乳清製品およびその製造方法
本発明は、乾燥加工乳清タンパク濃縮物を製造する方法を提供する。全固形分が５％未満、カルシウムおよびマグネシウムの合計濃度が乾燥重量基準で７０ｍｍｏｌ／ｋｇ未満であり、ｐＨが６．０〜７．５である乳清タンパク溶液を用いる。これを７０℃より高温で最長６０分間加熱して、乳清タンパクを変性させる。その後溶液を４０〜６０℃に冷却し、次いで噴霧乾燥する。なお、表面かき取り式熱交換器を用いて加熱を行う場合には、全固形分の初期濃度が高いものを用いてもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、未変性乳清タンパクを含む乳清タンパク濃縮物と比較して、温水または冷水を添加することによって粘性溶液を形成しうる変性乳清タンパクを含む乳清タンパク濃縮物に関する。
【背景技術】
【０００２】
乳清タンパクは、チーズまたはカゼイン沈殿物を製造する際に得られる副生成物である。乳清は、水以外にラクトース、ミネラルおよび乳清タンパクを含む。チーズおよびその他の乳製品を製造する際には、多量の乳清が生成される。乳清タンパク濃縮物（ＷＰＣ）および乳清タンパク分離物（ＷＰＩ）等の乳清タンパク製品は、その他の多くの成分を除去し主成分として乳清タンパクを残すことによって生成される。ＷＰＣのタンパク質含有量は通常８５％以下であるが、ＷＰＩのそれは通常９０％以上である。限外ろ過、ダイアフィルトレーションおよびイオン交換などの確立された技術を適用することにより、タンパク質含有量を高めることができる。タンパク質は栄養価が高いため、これらの製品は食品添加物として有用である。
【０００３】
これらは加工肉、パンおよび乳製品等の多くの食品中で機能性原料として用いられている（Ｋｉｎｓｅｌｌａ，Ｊ． Ｅ． ＆ Ｗｈｉｔｅｈｅａｄ， Ｄ． Ｍ．Ｐｒｏｔｅｉｎｓ ｉｎ ｗｈｅｙ： ｃｈｅｍｉｃａｌ， ｐｈｙｓｉｃａｌ， ａｎｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ． Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｆｏｏｄ Ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， ３３， ３４３−４３８， １９８９）。しかし、組成および加工の不一致により、これらの機能特性のバリエーションが予測できないため、ＷＰＣの工業的使用は限られている（Ｘｉｏｎｇ， Ｙ． Ｌ．， Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｐＨ ａｎｄ ａｎｄ ｉｏｎｉｃ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｗｈｅｙ ｐｒｏｔｅｉｎｓ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ａｎｄ Ｆｏｏｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ， ４０， ３８０−３８４， １９９２）。ゲル化剤として使用するには、乳清タンパクは多糖類と組み合わせてもよい（例：米国特許第６，４９７，９１５号）。乳清成分単独では十分なゲル化機能を発揮しない場合は、他の親水コロイドを乳清タンパクと組み合わせて用いる。
【０００４】
米国特許第６，１３９，９００号には、炭水化物親水コロイドと同程度に低粘度の乳清タンパク分散物を製造する方法が記載されている。その方法は、
（ａ）少なくとも約２％の乳清タンパクを含み、ｐＨが少なくとも約８．０である乳清タンパク溶液を生成すること、
（ｂ）前記乳清タンパク溶液を第一加熱工程で加熱すること、
（ｃ）前記乳清タンパク溶液を冷却すること、
（ｄ）前記乳清タンパク溶液のｐＨを約８．０未満に調整すること、
（ｅ）前記乳清タンパク溶液を第二加熱工程で加熱して、乳清タンパク製品を製造すること
を含む。
【０００５】
この方法には、乳清タンパク分離物を用いたアルカリ熱処理工程が用いられるという欠点がある。アルカリｐＨでの加熱は、いくつかの牛乳製品に見られる望ましくない味を誘発することが知られており、乳清タンパク分離物を用いると、変性乳清タンパク製品を経済的に製造することができない。このアルカリ熱処理には、ゲル形成せずに長期間安定する傾向があるジスルフィド結合タンパク質凝集体を形成するという、有利な効果がある。
【０００６】
英国特許公開第２０５５８４６号には、乳清タンパクのゲル化温度を低下させる方法が記載されている。この方法は、０．５〜１０％ｗ／ｖのタンパク質濃度を有する全乳清タンパクの水溶液を、タンパク質が変性するよう少なくとも７０℃の高温に一定時間、ｐＨ７．５〜９．０に保つことからなる。同特許には、冷却前に乳清をｐＨ６．０〜７．５で加熱する従来技術も記載されている。これにより得られた製品は泡立てに適しているが、卵白の熱硬化性または凝固特性(すなわちゲル化）が求められる食品系において、卵白の代替としては適していない。この特許のすべての実施例において、乳清タンパクはｐＨ８．０で加熱されている。
【０００７】
米国特許第６，４５１，３７１号にも、ＷＰＩから調製された２〜４％の乳清タンパク溶液を同様の条件下（ｐＨ８．０、７５℃以上）で一定期間加熱する、同様の方法が記載されている。
【０００８】
米国特許第６，７６７，５７５号には、平均粒径が１μｍ以上４μｍ以下である、変性乳清タンパク凝集体の濃縮液の調製方法が記載されている。この方法は、ｐＨ５．０〜７．０、最大タンパク質含有量４％ｗ／ｗまで富栄養化された水溶液を７５〜１５０℃で一定時間加熱し、タンパク質の８０〜９０％を変性させることからなる。製品は変性乳清タンパク濃度５〜２０％まで濃縮される。この発明では富栄養化していない乳清ストリームを出発原料として用いる。加熱した製品は脂肪代替物として用いられる。
【０００９】
乳清タンパク濃縮物または分離物、あるいは乳清タンパクを変性させるために加熱された乳清には、急速にゲル化する傾向があるため、冷却ゲル化ＷＰＣを作成することは困難であった。噴霧乾燥に先立って乳清タンパクの脱水を行うのに十分な時間をとるためには、ゲル化の遅延が必要であるため、この急速なゲル化は好ましくない。工業的方法では、乳清タンパク溶液を加熱容器の外へ輸送する際に、十分な時間が経過する。全固形分が５％（ｗ／ｖ）未満である乾燥乳清タンパク溶液を噴霧するのは経済的でないため、希釈乳清タンパク溶液を濃縮する必要がある。また、満足できる乾燥ゲル化ＷＰＣを生成する場合は、この輸送中のゲル化は避けなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、乾燥して粘度増強剤またはゲル化剤として用いることのできる乳清タンパク濃縮物の、改善された製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は一形態において、
（ａ）タンパク質が５％未満、好ましくは３％未満であって、カルシウムとマグネシウムの合計濃度が乾燥重量基準で７０ｍｍｏｌ／ｋｇw／w未満、好ましくは６０ｍｍｏｌ／ｋｇ未満、最も好ましくは５０ｍｍｏｌ／ｋｇ未満であり、ｐＨが６．０〜７．５、好ましくは６．５〜７．５である乳清タンパク溶液を調製すること、
（ｂ）得られた溶液を７０℃より高温で最長６０分間熱処理して乳清タンパクを変性させること、
（ｃ）前記加熱溶液を４０〜６０℃、好ましくは４５〜５５℃に冷却すること、
（ｄ）噴霧乾燥させて乾燥物を調製すること
