Es gibt zwei Arten von Kasein: saures Kasein und Labkasein. Saures Kasein wird durch Ansäuern von Magermilch gewonnen, bis der isoelektrische Punkt (pH± 4,6) des Kaseins erreicht ist, Labkasein entsteht durch enzymatische Koagulation.

Caseinat wird in der Lebensmittelindustrie häufiger verwendet als Kasein, da es besser löslich ist als Kasein. Kaseinat, in der Regel Natrium- oder Kalziumkaseinat, wird häufig als Emulgator oder Feuchthaltemittel in Fleischerzeugnissen verwendet. Caseinat wird häufig als Proteinquelle, Schaumstabilisator oder als Zutat in Milch- oder Sahneersatz verwendet. Um den Salzgehalt in einem Produkt so gering wie möglich zu halten, wird häufig Kalziumkaseinat bevorzugt.

Kaseinatherstellung

Im folgenden Teil wird sowohl die Herstellung von Natriumkaseinat als auch von Kalziumkaseinat erläutert. Beide Produkte entstehen durch die Reaktion von saurem Kaseinbruch oder saurem Kaseinpulver mit Lauge (Natriumhydroxid). Daher wird zunächst der Herstellungsprozess von saurem Kasein beschrieben.

Saures Kasein

Rohmaterial

Zur Herstellung von saurem Kasein wird entrahmte fettarme Milch verwendet, da das Vorhandensein von Fett die Haltbarkeit des Kaseins verringert. Die Entrahmung muss gründlich durchgeführt werden.

Da Mikroorganismen die Farbe und Konsistenz des Kaseins negativ beeinflussen können, muss die entrahmte Rohmilch von guter Qualität sein. Die Milch darf nicht stark erhitzt werden, weil dadurch unerwünschte chemische Reaktionen mit verschiedenen Bestandteilen der Milch ausgelöst werden könnten und die Farbe des Kaseins zu dunkel werden würde. Um dies zu verhindern, wird die Milch nicht nur pasteurisiert, sondern auch mikrogefiltert.

Pasteurisieren

Die rohe Magermilch wird 15 bis 20 Sekunden lang bei einer Temperatur von 72°C pasteurisiert.

Säuerung

Durch die Ansäuerung der Milch bis zum isoelektrischen Punkt des Kaseins, der zwischen pH 4 und 4,8 liegt, wird die negative Ladung der Kaseinmizellen durch die vorhandenen Wasserstoffionen angehoben. Infolgedessen kommt es zur Koagulation der Kaseinmizellen.

Die Säuerung kann auf zwei Arten erfolgen: anorganisch oder organisch. Bei der Verwendung von Kasein oder Kaseinat in Lebensmitteln wird die biologische/organische Säuerung bevorzugt.

Anorganische Säuerung
Nach dem Pasteurisieren wird die Magermilch auf etwa 32°C abgekühlt. Mit Hilfe von Salzsäure oder Schwefelsäure wird der pH-Wert der Magermilch auf einen pH-Wert zwischen 4,3 und 4,6 gesenkt. Anschließend wird die Mischung mit einem Wärmetauscher auf eine Temperatur von 40 bis 45 °C erhitzt und 2 Minuten lang auf dieser Temperatur gehalten. Während dieser Zeit bilden sich Kaseinaggregate.

Biologische Säuerung
Nach dem Pasteurisieren wird die Magermilch auf etwa 25°C abgekühlt. Der Magermilch wird ein nicht gasbildender mesophiler Starter zugesetzt, der für eine gewünschte pH-Senkung in etwa 15 Stunden sorgt. Die Säuerung sollte nicht zu schnell voranschreiten, da dies zu einer ungleichmäßigen Qualität und einem geringeren Ertrag führen kann. Wenn der gewünschte pH-Wert erreicht ist, wird die Mischung gerührt, mit einem Wärmetauscher aufgeheizt und für einen kurzen Moment auf einer konstanten Temperatur von 50 bis 55 °C gehalten.

Waschen

Bevor der Waschvorgang eingeleitet wird, wird die entstehende Molke mit einem Dekanter entfernt, so dass beim Waschen weniger Wasser benötigt wird. In der nächsten Phase wird das Kasein bei einer Temperatur von 35 bis 60°C in drei Schritten in einem Gegenstromwascher mit Wasser gewaschen, wobei die Molkenproteine, Laktose und Salze entfernt werden. Nach jedem Waschschritt wird ein Teil des Waschwassers in den Dekanter des Kaseins abgeschieden. Nach dem letzten Schritt wird durch Zentrifugieren ein Kasein mit einem Trockensubstanzgehalt von 40 bis 45 Prozent gewonnen, so dass das Kasein getrocknet werden kann.

Das Kasein kann sowohl aus der Molke als auch aus dem Waschwasser mit Hilfe einer Zentrifuge gewonnen werden. Nach dem Auflösen in Lauge kann das Kasein wieder in die Ausgangsmilch gegeben werden.

