직의 강수관 튜브(vertical downcomer tube) 또는 강수관 튜브 및 무동작 혼합기를 경유하여 추출 용기 EX1으로 들어간다. 동시에, WPC는 밸런스 B1상에 올라가 있는 공급 탱크 LT1에서 회수한 후 피스폰 펌프 LP1에 의한 작동 압력으로 압착한 다음 열 교환기를 통해 통과된다(나타나 있지 않음). 그 다음에 고압 WPC는 EX1으로 들어가는 강수관 튜브/무동작 혼합기에 가기 직전에 크로스 조인트(cross joint)에서 용매와 혼합된다. 보조-용매(물)도 또한 크로스 조인트에 첨가시킬 수 있다. 상기는 또 다른 저장 탱크(나타나 있지 않음)에서 공급되며 펌프 LP2를 사용하여 작동 압력으로 압착된다. 부분적으로 또는 완전하게 탈지된 WPC는 용기의 하부에 분무되며 밸브 EV3를 통해서 EX1의 기저부에서 규칙적인 시간 간격으로 회수된다.

물은 실험에서 용기의 기저부에 첨가되어 분무되는 WPC용의 '워터 풀(water pool)'을 제공한다. 밸브 EV3를 통해 회수되는 WPC와 같이, 용액 압력은 작동 압력에서 실린더 압력으로 감소된다. 그 다음에 WPC 용액은 보조 수집 용기 SV3의 기저부로부터 회수되는 반면에 용액에서 프레쉬 오프(flash off)되는 DME는 밸브 RV3를 통해 재순환되며, 압착기 RC1를 통해 재압착된다. 지질과 약간의 물은 DME 에 용해되며, 용기의 상부 가까이의 방출구를 통해 추출 용기를 떠난 후 밸브 BV1를 통과하여 제1 분리 용기를 우회한다. 그 다음에 배합된 DME가 풍부한 용액은 압력이 실린더 압력으로 감소되는 배압 조절기(back-pressure regulator) BPR1를 통과한 후 열 교환기 HX3를 통해 덥힌 분리 용기(jacketed separation vessel) SV2로 들어간다. 추출물(지질과 물)은 상기 용기에 침전된다. 상기 추출물은 추출물의 냉동을 피하기 위해서 추가의 분리기 SV5로 밸브 EV5를 통해, 그 다음에는 밸브 VV5를 통해 추가의 감압에 의해 규칙적인 시간 간격으로 회수된다. 추가의 분리기는 추출물의 함수량이 높기 때문에 DME용으로 필수적이라는 것이 발견되었다. 다량의 DME는 SV2의 상부에서 방출된 후 수반 트랩 WT1를 통해 MP1으로 다시 재순환되기 이전에 코오리스 질량 유량계(coriolis mass flow meter) FM1, 냉각기 열 교환기 HX4를 통과한다. CO ₂ 를 사용하는 경우, 중간 분리기 SV1은 추출물의 2 단계 분획(two-stage fractionation)을 위해 사용된다. 유사하게, 에탄올을 보조-용매로서 사용하는 경우 분리기 SV5는 에탄올을 효과적으로 회수하기 위해 사용하며 프로판 또는 CO ₂ 를 구멍으로 플래쉬 오프하는데 사용된다.

액체 낙농 성분 장치 및 방법은 추출되는 낙농 성분, 사용되는 용매 및 액체와 용매 사이의 접촉 방법에 따라서 변형된다. 추잔액(reffinate)(탈지 낙농 성분)은 CO ₂ 를 사용하는 경우 밸브 EXV1를 통해 대기압으로 감압에 의해 회수된다. 프로판과 DME에 있어서, 이것은 플래쉬 오프되는 용매로서 추잔액이 과도하게 발포(foaming)하고 (단백질 변성의 원인이 되는) 단백질 스트림이 냉동되기 때문에 추 가의 분리기를 사용한다. 무동작 혼합기는 크로스 조인트 이후에 적용하여 DME, 액체 낙농 스트림 및 물 보조-용매 사이에 혼합이 더 잘 되게 한다. 용기 EX1은 무작위로 패킹된 배드(packed bed)를 형성하기 위해서 용기 내부에 액체/기체 분포 판(liquid/gas distribution plate)의 상부상의 12 mm 스테인레스 스틸 팔 고리(stainless steel Pall ring)를 두고, 각각 용기의 하부와 상부에 용매와 액체 낙농 스트림용의 유입 포인트를 변화시켜 역류 패킹된 컬럼(countercurrent packed column)으로 변환시킨다. 액체 추잔액을 EX1의 기저부에서 제거하고 용매와 추출상은 EX1의 상부에서 제거한다.