を含む、改質乳清タンパク濃縮物の製造方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（ａ）で定義される上記タンパク質溶液の調製には、タンパク質が１％未満でｐＨが約４．６である原料乳清を用いることができる。限外ろ過によってラクトースおよびミネラルが除去され、フリーカチオン、特に二価のイオン［カルシウム（Ｃａ2+）およびマグネシウム（Ｍｇ2+）］のレベルが低い残余ストリームが生成される。これらのイオンは、加熱すると乳清タンパクの凝集およびゲル形成を促進することが示されている（Ｋｕｈｎ， Ｐ． Ｒ． ＆ Ｆｏｅｇｅｄｉｎｇ， Ｅ． Ａ．， Ｍｉｎｅｒａｌ ｓａｌｔ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｗｈｅｙ ｐｒｏｔｅｉｎ ｇｅｌａｔｉｏｎ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ａｎｄ Ｆｏｏｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ， ３９， １０１３ − １０１６， １９９０； Ｘｉｏｎｇ， Ｙ． Ｌ．， Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｐＨ ａｎｄ ａｎｄ ｉｏｎｉｃ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｗｈｅｙ ｐｒｏｔｅｉｎｓ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ａｎｄ Ｆｏｏｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ， ４０， ３８０ − ３８４， １９９２； Ｈａｖｅａ， Ｐ．， Ｓｉｎｇｈ， Ｈ．， Ｃｒｅａｍｅｒ， Ｌ． Ｋ．， Ｈｅａｔ − ｉｎｄｕｃｅｄ ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｗｈｅｙ ｐｒｏｔｅｉｎｓ： ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｃｈｅｅｓｅ ＷＰＣ ｗｉｔｈ ａｃｉｄ ＷＰＣ ａｎｄ ｒｅｌｅｖａｎｃｅ ｏｆ ｍｉｎｅｒａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ， ５０， ４６７４ − ４６８１， ２００２）。これらカチオンの濃度が低いため、タンパク質溶液は加熱されうるが、ゲル形成が遅れてさらなる濃縮が起こり製品ストリームの処理が進行する。濃縮工程は典型的には限外ろ過または蒸発で行うことができ、約４５〜５５℃で行われる。溶液のｐＨ調整は、好ましくはＫＯＨまたはＮａＯＨを用いて、最も好ましくは溶液中で行われる。ｐＨは６．０〜７．５、好ましくは６．５〜７．５、より好ましくは６．５〜７．３、さらに好ましくは６．７〜７．０、最も好ましくは６．９に上昇される。この方法のいかなる工程においても、タンパク質は好ましくは８より高いｐＨ、より好ましくは７．５より高いｐＨで処理しない。ｐＨが高くなると味の効果が不利なものとなる。
【００１３】
出発溶液は、上記（ａ）で定義された適切なレベルのカルシウムおよびマグネシウムの組み合わせを有する、WPC粉末の再構成によって調製することができる。この溶液は次いで加熱され、さらなる濃縮に先立ち乳清タンパクが変性される。
【００１４】
少なくとも１０％（ｗ／ｖ）の全固形分からなる乳清タンパク濃縮物は、典型的には限外ろ過によって調製され、その後加熱工程に先立って希釈される。ここでの限外ろ過に特に好ましいのは、ｐＨが低いことであり、好ましくはｐＨ４〜６、より好ましくは４〜５、最も好ましくは４．６である。
【００１５】
別の態様においては、その他のカルシウム除去法を用いてもよい。例えば陽イオン交換クロマトグラフィーやエチレンジアミンテトラ酢酸（ＥＤＴＡ）等のキレート剤の添加が挙げられる。
【００１６】
変性したタンパク質を熱処理中に凝集させるには、希釈工程が必要である。タンパク質濃度が低い場合、小さい凝集体が形成される。タンパク質濃度が高い場合は、変性したタンパク質は、処理中に限外ろ過システムをブロックすることができる大きな凝集体またはゲルを、短時間で形成する。
【００１７】
乳清タンパク溶液を熱処理するためには、ｐＨ調整もまた必要条件である。イオン強度が低く、ｐＨが高く、タンパク質濃度が低い場合、乳清タンパク溶液を熱処理すると、低分子量（例えば二量体および三量体）のジスルフィド結合タンパク質凝集体が形成される（図５参照）。これらの凝集体は、ゲルを形成することなく長期間安定な傾向がある。
【００１８】
乳清タンパクの大部分を十分に継続して変性させるには、熱処理が必要である。熱処理は、好ましくは７０℃以上、より好ましくは８０℃以上で最長４０分または６０分間行われる。加熱は、プレートまたはチューブ熱交換器、表面かき取り式熱交換器（ＳＳＨＥ）の使用を含む種々の方法、または直接水蒸気圧入（ＤＳＩ）によって行われる。
【００１９】
溶液を熱処理すると、乳清タンパクの変性および凝集が起こる。タンパク質濃度が低いため、熱処理によって、低分子量の凝集体の形成に限定して凝集工程が行われる。乳清タンパク溶液の熱処理における温度と時間の組み合わせは、目的とするタンパク質の変性度合いによって変えられる。タンパク質変性度合いの異なるＷＰＣは、種々の食品および工業的用途に用いることができる異なる機能特性をもたらす。
【００２０】
熱処理に続いて、加熱溶液を４５〜５５℃まで冷却することが好ましい。一度冷却した後、好ましくは限外ろ過によってさらに水を除去する。結果として得られた残余は、好ましくは少なくとも１０％、より好ましくは少なくとも１５％、さらに好ましくは１８％より多くの、それ以上に好ましくは少なくとも２０％、最も好ましくは少なくとも２２％の全固形分を含む。濃縮された溶液は、標準的な方法で効果的に均質化してもよい。乳清の乾燥は、例えば噴霧乾燥等の従来の方法で行うことができる。
【００２１】
蒸発または限外ろ過工程によって、製品ストリームの全固形分濃度はさらに増加する。製品を常に約５０℃に保っておくことが重要である。これにより製品のゲル形成が回避される。低温では、残余は短時間でゲル網を形成する。高温の場合もまた、残余は短時間でゲル網を形成する。本発明者らは、乳清ゲル形成のためのゲル化運動は、中間温度で最小になることを発見した。
【００２２】
乾燥工程は通常、脱水工程の後に行われる。これによりアクセス水が除去され、最終生成物である粉末には、約３〜４％の水分と８０％以上のタンパク質が含まれる。
【００２３】
出願人は(学説にとらわれることなく)、この新しい手法の鍵は加熱条件を設定することであり、これによりゲル網形成前の一定期間安定である、特定のタンパク質凝集体（低分子量凝集体）が形成されると考える。このゲル形成の遅延により、蒸発および乾燥工程はゲル形成前に完了する。条件は、低タンパク質濃度、低イオン強度および高ｐＨの組み合わせであった。
【００２４】
本発明の製品は典型的には、標準ＷＰＣと比べて高タンパク質、高脂肪、低鉱物、低ラクトースを有する。含有するタンパク質の大部分は熱変性している（下記表１参照）。所望であれば、脂肪は種々の方法（例：精密ろ過）で除去することができる。
【００２５】
異なるレベルの変性は、加熱温度または加熱時間を変えることによって達成できる。
【００２６】
別の態様では本発明は、
（ａ）全固形分約１０〜３０％（ｗ／ｗ）、カルシウムとマグネシウムの合計濃度が乾燥重量基準で７０ｍｍｏｌ／ｋｇｗ／ｗ未満、好ましくは６０ｍｍｏｌ／ｋｇ未満、最も好ましくは５０ｍｍｏｌ／ｋｇｗ／ｗ未満、ｐＨ６．５〜７．５である乳清タンパク濃縮物を調製すること、
（ｂ）表面かき取り式熱交換器（ＳＳＨＥ）を用いて７０℃より高温で最長４０分間加熱して乳清タンパクを変性させること、
（ｃ）前記加熱溶液を４５〜５５℃に冷却すること、
（ｄ）噴霧乾燥させて乾燥物を調製すること
を含む方法を提供する。
【００２７】
ＳＳＨＥでは、高タンパク質濃度および高粘度のタンパク質ストリームを用いることができるため、この方法によれば、希釈および第二の限外ろ過工程を省略できる。
【００２８】
冷却後、冷却されたタンパク質溶液は、噴霧乾燥前に任意で濃縮してもよい。噴霧乾燥に先立って、前記冷却溶液は効果的に均質化してもよい。
【００２９】
前述した好ましい条件（例えばｐＨ条件および温度条件）は、本発明の適用可能なこの態様においても好ましい。
【００３０】
本発明のさらに別の態様では、本発明の方法の別の生成物を提供する。
【００３１】
本発明の製品は、広範囲で利用することができ、粘度およびタンパク質含有量の増加が望まれる用途に用いることができる。
【００３２】
