חלבון סויה

חלבוני סויה הם שם כולל לחלבונים שונים המופקים מפולי סויה. בתהליך ההפקה, פולי הסויה מנוקים, מקולפים ונטחנים ליצירת אבקת סויה שממנה ממצים שומנים בעזרת ממסים אורגנים. מהאבקה נטולת השומנים ניתן לייצר שלושה חומרי גלם עיקריים לתעשיית המזון: קמחי סויה ושבבים המכילים מינימום של 50% חלבון, תרכיזי חלבון סויה (Soy protein concentrate – SPC) המכילים מינימום של 70% חלבון, וחלבוני סויה מבודדים (Isolated soy protein – ISP) המכילים מינימום של 90% חלבון. חלבוני הסויה מהווים בין 30% ל-50% ממסת פולי הסויה. 90% מהחלבונים בסויה הם חלבוני אגירה השמורים בפולי הסויה באברונים המכונים גופי חלבון. חלבוני האגירה הנפוצים ביותר הם גליצינין (glycinin) ובטא-קונגליצינין (β-conglycinin) המהווים 65%–89% מכלל חלבוני הסויה. פולי הסויה מכילים חלבונים נוספים כמו לקטינים (lectins), מעכבי טריפסין (אנ') וליפוקסיגנאזים (אנ') שעשויים להשפיע לרעה על הערכים התזונתיים של המוצר ועל טעמו. לפיכך, בעת תהליכי המיצוי והטיהור של החלבונים דואגים להרחיקם מהמוצר הסופי. במשך אלפי שנים שימשה סויה ומוצריה כחומר גלם למזון עשיר בחלבון במדינות אסיה. בעולם המערבי הפופולריות של מוצרים אלו החלה רק בתחילת שנות השישים של המאה העשרים. נכון ל-2022, כמות המוצרים המכילים חלבוני סויה עולה על 12,000, ומספרם רק גדל. חלק קטן מהמוצרים הם: משקה סויה, רוטב סויה, גבינות סויה, טופו, ממרח פולי סויה, מחית מיסו ומוצרים על בסיס חלבון מהצומח כמו המבורגר צמחי ותחליפי בשר אחרים. כמו כן, תעשיות המזון והתרופות משתמשות בחלבונים אלו כמקור לחומצות אמינות חיוניות וכן ליצירת מוצרים המהווים חלופה למוצרים מהחי. תהליך יצור חלבון הסויה מתחיל בקטיף הפולים, מיונם וייבושם, עד הגעה ל-10% לחות. לאחר מכן הפולים נשלחים למפעל להמשך תהליך העיבוד, בו הם נשטפים וממוינים להסרת פולים פגומים, עצמים זרים ולכלוך. הפולים הפגומים ממשיכים בתהליכי עיבוד צדדיים ליצירת מספוא להאכלת בעלי חיים. הפולים הממוינים נגרסים ונשברים לחתיכות קטנות, הקליפות מופרדות מהפולים ומסולקות. הפולים נמחצים בעזרת מכבשים ליצירת פתיתים, והשמן מחולץ מהפולים בעזרת ממס אורגני (לרוב הקסאן). בשלב הבא, הפתיתים מופרדים מהממס בעזרת מערכת של אדים וואקום. דרך נוספת להפרדת הממס היא בתהליך של חימום ובישול, הגורם גם להפסקת פעילות האנזימים ולשיפור יכולת העיכול של המוצר על ידי האדם. הפתיתים המתקבלים מכילים 52%–54% של חלבון. בהמשך הפתיתים יכולים לעבור טחינה לקבלת קמח סויה או שבבים (מינימום של 50% חלבון). על מנת להגדיל את אחוז החלבון במוצר ולקבל חלבון סויה מרוכז ניתן למצות את הפחמימות המסיסות מהפתיתים בכמה דרכים: עם מים חומציים (pH 4.5), דנטורציה בחום, שטיפה במים ושטיפה נוספת בתמיסת אתיל אלכוהול