결과

실시예 1: 낙농 WPC 고형물의 추출

본 실시예에서는 낙농 WPC 고형물에서의 액체 수득율은 모든 근임계 용매에 있어서 매우 낮으므로 추출은 통상적으로 액체 용액에서 보다 더 효과적이라는 것을 보여준다. 조성물이 단백질 80.26 질량%, 지질 6.83 질량%, 총 고형물 함량은 96.43 %인 유청 단백질 농축 분말은 근임계 용매 이산화탄소, 프로판 및 디메틸 에테르로 추출하였다. 추가의 실험실 규모 실험은 승온에서 디메틸 에테르로 실행하였다. 용매, 압력, 온도, 사용된 고형물 질량, 사용된 용매 질량 및 추출 고형물 및 지질 수득율을 표 1에 나타내었다.

지질 수득율은 매우 낮으며 추출 온도에서의 증가는 바람직한 수준으로 추출 수득율을 증가시키지 않았다.

실시예 2: 낙농 WPC 액체; 80 % 단백질의 추출

본 실시예는 물과 혼화될 수 있는 에테르계 용매(이러한 경우 디메틸 에테르)는 액체 낙농 WPC 스트림에서 지질을 추출하기 위한 용매(보조 용매로서 물과 함께 또는 단독으로)로서 사용할 수 있다. 신선한 유청 단백질 농축물은 분말을 기준으로 단백질은 80.26 질량%, 지질은 6.83 질량%, 총 고형물은 96.43 %를 함유하며; 수용된 것을 기준으로(as-received basis) 21.45 % 고형물은 보조 용매로서 에탄올이 있거나 또는 없이 300 바(bar)에서 초임계 이산화탄소로; 보조 용매로서 에탄올이 있거나 없이 근임계 프로판; 보조-용매로서 물이 있거나 없이 디메틸 에테르로 추출된다. 용매, 압력, 온도, 사용된 고형물 질량, 사용된 용매 질량 및 추출 고형물과 지질 수득율은 표 2에 나타내었다.

보조-용매로서 물이 없이 DME를 사용하는 경우의 지질 수득율은 매우 높지만, 단백질은 광범위하게 건조되고 변성되며; 물에 불용성이 되기 때문에 추출 용기에서의 회수가 용이하지 않다. 감소된 추출 온도 290 K에서 보조 용매로서의 물의 용도는 지질 수득율이 41.3 %로 감소되지만 용액 내에 부분적으로 탈지된 단백질의 양적인 회수가 가능하다. 프로판 시도로부터 회수된 단백질이 풍부한 추잔액 스트림은 오랫동안 지속되며 활발한 거품이 형성된다. 지질은 추출되지 않았다. 에탄올을 프로판과 보조 용매로서 사용하는 경우, 지질 수득율은 0 %에서 12.5 %로 증가하지만, 몇몇 에탄올은 추잔액 단백질이 풍부한 스트림에서 회수되며, 변성된 단백질의 슬러지 층은 이러한 스트림내에 실온에서의 방치(standing)에 따라 형성된다. 초임계 이산화탄소의 지질 수득율은 단지 1.6 %이다. 보조 용매로서 에탄올을 사용하면 지질 수득율이 11.5 %로 증가하지만 약간의 에탄올을 함유하는 단백질이 풍부한 추잔액 스트림이 다시 생성된다. 변성된 단백질의 슬러지 층은 실온에서 방치하면 형성된다.