本発明は前記のごとく構成され、またその構成は下記の実施例のみに限定されるものではない。
【実施例】
【００３３】
以下の実施例により、本発明の実施についてさらに述べる。
図１〜図４は、本発明の方法を概略で示す。
【００３４】
例１：加熱時の低分子量凝集体の形成の実証
タンパク質約１％、ｐＨ約４．６の原料乳清を、１０％硫酸を加えることにより、スキムミルクからのカゼインの酸沈殿物から取り出した。これを全固形分が約２０％になるまで限外ろ過した。残余を純水で希釈し、タンパク質２％である希釈残余を得た。１０％ＫＯＨ（ｗ／ｖ）を用いてｐＨを７．０または７．５に調整した。ｐＨ調整した希釈残余を８０℃で３０分間加熱した。サンプルを取り出しＮａｔｉｖｅ-ＰＡＧＥ処理した（Ｈａｖｅａ， Ｐ．， Ｓｉｎｇｈ， Ｈ．， Ｃｒｅａｍｅｒ， Ｌ． Ｋ． ＆ Ｃａｍｐａｎｅｌｌａ， Ｏ， Ｈ． Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｔｅｉｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｆｏｒｍｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｗｈｅｙ ｐｒｏｔｅｉｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｄａｉｒｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， ６５， ７９−９１， １９９８）。これらの結果は、β−ラクトグロブリンおよびα−ラクトアルブミンの量が加熱時間とともに減少し（減少するバンド強度によって示されている）、Ｘで標識された低分子量凝集体の量（バンド強度）の増加を伴うことを示した（図５）。
【００３５】
例２：本発明が、タンパク質変性のレベルが異なるWPCを提供する可能性の実証
図２に示される工程に続く工程では、タンパク質約１％、ｐＨ約４．６の原料乳清を、５％硫酸を加えることにより、スキムミルクからのカゼインの酸沈殿物から調製した。清澄の後、全固形分が約２０％になるまで乳清を限外ろ過した。残余を水で希釈し、タンパク質２％である希釈溶液を得た。その後１０％ＫＯＨ（ｗ／ｖ）を用いてｐＨを６．９に調整した。
【００３６】
希釈乳清タンパク溶液を２つのストリームに分離し、２つの異なるレベルで加熱した（ストリーム１：７４℃、２０分、ストリーム２：８２℃、２１分）。加熱した乳清ストリームをその後５０℃に冷却し、限外ろ過して全固形分が２０％以下である第二の残余ロットを得た。これらの残余ストリームをその後噴霧乾燥した。最終的に得られた粉末を分析し、市販の標準未加熱酸WPC粉末（対照）と比較した。タンパク質変性のレベルをＨａｖｅａらが記載したように（Ｈａｖｅａ， Ｐ．， Ｓｉｎｇｈ， Ｈ．， Ｃｒｅａｍｅｒ， Ｌ． Ｋ． ＆ Ｃａｍｐａｎｅｌｌａ， Ｏ， Ｈ． Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｔｅｉｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｆｏｒｍｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｗｈｅｙ ｐｒｏｔｅｉｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｄａｉｒｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， ６５， ７９−９１， １９９８）、Ｎａｔｉｖｅポリアクリルアミドゲル電気泳動（Ｎａｔｉｖｅ−ＰＡＧＥ）を用いて評価した。変性した乳清タンパク溶液（熱処理したＷＰＣ粉末より調製）におけるタンパク質バンド（β−ラクトグロブリン、α−ラクトアルブミンおよびＢＳＡ）の複合強度を、未加熱乳清タンパク溶液（未加熱限外ろ過残余より調製）中の同じタンパク質の複合バンド強度と比較した。
【００３７】
【表１】
【００３８】
変性ＷＰＣ製品は、熱処理のレベルに応じてタンパク質変性のレベルが異なっていた。これらの製品は一般に、標準酸ＷＰＣと比べてタンパク質と脂肪のレベルが高く、ラクトースと鉱物のレベルが低かった。これは主に、変性ＷＰＣの製造に用いた限外ろ過処理の程度が高いためであった。
【００３９】
例３：加熱残余を４０〜６０℃に保つことの重要性の実証
前記例２のストリーム２よりバケツ（１Ｌ）二杯の加熱残余（全固形分約２０％）を得た。一方のバケツを２０℃で、もう一方は５０℃で保持した。２０℃で保存したバケツ中のタンパク質溶液は、１時間以内に非常に厚いゲルの形成を開始した。このタンパク質溶液はその後の処理を行うには厚すぎると考え、処分した。５０℃で保持したバケツ中のタンパク質残余は、３時間以上経過しても溶液のままであった。この時間の遅延により溶液は、ゲル形成前に工業条件下で、その後の処理を行うことができた。
【００４０】
例４：加熱中の低タンパク質レベルの重要性の実証
タンパク質８０％を含む市販の酸ＷＰＣ粉末（例２の２％溶液と同等の相対組成）を再構成することにより、５％ＷＰＣ溶液を調製した。この溶液はタンパク質を約４％（ｗ／ｖ）含み、カルシウムを乾燥重量で約７０ｍｍｏｌ／ｋｇ含んでいた。これを７５℃で２０分間加熱した。溶液を５０℃の限外ろ過により濃縮した。残余の全固形分が約７％まで増加し始めた時、ポンプ圧が著しく急激に増加したため、実験を停止した。限外ろ過膜は著しく汚れていた。この結果から、タンパク質濃度が約５％の乳清溶液を熱処理すると、乾燥前の濃縮工程中に汚れやゲルとなる、大きいタンパク質凝集体が形成されることが分かった。対照的に、例２からの２％タンパク質で熱処理された溶液は、乾燥前の濃縮工程で２０％まで濃縮することができた。
【００４１】
例５：カルシウム濃度の重要性の実証
３％のタンパク質および濃度約８２ｍｍｏｌ／ｋｇ(乾燥重量)のカルシウムからなる乳清タンパク溶液を、チーズ乳清から調製した。この溶液を７８℃で２０分間加熱し、その後限外ろ過で濃縮した。例４で示したのと同様に、膜汚れによって圧力が著しく上昇したため、実験設備を停止しなければならなかった。対照的に、例２からの２％タンパク質で熱処理された溶液および例６からの３％溶液（カルシウム濃度７０ｍｍｏｌ／ｋｇ）は、乾燥前の濃縮工程で２０％まで濃縮することができた。
【００４２】
例６：別の熱処理方法の使用の実証
図３および図４に示した方法に従って、乳清タンパク粉末を製造した。ＣａＣｌ2およびレンネット添加のもと、新鮮な殺菌全乳にチーズスターターを植菌し、３５℃で約４０分間凝固させた。その後カードを分離し、乳清を清澄した。限外ろ過の前に、清澄した乳清のｐＨを５％（ｗ／ｖ）硫酸を用いて４．６に調整し、約１５％タンパク質の残余を得た。その後この溶液を水で希釈し、３％タンパク質溶液を得た。ＤＳＩを用いた加熱（１０５℃以下、２０分）の前に、１０％ＫＯＨを用いてｐＨを７．０に調整した。加熱後、溶液を約４３℃に冷却し、１５％のタンパク質濃縮物になるまで限外ろ過で濃縮した。その後残余を噴霧乾燥した。
【００４３】
市販の標準チーズＷＰＣと、上で得られた製品との比較分析を以下に示す（表２）。
【００４４】
【表２】
【００４５】
変性チーズＷＰＣ８０（ＷＰＣＤＣ６０）のカルシウム濃度は、本発明で定義したレベルであり、製品は室温で強固なゲルを形成することができた（下記実施例参照）。
【００４６】
例７：変性ＷＰＣ粉末の冷却肥厚化特性の実証
ＷＰＣ溶液（５％、１０％および１５％ｗ／ｗ、ｐＨ６．９）をＷＰＣＤＡ８０から調製し、５℃で１時間、５時間または２４時間培養した。各溶液の粘度を、ＰＡＲＲ ＰＨＹＳＩＣＡ ＵＳ２００レオメーターを用いてcubおよびbobコンフィグレーションにおいて５℃で測定した。剪断速度は０から１０３２ｓ-1まで増加し（黒塗りの記号）、その後１０３２から０ｓ-1まで減少した（白塗りの記号）。結果を図６に示す。５％および１０％溶液の粘度は、５℃での１時間から５時間の培養、次いで５時間から２４時間のすべての剪断速度での培養により、著しく増加した。この結果から、１５％WPC溶液の粘度は、１０％または５％WPC溶液の粘度の何倍も高いことも分かる。標準酸ＷＰＣから調製され同一条件下で保存された１５％WPC溶液の粘度は、５％変性WPC溶液の粘度と同程度であった。市販の未変性酸WPC粉末から調製した、同じ濃度のWPC溶液（５％、１０％および１５％ｗ／ｗ、ｐＨ６．９）は、比較的粘度が低く（０．０１〜０．０５）それらの間にはわずかな違いしかなかった（結果は示されていない）。