Trocknen

Mit Hilfe von Heißluft wird das Kasein getrocknet, bis es einen Feuchtigkeitsgehalt von 12 Prozent hat. Die Trocknung des Kaseins kann auf verschiedene Arten erfolgen. Bei einem zweistufigen Trocknungsverfahren liegt die Trocknungstemperatur in der ersten Stufe bei etwa 50 bis 55 °C und in der zweiten Stufe bei etwa 65 °C.

Vermahlung

Nach der Trocknung des Kaseins wird das Kasein zu Pulver mit einer Partikelgröße von 0,32, 0,42 oder 0,64 mm vermahlen.

Caseinat

Verdünnung

Caseinat kann aus saurem Kasein, saurem Kaseinbruch oder Pulver hergestellt werden. In der Regel wird jedoch saurer Kaseinbruch bevorzugt. Unabhängig davon, welcher Rohstoff verwendet wird, sollte der Trockensubstanzgehalt durch Zugabe von Wasser auf 18 bis 24 Prozent reduziert werden. Ansonsten würde die Viskosität der Lösung zu hoch werden, da sie praktisch nur aus Eiweiß besteht.

Nassvermahlung

Das Gemisch wird in eine Kolloidmühle gepumpt, in der die Teilchengröße der Emulsion reduziert wird, was zu einer dicken Paste führt. Durch diese Verkleinerung der Teilchengröße wird die Auflösungsgeschwindigkeit der später zugegebenen Lauge erhöht.

Die Nassvermahlung erfolgt bei einer Temperatur von unter 45 °C, da eine höhere Temperatur eher zu einer Reagglomeration führt. Die entstandene Aufschlämmung wird dann in einem doppelwandigen Tank mit einem leistungsstarken Rührwerk aufgefangen… Laugenzugabe Eine verdünnte Laugenlösung wird der Aufschlämmung vorsichtig zugegeben, bis der gewünschte pH-Wert von 6,7 erreicht ist. Bei diesem pH-Wert ist die Viskosität der Lösung am geringsten.

Welche Lauge verwendet wird, hängt von dem herzustellenden Produkt ab.

• Natriumkaseinat
  Für die Herstellung von Natriumkaseinat wird eine 2,5 M oder 10%ige wässrige Natriumhydroxidlösung verwendet. Für spezielle Zwecke kann auch eine Natriumbicarbonat- oder Natriumphosphatlösung verwendet werden. Nach Erreichen des gewünschten pH-Wertes sollte das Ganze so schnell wie möglich auf 60 bis 75 °C erwärmt werden. Die Viskosität würde sonst zu stark ansteigen. Das Auflösen der Lauge dauert 30 bis 60 Minuten.

• Calciumcaseinat
  Das Auflösen einer Calciumhydroxidlösung ist im Vergleich zur Natronlauge wesentlich zeitaufwendiger. Deshalb wird das Kasein häufig zunächst in Ammoniak gelöst. Dann wird in Saccharose gelöstes Calciumhydroxid zugegeben und das Calciumcaseinat-Gemisch wird durch Waschen getrocknet. Der größte Teil des Ammoniaks verdampft während des Trocknungsprozesses.

Vorwärmen

Um die Kaseinatlösung sprühfähig zu machen, wird sie auf 80 bis 90°C vorgewärmt. Auf diese Weise wird die Viskosität der Lösung so niedrig wie möglich gehalten und es kann mit einer Lösung mit einem Trockensubstanzgehalt von bis zu 24 % gearbeitet werden.

Trocknen

Da der Trockensubstanzgehalt des zu trocknenden Lebensmittels gering ist, wird vorzugsweise mit einer Düse vernebelt. Außerdem empfiehlt es sich, in zwei Schritten zu trocknen. Nachdem das Natriumkaseinat in einem Sprühtrocknungsturm bei einer Lufttemperatur von 200 bis 230 °C auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 10 bis 12 % getrocknet wurde, wird der zusätzliche Feuchtigkeitsgehalt mit einem Wirbelschichttrockner reduziert.

Lebensmittelsicherheit &Hygienisches Design

Die meisten Prozesse in der Molkerei finden bei einem relativ hohen pH-Wert und unter feuchten Bedingungen statt, die ein ideales Umfeld für das Wachstum einer Vielzahl von Mikroorganismen schaffen – wie zum Beispiel krankheitsverursachende Mikroorganismen. Daher ist es wichtig, dass die gesamte Anlage nach Hygienestandards gebaut wird, damit sie mikrobiell gereinigt werden kann. Nach dem Reinigungsprozess kann eine Desinfektion alle verbleibenden vegetativen Mikroorganismen abtöten.

Wenn die Maschinen nicht vollständig entleert werden können, verlieren sie ihren „sauberen“ Status, auch wenn sie gereinigt, aber für eine bestimmte Zeit beiseite gestellt wurden. Die Maschinen müssen gründlich gereinigt und desinfiziert werden, bevor der Produktionsprozess wieder aufgenommen werden kann.