실시예 3: 재형성된 고지방 유청 단백질 농축물(reconstituted high-fat whey protein concentrate)(WPC)의 추출

본 실시예에서는 막 여과(membrane filtration)에 따라 분리된 유청 단백질의 제조에서 생기는 고지방 보유물(high-fat retentate)에서의 지질 수득율에 미치는 고형물 농도의 효과를 보여준다. 61.95 %의 단백질, 9.72 %의 지질, 3.04 %의 수분, 나머지는 락토스 및 재(ash)의 조성물을 갖는 고지방 WPC 고형물은 증류 및 탈이온수로 재형성하여 고형물(수용된 것임) 농도 7.2 질량%, 14 질량% 및 21 질량%, 단백질 및 지질 균등물 함량을 각각 4.52 질량%와 0.78 질량%; 8.67 질량%와 1.36 질량%; 13.01 질량%와 1.36 질량%로 재형성하였다. 재형성된 WPC 액체는 도 3에서 나타내는 장치를 사용하여 추출하였다. 무동작 혼합기를 사용하여 보유물과 디메틸 에테르의 혼합을 촉진시켰다. 지질 수득율은 추출용으로 이용가능한 총 백분율로 나타내었으며 표 3에 요약하였다.

지질 수득율은 실시예 1에서 나타낸 것과 같이 고형물 농도가 증가함에 따라 증가하며, 건조 고형물을 사용하는 경우 거의 0이다.

실시예 4: 지질 추출물과 탈지 단백질 제품의 제조와 재형성된 고지방 WPC의 추출

61.95 %의 단백질, 9.72 %의 지질, 3.04 %의 수분, 나머지 락토스 및 재의 조성물을 갖는 고지방 WPC 고형물을 증류, 탈이온 수로 재형성하여 8.80 %의 유청 단백질, 1.56 %의 지질, 13.56 %의 총 고형물, 나머지 증류수인 액체 조성물을 제조하였다. 재형성된 WPC 56.4 kg은 무동작 혼합기를 사용하는 연속 흐름 장치(도 3)에서 42 바 압력과 323 K에서 474.2 kg의 디메틸 에테르를 사용하여 추출하였다. 유청 단백질 농축물에서 물이 추출되기 때문에 보조-용매 물 29.4 kg을 연속적으로 디메틸 에테르에 첨가하였다. 28.3 kg의 추출물이 회수되었으며, 그 다음에 건조시키기 위해 회전 진공 증발기에서 증발시켜 이용가능한 총 지질 71 %의 수득율에서 624.8 g의 지질이 수득되었다. 지질은 29.0 %의 인지질이 함유되었다. 탈지 단백질이 풍부한 추잔액 스트림은 추출 과정에서 연속적으로 회수되었다. 대략 14 %의 총 고형물을 갖는 회수된 수성 탈지 단백질 스트림은 분무 건조되어 하기의 조성물을 갖는 분말이 생성된다: 단백질 66.5 %; 지질 3.1 %, 락토스 17.8 %, 재 9.0 %, 수분 3.9 %.