【００４７】
さらなる実験では、５℃、２０℃、４０℃で１〜２４時間培養した時の、ＷＰＣＡＤ８０から調製した１０％WPC溶液の粘度の変化を測定したところ、時間の経過および温度の減少とともに増加することを示した（図７）。この結果から、変性WPCは低温で高粘性溶液を形成することができ、食品工業で多くの用途に使用できることが分かった。
【００４８】
例８：ＷＰＣ粉末の冷却ゲル化能の実証
ＷＰＣＤＣ６０（１００ｍｌ、１２％ｗ／ｗ、ｐＨ７．０）から調製したＷＰＣ溶液の室温（２０℃以下）でのゲル形成能力を、１０ｍＭ、１５ｍＭ、２０ｍＭ、または２５ｍＭのＣａＣｌ2を加えて評価した。これらの溶液を、ビーカー内で室温に一夜保存した。翌朝これらの溶液は、様々な硬度のゲルを形成しており、加えたＣａＣｌ2の増加レベルに伴ってゲル硬度が増加していることが分かった。
【００４９】
９５℃に調整された水浴に２５分間ビーカーを浸すことによって、これらのゲルを加熱した。ゲルは加熱によって溶解せず、「ゆでた卵白」のように硬くなった。
【００５０】
これらの結果から、ＷＰＣＤ６０はＣａＣｌ2を加えることにより、室温でゲルを形成しうることが分かった。また、ゲルは熱安定性であり食品工業の様々な用途に用いられることも示している。
【００５１】
本明細書および請求項で用いられる「を含む」という表現は、「少なくともその一部を構成する」、つまり本明細書中のこの表現を含む文を訳す場合、各文中この表現の後に記載されている構成要件はすべて存在する必要があるが、その他の要件も存在しうるということを意味する。
【００５２】
上記の実施例は、本発明の実施形態を表すものである。本発明は無数の変更および差異で実施しうることが、当業者には認識されるであろう。例えば、出発物質として使用される材料は処理時間によって異なり、温度も同様に変化しうる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係る方法のフローチャートである。
【図２】スキムミルクを出発物質とする、本発明の方法に係る例のフローチャートである。
【図３】変性ＷＰＣを製造する、本発明に係る別の方法のフローチャートであって、この方法では加熱工程がＳＳＨＥシステムによって行われ、希釈工程および第二の限外ろ過工程が効果的に省略される。
【図４】図３に示された本発明に係る別の方法の例のフローチャートであって、全乳を出発物質とし、変性ＷＰＣを製造するためのチーズ乳清を提供するチーズ工程である。
【図５】希釈残余(タンパク質２％)の典型的なＮａｔｉｖｅ-ＰＡＧＥであり、（ａ）ｐＨ７．０、（ｂ）ｐＨ７．５、（Ｉ）８０℃、（ＩＩ）９５℃で最長３０分間加熱したものである。減少するバンド強度で示されるネイティブタンパク質［ＢＳＡ、β−ラクトグロブリン（β−Ｌｇ）、α−ラクトアルブミン（α−ｌａ）］の消失により、Ｘで標識された低分子量凝集体が大量に形成されたことが分かる。
【図６】ＷＰＣＤＡ８０（例２）から調製した変性ＷＰＣの粘度を、剪断速度の関数として示すグラフである。剪断速度は０から１０３２ｓ-1まで増加させ、その後１０３２から０ｓ-1まで減少させた。
【図７】５℃、２０℃、４０℃で１〜２４時間培養した時の、１０％熱変性ＷＰＣ溶液（図２に示す方法により製造）の粘度の変化を示すグラフである。剪断速度は１５．１５ｓ-1で測定した。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、未変性乳清タンパクを含む乳清タンパク濃縮物と比較して、温水または冷水を添加することによって粘性溶液を形成しうる変性乳清タンパクを含む乳清タンパク濃縮物に関する。
【背景技術】
【０００２】
乳清タンパクは、チーズまたはカゼイン沈殿物を製造する際に得られる副生成物である。乳清は、水以外にラクトース、ミネラルおよび乳清タンパクを含む。チーズおよびその他の乳製品を製造する際には、多量の乳清が生成される。乳清タンパク濃縮物（ＷＰＣ）および乳清タンパク分離物（ＷＰＩ）等の乳清タンパク製品は、その他の多くの成分を除去し主成分として乳清タンパクを残すことによって生成される。ＷＰＣのタンパク質含有量は通常８５％以下であるが、ＷＰＩのそれは通常９０％以上である。限外ろ過、ダイアフィルトレーションおよびイオン交換などの確立された技術を適用することにより、タンパク質含有量を高めることができる。タンパク質は栄養価が高いため、これらの製品は食品添加物として有用である。
【０００３】
これらは加工肉、パンおよび乳製品等の多くの食品中で機能性原料として用いられている（Ｋｉｎｓｅｌｌａ，Ｊ． Ｅ． ＆ Ｗｈｉｔｅｈｅａｄ， Ｄ． Ｍ．Ｐｒｏｔｅｉｎｓ ｉｎ ｗｈｅｙ： ｃｈｅｍｉｃａｌ， ｐｈｙｓｉｃａｌ， ａｎｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ． Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｆｏｏｄ Ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， ３３， ３４３−４３８， １９８９）。しかし、組成および加工の不一致により、これらの機能特性のバリエーションが予測できないため、ＷＰＣの工業的使用は限られている（Ｘｉｏｎｇ， Ｙ． Ｌ．， Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｐＨ ａｎｄ ａｎｄ ｉｏｎｉｃ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｗｈｅｙ ｐｒｏｔｅｉｎｓ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ａｎｄ Ｆｏｏｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ， ４０， ３８０−３８４， １９９２）。ゲル化剤として使用するには、乳清タンパクは多糖類と組み合わせてもよい（例：米国特許第６，４９７，９１５号）。乳清成分単独では十分なゲル化機能を発揮しない場合は、他の親水コロイドを乳清タンパクと組み合わせて用いる。
【０００４】
米国特許第６，１３９，９００号には、炭水化物親水コロイドと同程度に低粘度の乳清タンパク分散物を製造する方法が記載されている。その方法は、
（ａ）少なくとも約２％の乳清タンパクを含み、ｐＨが少なくとも約８．０である乳清タンパク溶液を生成すること、
（ｂ）前記乳清タンパク溶液を第一加熱工程で加熱すること、
（ｃ）前記乳清タンパク溶液を冷却すること、
（ｄ）前記乳清タンパク溶液のｐＨを約８．０未満に調整すること、
（ｅ）前記乳清タンパク溶液を第二加熱工程で加熱して、乳清タンパク製品を製造すること
を含む。
【０００５】
この方法には、乳清タンパク分離物を用いたアルカリ熱処理工程が用いられるという欠点がある。アルカリｐＨでの加熱は、いくつかの牛乳製品に見られる望ましくない味を誘発することが知られており、乳清タンパク分離物を用いると、変性乳清タンパク製品を経済的に製造することができない。このアルカリ熱処理には、ゲル形成せずに長期間安定する傾向があるジスルフィド結合タンパク質凝集体を形成するという、有利な効果がある。
【０００６】
英国特許公開第２０５５８４６号には、乳清タンパクのゲル化温度を低下させる方法が記載されている。この方法は、０．５〜１０％ｗ／ｖのタンパク質濃度を有する全乳清タンパクの水溶液を、タンパク質が変性するよう少なくとも７０℃の高温に一定時間、ｐＨ７．５〜９．０に保つことからなる。同特許には、冷却前に乳清をｐＨ６．０〜７．５で加熱する従来技術も記載されている。これにより得られた製品は泡立てに適しているが、卵白の熱硬化性または凝固特性(すなわちゲル化）が求められる食品系において、卵白の代替としては適していない。この特許のすべての実施例において、乳清タンパクはｐＨ８．０で加熱されている。
【０００７】
米国特許第６，４５１，３７１号にも、ＷＰＩから調製された２〜４％の乳清タンパク溶液を同様の条件下（ｐＨ８．０、７５℃以上）で一定期間加熱する、同様の方法が記載されている。
【０００８】
米国特許第６，７６７，５７５号には、平均粒径が１μｍ以上４μｍ以下である、変性乳清タンパク凝集体の濃縮液の調製方法が記載されている。この方法は、ｐＨ５．０〜７．０、最大タンパク質含有量４％ｗ／ｗまで富栄養化された水溶液を７５〜１５０℃で一定時間加熱し、タンパク質の８０〜９０％を変性させることからなる。製品は変性乳清タンパク濃度５〜２０％まで濃縮される。この発明では富栄養化していない乳清ストリームを出発原料として用いる。加熱した製品は脂肪代替物として用いられる。
【０００９】
乳清タンパク濃縮物または分離物、あるいは乳清タンパクを変性させるために加熱された乳清には、急速にゲル化する傾向があるため、冷却ゲル化ＷＰＣを作成することは困難であった。噴霧乾燥に先立って乳清タンパクの脱水を行うのに十分な時間をとるためには、ゲル化の遅延が必要であるため、この急速なゲル化は好ましくない。工業的方法では、乳清タンパク溶液を加熱容器の外へ輸送する際に、十分な時間が経過する。全固形分が５％（ｗ／ｖ）未満である乾燥乳清タンパク溶液を噴霧するのは経済的でないため、希釈乳清タンパク溶液を濃縮する必要がある。また、満足できる乾燥ゲル化ＷＰＣを生成する場合は、この輸送中のゲル化は避けなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、乾燥して粘度増強剤またはゲル化剤として用いることのできる乳清タンパク濃縮物の、改善された製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は一形態において、
（ａ）タンパク質が５％未満、好ましくは３％未満であって、カルシウムとマグネシウムの合計濃度が乾燥重量基準で７０ｍｍｏｌ／ｋｇw／w未満、好ましくは６０ｍｍｏｌ／ｋｇ未満、最も好ましくは５０ｍｍｏｌ／ｋｇ未満であり、ｐＨが６．０〜７．５、好ましくは６．５〜７．５である乳清タンパク溶液を調製すること、
（ｂ）得られた溶液を７０℃より高温で最長６０分間熱処理して乳清タンパクを変性させること、
（ｃ）前記加熱溶液を４０〜６０℃、好ましくは４５〜５５℃に冷却すること、
（ｄ）噴霧乾燥させて乾燥物を調製すること
を含む、改質乳清タンパク濃縮物の製造方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（ａ）で定義される上記タンパク質溶液の調製には、タンパク質が１％未満でｐＨが約４．６である原料乳清を用いることができる。限外ろ過によってラクトースおよびミネラルが除去され、フリーカチオン、特に二価のイオン［カルシウム（Ｃａ2+）およびマグネシウム（Ｍｇ2+）］のレベルが低い残余ストリームが生成される。これらのイオンは、加熱すると乳清タンパクの凝集およびゲル形成を促進することが示されている（Ｋｕｈｎ， Ｐ． Ｒ． ＆ Ｆｏｅｇｅｄｉｎｇ， Ｅ． Ａ．， Ｍｉｎｅｒａｌ ｓａｌｔ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｗｈｅｙ ｐｒｏｔｅｉｎ ｇｅｌａｔｉｏｎ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ａｎｄ Ｆｏｏｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ， ３９， １０１３ − １０１６， １９９０； Ｘｉｏｎｇ， Ｙ． Ｌ．， Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｐＨ ａｎｄ ａｎｄ ｉｏｎｉｃ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｗｈｅｙ ｐｒｏｔｅｉｎｓ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ａｎｄ Ｆｏｏｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ， ４０， ３８０ − ３８４， １９９２； Ｈａｖｅａ， Ｐ．， Ｓｉｎｇｈ， Ｈ．， Ｃｒｅａｍｅｒ， Ｌ． Ｋ．， Ｈｅａｔ − ｉｎｄｕｃｅｄ ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｗｈｅｙ ｐｒｏｔｅｉｎｓ： ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｃｈｅｅｓｅ ＷＰＣ ｗｉｔｈ ａｃｉｄ ＷＰＣ ａｎｄ ｒｅｌｅｖａｎｃｅ ｏｆ ｍｉｎｅｒａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ， ５０， ４６７４ − ４６８１， ２００２）。これらカチオンの濃度が低いため、タンパク質溶液は加熱されうるが、ゲル形成が遅れてさらなる濃縮が起こり製品ストリームの処理が進行する。濃縮工程は典型的には限外ろ過または蒸発で行うことができ、約４５〜５５℃で行われる。溶液のｐＨ調整は、好ましくはＫＯＨまたはＮａＯＨを用いて、最も好ましくは溶液中で行われる。ｐＨは６．０〜７．５、好ましくは６．５〜７．５、より好ましくは６．５〜７．３、さらに好ましくは６．７〜７．０、最も好ましくは６．９に上昇される。この方法のいかなる工程においても、タンパク質は好ましくは８より高いｐＨ、より好ましくは７．５より高いｐＨで処理しない。ｐＨが高くなると味の効果が不利なものとなる。
【００１３】
出発溶液は、上記（ａ）で定義された適切なレベルのカルシウムおよびマグネシウムの組み合わせを有する、WPC粉末の再構成によって調製することができる。この溶液は次いで加熱され、さらなる濃縮に先立ち乳清タンパクが変性される。
【００１４】
少なくとも１０％（ｗ／ｖ）の全固形分からなる乳清タンパク濃縮物は、典型的には限外ろ過によって調製され、その後加熱工程に先立って希釈される。ここでの限外ろ過に特に好ましいのは、ｐＨが低いことであり、好ましくはｐＨ４〜６、より好ましくは４〜５、最も好ましくは４．６である。
【００１５】
別の態様においては、その他のカルシウム除去法を用いてもよい。例えば陽イオン交換クロマトグラフィーやエチレンジアミンテトラ酢酸（ＥＤＴＡ）等のキレート剤の添加が挙げられる。
【００１６】
変性したタンパク質を熱処理中に凝集させるには、希釈工程が必要である。タンパク質濃度が低い場合、小さい凝集体が形成される。タンパク質濃度が高い場合は、変性したタンパク質は、処理中に限外ろ過システムをブロックすることができる大きな凝集体またはゲルを、短時間で形成する。
【００１７】
乳清タンパク溶液を熱処理するためには、ｐＨ調整もまた必要条件である。イオン強度が低く、ｐＨが高く、タンパク質濃度が低い場合、乳清タンパク溶液を熱処理すると、低分子量（例えば二量体および三量体）のジスルフィド結合タンパク質凝集体が形成される（図５参照）。これらの凝集体は、ゲルを形成することなく長期間安定な傾向がある。
【００１８】
乳清タンパクの大部分を十分に継続して変性させるには、熱処理が必要である。熱処理は、好ましくは７０℃以上、より好ましくは８０℃以上で最長４０分または６０分間行われる。加熱は、プレートまたはチューブ熱交換器、表面かき取り式熱交換器（ＳＳＨＥ）の使用を含む種々の方法、または直接水蒸気圧入（ＤＳＩ）によって行われる。
【００１９】
溶液を熱処理すると、乳清タンパクの変性および凝集が起こる。タンパク質濃度が低いため、熱処理によって、低分子量の凝集体の形成に限定して凝集工程が行われる。乳清タンパク溶液の熱処理における温度と時間の組み合わせは、目的とするタンパク質の変性度合いによって変えられる。タンパク質変性度合いの異なるＷＰＣは、種々の食品および工業的用途に用いることができる異なる機能特性をもたらす。
【００２０】