실시예 5: 다른 원료로부터의 재형성된 고지방 WPC의 추출

본 실시예에서는 디메틸 에테르와 접촉시키기 전에 예열된 WPC는 이온 교환 또는 미세여과(microfiltration)를 사용하여 제조된 고지방 WPC에 있어서 지방 추출 효율성을 개선시킨다는 것을 보여준다. 이온 교환에 의해 제조된 유청 단백질 분리물의 초여과된 부산물 스트림을 분무 건조시킴으로써 수득된 고지방 WPC(WPC A); 및 미세여과에 의해 제조된 유청 단백질 분리물의 초여과 부산물 스트림을 분무 건조하여 수득된 고지방 WPC(WPC B)는 14 %의 총 고형물로 재형성하였다. WPC A의 건조 기준 조성물은 79.2 % 단백질, 10.9 % 지방, 1.0 % 락토스 및 3.61 % 재이며, 재형성된 기준 조성물은 10.97 % 단백질, 1.5 % 지방, 0.1 % 락토스 및 0.5 % 재이며, 나머지는 증류수이다. WPC B의 건조 기준 조성물은 74.6 %의 단백질, 11.6 %의 지방, 4.3 %의 탁토스 및 3.6 %의 재; 재형성된 기준 조성물은 10.21 % 단백질, 1.6 % 지방, 0.6 %의 락토스 및 0.5 % 재이며, 나머지는 증류수이다. 재형성된 고지방 WPC 스트림 둘 다는 2개의 추가 변형을 갖는 무동작 혼합기를 이용한 도 3에서 나타내는 장치로 가공되며; 열 교환기는 디메틸 에테르와 접촉시키기 전에 WPC 스트림을 예열시키기 위해서 LP1과 EX1 사이에 삽입되었고; 열 교환기는 용해된 디메틸 에테르를 버리기 위해 추잔액 스트림을 가열시키기 위해서 EX1의 기저부와 추잔액 수집 용기 SV3 사이에 삽입하였다. 재형성된 WPC A 5917.4 g을 40 바 압력과 324 K에서 디메틸 에테르 53.97 kg으로 추출하였다. 유청 단백질 농축물로부터 물이 추출되기 때문에 물 보조-용매 2600 g을 연속적으로 디메틸 에테르에 첨가하였다. 추출물 3070.5 g을 회수하고 그 다음에 회전 진공 증발기에서 건조를 위해 증발시켜 지질이 풍부한 추출물 82 g을 수득하였다. 85 % 전체 지질 수득율의 균등물인 지질 함량은 약 32 %의 인지질을 함유한다. 탈지 가용성 단백질이 풍부한 수성 추잔액 스트림 5435.6 g은 11.89 %의 단백질과 단지 0.25 %의 지방을 함유하여 추출 과정에서 연속적으로 회수된다.

재형성된 WPC B 6067.5 g은 40 바 압력과 326 K에서 디메틸 에테르 39.69 kg으로 추출하였다. 유청 단백질 농축물에서 물이 추출되기 때문에 물 보조-용매 3100 g을 연속적으로 디메틸 에테르에 첨가하였다. 추출물 2357.5 g이 회수되었으며, 그 다음에 회전 진공 증발기에서 건조를 위해 증발되어 지질이 풍부한 추출물 86.1 g이 회수되었다. 80 % 전체 지질 수득율에 대한 균등물인 지질 함량은 약 29 %의 인지질을 함유한다. 가용성 탈지 단백질이 풍부한 수성 추잔액 스트림 6170 g은 연속적으로 추출 과정에서 회수되며, 10.05 % 단백질과 단지 0.3 %의 지방을 함유한다. WPC B는 실시예 3과 실시예 4에서 사용되는 고지방 WPC에서와 유사한 방법에 의해 제조되며; 추출된 지질 백분율은 70 %(실시예 4)에서 80 %로 증가하였다.

실시예 6: 초기 기간(early season)의 베타-세럼(beta-serum)과 후기 기간의 베타-세럼의 추출

베타-세럼은 무수 유지방 제조에서 유도된 인지질이 풍부한 스트림이다. 이러한 부산물 스트림 조성물은 기간에 따라 달라진다. 단백질은 카제인 단백질이 우세하다. 본 실시예에서 지질은 신선한 베타 세럼과 (냉동에서) 해동된 베타 세럼 둘 다에서 추출된다. 건조 기준 조성물로 30.91 %의 단백질, 21.38 %의 지질, 나머지는 락토스와 재인 후기-기간 베타-세럼은 3.09 %의 단백질과 2.14 %의 지질을 포함하는 총 고형물 함량 10.01 %로 신선하게 제공된다. 건조 기준 조성물의 30.5 %의 단백질, 19.5 %의 지질, 43.9 %의 락토스 및 6.1 %의 재를 갖는 초기 기간 베타 세럼은 3.04 % 단백질, 1.95 %의 지방, 4.39 % 락토스, 0.61 % 재를 포함하는 9.69 % 총 고형물 함량으로 냉동상태로 제공된다. 베타 세럼 액체 스트림 둘 다는 실시예 5에 따라 변형된 도 3에 나타낸 장치에서 추출하였다. 후기 기간의 신선한 베타 세럼 8664.2 g은 40 바 압력과 324 K에서 80.88 kg의 디메틸 에테르로 추출되었다. 베타 세럼에서 물이 추출되기 때문에 물 보조-용매 3679 g을 연속적으로 디메틸 에테르에 첨가하였다. 5084.0 g의 추출물이 회수되며, 그 다음에 건조를 위해 회전 진공 증발기에서 증발시켜 지질이 풍부한 추출물 195.0 g이 수득되었다. 지질 함량은 93 % 전체 지질 수득율과 같다. 탈지 가용성 단백질이 풍부한 수성 추잔액 스트림 7588 g은 2.47 % 단백질과 단지 0.27 % 지방을 함유하며, 추출 과정에서 연속적으로 회수하였다.