熱処理に続いて、加熱溶液を４５〜５５℃まで冷却することが好ましい。一度冷却した後、好ましくは限外ろ過によってさらに水を除去する。結果として得られた残余は、好ましくは少なくとも１０％、より好ましくは少なくとも１５％、さらに好ましくは１８％より多くの、それ以上に好ましくは少なくとも２０％、最も好ましくは少なくとも２２％の全固形分を含む。濃縮された溶液は、標準的な方法で効果的に均質化してもよい。乳清の乾燥は、例えば噴霧乾燥等の従来の方法で行うことができる。
【００２１】
蒸発または限外ろ過工程によって、製品ストリームの全固形分濃度はさらに増加する。製品を常に約５０℃に保っておくことが重要である。これにより製品のゲル形成が回避される。低温では、残余は短時間でゲル網を形成する。高温の場合もまた、残余は短時間でゲル網を形成する。本発明者らは、乳清ゲル形成のためのゲル化運動は、中間温度で最小になることを発見した。
【００２２】
乾燥工程は通常、脱水工程の後に行われる。これによりアクセス水が除去され、最終生成物である粉末には、約３〜４％の水分と８０％以上のタンパク質が含まれる。
【００２３】
出願人は(学説にとらわれることなく)、この新しい手法の鍵は加熱条件を設定することであり、これによりゲル網形成前の一定期間安定である、特定のタンパク質凝集体（低分子量凝集体）が形成されると考える。このゲル形成の遅延により、蒸発および乾燥工程はゲル形成前に完了する。条件は、低タンパク質濃度、低イオン強度および高ｐＨの組み合わせであった。
【００２４】
本発明の製品は典型的には、標準ＷＰＣと比べて高タンパク質、高脂肪、低鉱物、低ラクトースを有する。含有するタンパク質の大部分は熱変性している（下記表１参照）。所望であれば、脂肪は種々の方法（例：精密ろ過）で除去することができる。
【００２５】
異なるレベルの変性は、加熱温度または加熱時間を変えることによって達成できる。
【００２６】
別の態様では本発明は、
（ａ）全固形分約１０〜３０％（ｗ／ｗ）、カルシウムとマグネシウムの合計濃度が乾燥重量基準で７０ｍｍｏｌ／ｋｇｗ／ｗ未満、好ましくは６０ｍｍｏｌ／ｋｇ未満、最も好ましくは５０ｍｍｏｌ／ｋｇｗ／ｗ未満、ｐＨ６．５〜７．５である乳清タンパク濃縮物を調製すること、
（ｂ）表面かき取り式熱交換器（ＳＳＨＥ）を用いて７０℃より高温で最長４０分間加熱して乳清タンパクを変性させること、
（ｃ）前記加熱溶液を４５〜５５℃に冷却すること、
（ｄ）噴霧乾燥させて乾燥物を調製すること
を含む方法を提供する。
【００２７】
ＳＳＨＥでは、高タンパク質濃度および高粘度のタンパク質ストリームを用いることができるため、この方法によれば、希釈および第二の限外ろ過工程を省略できる。
【００２８】
冷却後、冷却されたタンパク質溶液は、噴霧乾燥前に任意で濃縮してもよい。噴霧乾燥に先立って、前記冷却溶液は効果的に均質化してもよい。
【００２９】
前述した好ましい条件（例えばｐＨ条件および温度条件）は、本発明の適用可能なこの態様においても好ましい。
【００３０】
本発明のさらに別の態様では、本発明の方法の別の生成物を提供する。
【００３１】
本発明の製品は、広範囲で利用することができ、粘度およびタンパク質含有量の増加が望まれる用途に用いることができる。
【００３２】
本発明は前記のごとく構成され、またその構成は下記の実施例のみに限定されるものではない。
【実施例】
【００３３】
以下の実施例により、本発明の実施についてさらに述べる。
図１〜図４は、本発明の方法を概略で示す。
【００３４】
例１：加熱時の低分子量凝集体の形成の実証
タンパク質約１％、ｐＨ約４．６の原料乳清を、１０％硫酸を加えることにより、スキムミルクからのカゼインの酸沈殿物から取り出した。これを全固形分が約２０％になるまで限外ろ過した。残余を純水で希釈し、タンパク質２％である希釈残余を得た。１０％ＫＯＨ（ｗ／ｖ）を用いてｐＨを７．０または７．５に調整した。ｐＨ調整した希釈残余を８０℃で３０分間加熱した。サンプルを取り出しＮａｔｉｖｅ-ＰＡＧＥ処理した（Ｈａｖｅａ， Ｐ．， Ｓｉｎｇｈ， Ｈ．， Ｃｒｅａｍｅｒ， Ｌ． Ｋ． ＆ Ｃａｍｐａｎｅｌｌａ， Ｏ， Ｈ． Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｔｅｉｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｆｏｒｍｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｗｈｅｙ ｐｒｏｔｅｉｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｄａｉｒｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， ６５， ７９−９１， １９９８）。これらの結果は、β−ラクトグロブリンおよびα−ラクトアルブミンの量が加熱時間とともに減少し（減少するバンド強度によって示されている）、Ｘで標識された低分子量凝集体の量（バンド強度）の増加を伴うことを示した（図５）。
【００３５】
例２：本発明が、タンパク質変性のレベルが異なるWPCを提供する可能性の実証
図２に示される工程に続く工程では、タンパク質約１％、ｐＨ約４．６の原料乳清を、５％硫酸を加えることにより、スキムミルクからのカゼインの酸沈殿物から調製した。清澄の後、全固形分が約２０％になるまで乳清を限外ろ過した。残余を水で希釈し、タンパク質２％である希釈溶液を得た。その後１０％ＫＯＨ（ｗ／ｖ）を用いてｐＨを６．９に調整した。
【００３６】
希釈乳清タンパク溶液を２つのストリームに分離し、２つの異なるレベルで加熱した（ストリーム１：７４℃、２０分、ストリーム２：８２℃、２１分）。加熱した乳清ストリームをその後５０℃に冷却し、限外ろ過して全固形分が２０％以下である第二の残余ロットを得た。これらの残余ストリームをその後噴霧乾燥した。最終的に得られた粉末を分析し、市販の標準未加熱酸WPC粉末（対照）と比較した。タンパク質変性のレベルをＨａｖｅａらが記載したように（Ｈａｖｅａ， Ｐ．， Ｓｉｎｇｈ， Ｈ．， Ｃｒｅａｍｅｒ， Ｌ． Ｋ． ＆ Ｃａｍｐａｎｅｌｌａ， Ｏ， Ｈ． Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｔｅｉｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｆｏｒｍｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｗｈｅｙ ｐｒｏｔｅｉｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｄａｉｒｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， ６５， ７９−９１， １９９８）、Ｎａｔｉｖｅポリアクリルアミドゲル電気泳動（Ｎａｔｉｖｅ−ＰＡＧＥ）を用いて評価した。変性した乳清タンパク溶液（熱処理したＷＰＣ粉末より調製）におけるタンパク質バンド（β−ラクトグロブリン、α−ラクトアルブミンおよびＢＳＡ）の複合強度を、未加熱乳清タンパク溶液（未加熱限外ろ過残余より調製）中の同じタンパク質の複合バンド強度と比較した。
【００３７】
【表１】
【００３８】
変性ＷＰＣ製品は、熱処理のレベルに応じてタンパク質変性のレベルが異なっていた。これらの製品は一般に、標準酸ＷＰＣと比べてタンパク質と脂肪のレベルが高く、ラクトースと鉱物のレベルが低かった。これは主に、変性ＷＰＣの製造に用いた限外ろ過処理の程度が高いためであった。
【００３９】
例３：加熱残余を４０〜６０℃に保つことの重要性の実証
前記例２のストリーム２よりバケツ（１Ｌ）二杯の加熱残余（全固形分約２０％）を得た。一方のバケツを２０℃で、もう一方は５０℃で保持した。２０℃で保存したバケツ中のタンパク質溶液は、１時間以内に非常に厚いゲルの形成を開始した。このタンパク質溶液はその後の処理を行うには厚すぎると考え、処分した。５０℃で保持したバケツ中のタンパク質残余は、３時間以上経過しても溶液のままであった。この時間の遅延により溶液は、ゲル形成前に工業条件下で、その後の処理を行うことができた。