냉동된 초기 기간의 베타 세럼은 해동한 다음 실온에서 2 시간 동안 교반하여 균등한 샘플을 수득하였다. 해동된 초기 기간의 베타 세럼 7949.6 g을 40 바 압력과 322 K에서 디메틸 에테르 80.45 kg으로 추출하였다. 베타 세럼에서 물이 추출되기 때문에 보조-용매 물 3400 g을 디메텔 에테르에 연속적으로 첨가하였다. 추출물 4333.5 g이 회수된 다음 건조를 위해 회전 진공 증발기에서 증발하여 144.6 g의 지질이 풍부한 추출물을 수득하였다. 지질 함량은 93 % 전체 지질 수득율과 같다. 탈지 가용성 단백질이 풍부한 수성 추잔액 스트림 6598.2 g은 3.45 % 단백질과 단지 0.50 % 지방을 함유하며, 추출 과정에서 연속적으로 회수하였다.

실시예 7: 감소된 락토스 베타 세럼의 추출

본 실시예에서, 초여과하여 낮은 락토스 베타 세럼 보유물(low lactose beta serum retentate, LLBS)을 제공하고; 그 다음에 투석여과하여 매우 낮은 락토스 베타 세럼 보유물(VLBS)을 제공하는 베타 세럼의 고형물 농도는 대략 20 %이다. VLBS와 LLBS는 실시예 6에서 사용된 초기 기간 세럼에서 제조하였다. LLBS 조성물은 건조 기준으로 47.3 % 단백질, 31.7 % 지방, 16.1 % 락토스 및 4.9 % 재이다. 냉동된 LLBS는 11.1 % 단백질, 7.45 % 지질, 3.8 % 락토스 및 1.15 % 재를 포함하는 23.5 % 용해된 고형물로 제공하였다. VLBS 조성물은 건조 기준으로 50.9 % 단백질, 34.2 % 지질, 9.9 % 락토스 및 5.0 % 재이다. 냉동된 VLBS는 10.3 % 단백질, 6.90 % 지질, 2.0 % 락토스 및 1.0 % 재를 포함하는 20.18 % 용해된 고형물로 제공되었다. 베타 세럼 액체 스트림 둘 다는 실시예 5에 따라 변형된, 도 3에서 나타내는 장치에서 추출하였다. LLBS와 VLBS 둘 다는 해동한 다음 실온에서 2 시간 동안 교반하여 균등한 샘플을 수득하였다. LLBS 7949.8 g이 40 바 압력과 317 K에서 디메틸 에테르 85.02 kg으로 추출되었다. 베타 세럼에서 물이 추출되기 때문에 디메틸 에테르에 물 보조-용매 4700 g을 연속적으로 첨가하였다. 5146.2 g의 추출물이 회수되며 건조를 위해 회전 진공 증발기에서 증발시켜 478.1 g의 지질이 풍부한 추출물을 수득하였다. 지질 함량은 74 % 전체 지질 수득율과 같다. 인지질 함량은 총 지질의 31 %이다. 탈지 가용성 단백질이 풍부한 수성 추잔액 스트림 6809.9 g은 10.8 % 단백질과 단지 2.0 % 지방을 함유하며, 추출 과정에서 연속적으로 회수하였다.