【００４０】
例４：加熱中の低タンパク質レベルの重要性の実証
タンパク質８０％を含む市販の酸ＷＰＣ粉末（例２の２％溶液と同等の相対組成）を再構成することにより、５％ＷＰＣ溶液を調製した。この溶液はタンパク質を約４％（ｗ／ｖ）含み、カルシウムを乾燥重量で約７０ｍｍｏｌ／ｋｇ含んでいた。これを７５℃で２０分間加熱した。溶液を５０℃の限外ろ過により濃縮した。残余の全固形分が約７％まで増加し始めた時、ポンプ圧が著しく急激に増加したため、実験を停止した。限外ろ過膜は著しく汚れていた。この結果から、タンパク質濃度が約５％の乳清溶液を熱処理すると、乾燥前の濃縮工程中に汚れやゲルとなる、大きいタンパク質凝集体が形成されることが分かった。対照的に、例２からの２％タンパク質で熱処理された溶液は、乾燥前の濃縮工程で２０％まで濃縮することができた。
【００４１】
例５：カルシウム濃度の重要性の実証
３％のタンパク質および濃度約８２ｍｍｏｌ／ｋｇ(乾燥重量)のカルシウムからなる乳清タンパク溶液を、チーズ乳清から調製した。この溶液を７８℃で２０分間加熱し、その後限外ろ過で濃縮した。例４で示したのと同様に、膜汚れによって圧力が著しく上昇したため、実験設備を停止しなければならなかった。対照的に、例２からの２％タンパク質で熱処理された溶液および例６からの３％溶液（カルシウム濃度７０ｍｍｏｌ／ｋｇ）は、乾燥前の濃縮工程で２０％まで濃縮することができた。
【００４２】
例６：別の熱処理方法の使用の実証
図３および図４に示した方法に従って、乳清タンパク粉末を製造した。ＣａＣｌ2およびレンネット添加のもと、新鮮な殺菌全乳にチーズスターターを植菌し、３５℃で約４０分間凝固させた。その後カードを分離し、乳清を清澄した。限外ろ過の前に、清澄した乳清のｐＨを５％（ｗ／ｖ）硫酸を用いて４．６に調整し、約１５％タンパク質の残余を得た。その後この溶液を水で希釈し、３％タンパク質溶液を得た。ＤＳＩを用いた加熱（１０５℃以下、２０分）の前に、１０％ＫＯＨを用いてｐＨを７．０に調整した。加熱後、溶液を約４３℃に冷却し、１５％のタンパク質濃縮物になるまで限外ろ過で濃縮した。その後残余を噴霧乾燥した。
【００４３】
市販の標準チーズＷＰＣと、上で得られた製品との比較分析を以下に示す（表２）。
【００４４】
【表２】
【００４５】
変性チーズＷＰＣ８０（ＷＰＣＤＣ６０）のカルシウム濃度は、本発明で定義したレベルであり、製品は室温で強固なゲルを形成することができた（下記実施例参照）。
【００４６】
例７：変性ＷＰＣ粉末の冷却肥厚化特性の実証
ＷＰＣ溶液（５％、１０％および１５％ｗ／ｗ、ｐＨ６．９）をＷＰＣＤＡ８０から調製し、５℃で１時間、５時間または２４時間培養した。各溶液の粘度を、ＰＡＲＲ ＰＨＹＳＩＣＡ ＵＳ２００レオメーターを用いてcubおよびbobコンフィグレーションにおいて５℃で測定した。剪断速度は０から１０３２ｓ-1まで増加し（黒塗りの記号）、その後１０３２から０ｓ-1まで減少した（白塗りの記号）。結果を図６に示す。５％および１０％溶液の粘度は、５℃での１時間から５時間の培養、次いで５時間から２４時間のすべての剪断速度での培養により、著しく増加した。この結果から、１５％WPC溶液の粘度は、１０％または５％WPC溶液の粘度の何倍も高いことも分かる。標準酸ＷＰＣから調製され同一条件下で保存された１５％WPC溶液の粘度は、５％変性WPC溶液の粘度と同程度であった。市販の未変性酸WPC粉末から調製した、同じ濃度のWPC溶液（５％、１０％および１５％ｗ／ｗ、ｐＨ６．９）は、比較的粘度が低く（０．０１〜０．０５）それらの間にはわずかな違いしかなかった（結果は示されていない）。
【００４７】
さらなる実験では、５℃、２０℃、４０℃で１〜２４時間培養した時の、ＷＰＣＡＤ８０から調製した１０％WPC溶液の粘度の変化を測定したところ、時間の経過および温度の減少とともに増加することを示した（図７）。この結果から、変性WPCは低温で高粘性溶液を形成することができ、食品工業で多くの用途に使用できることが分かった。
【００４８】
例８：ＷＰＣ粉末の冷却ゲル化能の実証
ＷＰＣＤＣ６０（１００ｍｌ、１２％ｗ／ｗ、ｐＨ７．０）から調製したＷＰＣ溶液の室温（２０℃以下）でのゲル形成能力を、１０ｍＭ、１５ｍＭ、２０ｍＭ、または２５ｍＭのＣａＣｌ2を加えて評価した。これらの溶液を、ビーカー内で室温に一夜保存した。翌朝これらの溶液は、様々な硬度のゲルを形成しており、加えたＣａＣｌ2の増加レベルに伴ってゲル硬度が増加していることが分かった。
【００４９】
９５℃に調整された水浴に２５分間ビーカーを浸すことによって、これらのゲルを加熱した。ゲルは加熱によって溶解せず、「ゆでた卵白」のように硬くなった。
【００５０】
これらの結果から、ＷＰＣＤ６０はＣａＣｌ2を加えることにより、室温でゲルを形成しうることが分かった。また、ゲルは熱安定性であり食品工業の様々な用途に用いられることも示している。
【００５１】
本明細書および請求項で用いられる「を含む」という表現は、「少なくともその一部を構成する」、つまり本明細書中のこの表現を含む文を訳す場合、各文中この表現の後に記載されている構成要件はすべて存在する必要があるが、その他の要件も存在しうるということを意味する。
【００５２】
上記の実施例は、本発明の実施形態を表すものである。本発明は無数の変更および差異で実施しうることが、当業者には認識されるであろう。例えば、出発物質として使用される材料は処理時間によって異なり、温度も同様に変化しうる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係る方法のフローチャートである。
【図２】スキムミルクを出発物質とする、本発明の方法に係る例のフローチャートである。
【図３】変性ＷＰＣを製造する、本発明に係る別の方法のフローチャートであって、この方法では加熱工程がＳＳＨＥシステムによって行われ、希釈工程および第二の限外ろ過工程が効果的に省略される。
【図４】図３に示された本発明に係る別の方法の例のフローチャートであって、全乳を出発物質とし、変性ＷＰＣを製造するためのチーズ乳清を提供するチーズ工程である。
【図５】希釈残余(タンパク質２％)の典型的なＮａｔｉｖｅ-ＰＡＧＥであり、（ａ）ｐＨ７．０、（ｂ）ｐＨ７．５、（Ｉ）８０℃、（ＩＩ）９５℃で最長３０分間加熱したものである。減少するバンド強度で示されるネイティブタンパク質［ＢＳＡ、β−ラクトグロブリン（β−Ｌｇ）、α−ラクトアルブミン（α−ｌａ）］の消失により、Ｘで標識された低分子量凝集体が大量に形成されたことが分かる。
【図６】ＷＰＣＤＡ８０（例２）から調製した変性ＷＰＣの粘度を、剪断速度の関数として示すグラフである。剪断速度は０から１０３２ｓ-1まで増加させ、その後１０３２から０ｓ-1まで減少させた。
【図７】５℃、２０℃、４０℃で１〜２４時間培養した時の、１０％熱変性ＷＰＣ溶液（図２に示す方法により製造）の粘度の変化を示すグラフである。剪断速度は１５．１５ｓ-1で測定した。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）全固形分が５％未満であって、カルシウムとマグネシウムの合計濃度が乾燥重量基準で７０ｍｍｏｌ／ｋｇ未満であり、ｐＨが６．０〜７．５である乳清タンパク溶液を調製すること、
（ｂ）得られた溶液を７０℃より高温に最長６０分間熱処理して乳清タンパクを変性させること、
（ｃ）この加熱した溶液を４０〜６０℃に冷却すること、
（ｄ）噴霧乾燥して乾燥物を調製すること
を含む、改質乳清タンパク濃縮物の製造方法。
【請求項２】
（ａ）における乳清タンパク溶液の全固形分が３％未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
乳清タンパク溶液出発物質が、少なくとも１０％（ｗ／ｖ）の全固形分からなる乳清タンパク濃縮物の限外ろ過によって調製される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記乳清タンパク溶液が、４．０〜６．０の範囲のｐＨで限外ろ過される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