VLBS 8834.0 g은 40 바 압력과 323 K에서 디메틸 에테르 95.04 kg으로 추출하였다. 베타 세럼에서 물이 추출되기 때문에 디메틸 에테르에 물 보조-용매 3800 g을 연속적으로 첨가하였다. 추출물 5622.6 g을 회수한 다음 건조를 위해 회전 진공 증발기에서 증발하여 495.1 g의 지질이 풍부한 추출물을 수득하였다. 지질 함량은 74 % 전체 지질 수득율과 같다. 인지질 함량은 총 지질의 40 %이다. 탈지 가용성 단백질이 풍부한 수성 추잔액 스트림 5094.3 g은 11.93 % 단백질과 단지 2.1 % 지방을 함유하며, 추출 과정에서 연속적으로 회수하였다.

실시예 8: 10 % 용해된 고형물로 희석된 감소된 락토스 베타 세럼의 추출

본 실시예에서, 실시예 7에서의 낮은 탁토스 베타 세럼 보유물(LLBS); 및 매우 낮은 락토스 베타 세럼 보유물(VLBS)을 각각 해동 및 교반된 보유물에 올바른 비율로 증류된 탈이온수를 첨가함으로써 대략 10 % 고형물 농도로 희석하였다. 희석된 세럼 보유물을 LLBSD와 VLBSD라고 하였다. 건조 기준으로의 LLBSD와 VLBSD의 조성물은 실시예 7과 같다. LLBSD는 5.53 % 단백질, 3.50 % 지질, 1.5 % 락토스 및 0.5 % 재를 포함하는 11.1 % 용해된 고형물로 제조하였다. VLBSD는 4.7 % 단백질, 3.20 % 지질, 0.9 % 락토스 및 0.5 % 재를 포함하는 9.26 % 용해된 고형물로 제조하였다. 베타 세럼 액체 스트림 둘 다는 실시예 5에 따라 변형된, 도 3에서 나타내는 장치에서 추출하였다. LLBSD와 VLBSD 둘 다는 각각 LLBS와 VLBS에서 제조된 이후 밤새 도록 냉장고에 저장하였다. LLBSD 7651.4 g은 40 바 압력과 328 K에서 78.67 kg 디메틸 에테르로 추출하였다. 베타 세럼에서 물이 추출되기 때문에디메텔 에테르에 물 보조-용매 4250 g을 연속적으로 첨가하였다. 5172.5 g 추출물을 회수한 다음 건조를 위해 회전 진공 증발기에서 증발하여 290.7 g의 지질이 풍부한 추출물을 수득하였다. 지질 t량은 87 % 전체 지질 수득율과 같다. 인지질 함량은 총 지질의 49.2 %이다. 탈지 가용성 단백질이 풍부한 수성 추잔액 스트림 6103.8 g은 6.52 % 단백질과 단지 0.5 % 지질을 함유하며, 인지질 함량은 총 지질의 52.4 %로 추출 과정에서 연속적으로 회수하였다. 실시예 7에서 LLBS와 비교한 추잔액에서의 잔류 지질에서의 환원과 지질 수득율이 현저하게 증가하였다.

6885.9 g VLBSD는 40 바 압력과 318 K에서 디메틸 에테르 75.49 kg으로 추출하였다. 베타 세럼에서 물이 추출되기 때문에 디메틸 에테르에 물 보조-용매 4150 g을 연속적으로 첨가하였다. 5834.5 g 추출물을 회수한 다음 건조를 위해 회전 진공 증발기에서 증발하여 226.0 g의 지질이 풍부한 추출물을 수득하였다. 지질 함량은 86 % 전체 지질 수득율과 같다. 인지질 함량은 총 지질의 46.5 %이다. 탈지 가용성 단백질이 풍부한 수성 추잔액 스트림 5362.6 g을 6.52 % 단백질과 단지 0.5 % 지질을 함유하며, 인지질 함량은 총 지질의 47.9 %로, 추출 과정에서 연속적으로 회수하였다. 실시예 7에서 VLBS와 비교한 추잔액에서의 잔류 지질의 환원과 지질 수득율이 현저하게 증가하였다.