熱処理される前記乳清タンパク溶液のｐＨが、６．５〜７．５の範囲内である、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
熱処理される前記乳清タンパク溶液のｐＨが、６．５〜７．０の範囲内である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
熱処理される前記乳清タンパク溶液のカルシウムとマグネシウムの合計濃度が、乾燥重量基準で５０ｍｍｏｌ／ｋｇ未満である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
熱処理に続いて、加熱された溶液を４５〜５５℃に冷却する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
冷却に続いて、冷却された溶液を全固形分が１０％（ｗ／ｖ）より多くなるまで濃縮する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
冷却に続いて、冷却された溶液を全固形分が１８％（ｗ／ｖ）より多くなるまで濃縮する、請求項に９記載の方法。
【請求項１１】
カルシウムとマグネシウムの合計濃度が乾燥重量基準で７０ｍｍｏｌ／ｋｇ未満である乳清出発物質の調製に、陽イオン交換クロマトグラフィーを用いる、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
（ａ）全固形分が約１０〜３０％（ｗ／ｗ）であって、カルシウムとマグネシウムの合計濃度が乾燥重量基準で７０ｍｍｏｌ／ｋｇ未満であり、ｐＨが６．５〜７．５である乳清タンパク溶液を調製すること、
（ｂ）表面かき取り式熱交換器（ＳＳＨＥ）を用いて、７０℃より高温で最長６０分間熱処理して乳清タンパクを変性させること、
（ｃ）この加熱した溶液を４０〜６０℃に冷却すること、
（ｄ）噴霧乾燥して乾燥物を調製すること
を含む、乳清タンパク濃縮物の製造方法。
【請求項１３】
前記加熱した溶液を４５〜５５℃まで冷却する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法により改質乳清タンパクを調製し、この改質乳清タンパクを食品製造の原料として用いることを含む、食品を製造する方法。
【請求項１５】
前記食品がヨーグルト、インスタントヨーグルト、アイスクリームおよびインスタント乳製品デザートから選ばれる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法によって調製された、乳清タンパク濃縮物。
【請求項１】
（ａ）全固形分が５％未満であって、カルシウムとマグネシウムの合計濃度が乾燥重量基準で７０ｍｍｏｌ／ｋｇ未満であり、ｐＨが６．０〜７．５である乳清タンパク溶液を調製すること、
（ｂ）得られた溶液を７０℃より高温に最長６０分間熱処理して乳清タンパクを変性させること、
（ｃ）この加熱した溶液を４０〜６０℃に冷却すること、
（ｄ）噴霧乾燥して乾燥物を調製すること
を含む、改質乳清タンパク濃縮物の製造方法。
【請求項２】
（ａ）における乳清タンパク溶液の全固形分が３％未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
乳清タンパク溶液出発物質が、少なくとも１０％（ｗ／ｖ）の全固形分からなる乳清タンパク濃縮物の限外ろ過によって調製される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記乳清タンパク溶液が、４．０〜６．０の範囲のｐＨで限外ろ過される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
熱処理される前記乳清タンパク溶液のｐＨが、６．５〜７．５の範囲内である、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
熱処理される前記乳清タンパク溶液のｐＨが、６．５〜７．０の範囲内である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
熱処理される前記乳清タンパク溶液のカルシウムとマグネシウムの合計濃度が、乾燥重量基準で５０ｍｍｏｌ／ｋｇ未満である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
熱処理に続いて、加熱された溶液を４５〜５５℃に冷却する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
冷却に続いて、冷却された溶液を全固形分が１０％（ｗ／ｖ）より多くなるまで濃縮する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
冷却に続いて、冷却された溶液を全固形分が１８％（ｗ／ｖ）より多くなるまで濃縮する、請求項に９記載の方法。
【請求項１１】
カルシウムとマグネシウムの合計濃度が乾燥重量基準で７０ｍｍｏｌ／ｋｇ未満である乳清出発物質の調製に、陽イオン交換クロマトグラフィーを用いる、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
（ａ）全固形分が約１０〜３０％（ｗ／ｗ）であって、カルシウムとマグネシウムの合計濃度が乾燥重量基準で７０ｍｍｏｌ／ｋｇ未満であり、ｐＨが６．５〜７．５である乳清タンパク溶液を調製すること、
（ｂ）表面かき取り式熱交換器（ＳＳＨＥ）を用いて、７０℃より高温で最長６０分間熱処理して乳清タンパクを変性させること、
（ｃ）この加熱した溶液を４０〜６０℃に冷却すること、
（ｄ）噴霧乾燥して乾燥物を調製すること
を含む、乳清タンパク濃縮物の製造方法。
【請求項１３】
前記加熱した溶液を４５〜５５℃まで冷却する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法により改質乳清タンパクを調製し、この改質乳清タンパクを食品製造の原料として用いることを含む、食品を製造する方法。
【請求項１５】
前記食品がヨーグルト、インスタントヨーグルト、アイスクリームおよびインスタント乳製品デザートから選ばれる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法によって調製された、乳清タンパク濃縮物。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２００８−５２５０１９（Ｐ２００８−５２５０１９Ａ）
【公表日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５４８１２０（Ｐ２００７−５４８１２０）
【出願日】平成１７年１２月２３日（２００５．１２．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＮＺ２００５／０００３４３
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０６８５２１
【国際公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【出願人】（５０４２１４２４６）フォンテラ コ−オペレイティブ グループ リミティド (17)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月２３日（２００５．１２．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＮＺ２００５／０００３４３
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０６８５２１
【国際公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【出願人】（５０４２１４２４６）フォンテラ コ−オペレイティブ グループ リミティド (17)
【Ｆターム（参考）】
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