מימית (%60–90%). בתהליכים אלו החלבון הופך לבלתי מסיס בעוד שהפחמימות המסיסות הנמצאות במוצר נשטפות החוצה. בשלב זה מתקבל תרכיז נוזלי אשר בסוף התהליך עובר יבוש בהתזה לקבלת אבקה של חלבון סויה מרוכז בעל תכולת חלבון מינימלית של 70%. על מנת לקבל חלבון סויה מבודד יש לבצע מספר תהליכים נוספים. תחילה, החלבון והפחמימות המסיסות מופרדים מחומרים סיביים (פקטין, צלולוז והמיצלולוז) בעזרת שטיפה במים בסיסיים. מהסיבים הבלתי מסיסים שמתקבלים ניתן ליצור סיבים תזונתיים לטובת שימושים אחרים. בשלב הבא, מתבצעת הפרדה נוספת של הפחמימות מהחלבון על ידי שיקוע איזואלקטרי. כמו כל חלבון, חלבון הסויה הוא בעל מסיסות מינימלית בנקודה האיזואלקטרית שלו (pH 4.2 עד 4.5) אליה ניתן להגיע בעזרת הוספה של חומצות המשמשות בתעשיית המזון (HCl, H3PO4). לאחר הגעה ל-pH המתאים, החלבון הלא מסיס מופרד מהפחמימות על ידי צנטריפוגציה. החלבון המבודד נשטף עם מים להמשך הסרת הרכיבים הלא חלבוניים. רוב המים בתהליך מוסרים על ידי הפאזה הפחמתית המסיסה (soy whey) המכילה גם רמות נמוכות של חלבון אלבומין. לאחר השטיפה, גרגירי החלבון יוחזרו ל-pH נייטרלי (6.8-7.2) בעזרת שימוש במלחים בסיסיים (NaOH, KOH). בשלב זה המוצר מכיל לפחות 90% חלבון על בסיס יבש. החלבון יכול לעבור תהליכים נוספים לשיפור התכונות הסופיות של המוצר כאשר בסופם המוצר עובר יבוש בהתזה ומתקבלת אבקה דקה.  מוצרי חלבון הסויה משמשים בתעשיית המזון להכנת מגוון רחב של מוצרים ביניהם רטבים לסלט, מרקים, חטיפי אנרגיה, תחליפי בשר, אבקות להכנת משקה, גבינות, קינוחים קפואים, פורמולה לתינוקות, לחמים, דגני בוקר, פסטות, אוכל לחיות מחמד ועוד. הוספה של חלבון הסויה למוצרים אלו יכולה להוות תחליף חלקי או מלא של החלבון במוצר להורדת עליות או לשיפור תכונות המוצר. אחד השימושים המרכזים של חלבון הסויה המבודד הוא במוצרי בשר טחון, נקניקיות ונקניקים. משתמשים בחלבון הסויה במוצרי בשר בגלל היותו חומר מתחלב טוב והיכולת שלו לייצב אמולסיות, לשפר צמיגות וליצור ג'ל בעת חימום, ובשל הערכים תזונתיים שלו. בתעשיית תחליפי הבשר משתמשים לרוב בנתחי סויה מיובשים בצורות שונות (Textured soy protein). נתחי הסויה מיוצרים מהאבקה לקבלת מוצר סיבי, בעל טקסטורה המדמה בשר. תהליך זה מתרחש באחת משתי דרכים: טויית סיבים (Fiber spinning) ושיחול תרמו-פלסטי (Thermoplastic extrusion). בטויית סיבים משתמשים לרוב בחלבון סויה מבודד, בעוד שבשיחול תרמו-פלסטי משתמשים בקמח סויה המאפשר להוזיל את עליות המוצר. במאפים משתמשים בשתי קטגוריות של קמח הסויה - פעיל אנזימטית (מכיל אנזימים פעילים) ולא פעיל אנזימטית. השימוש של קמח סויה פעיל אנזימטית במוצרים אלו הוא לצורך שיפור מרקם וצבע הפירורים. שימוש בקמח סויה שאינו פעיל אנזימטית נעשה לצורך שיפור החזקת הלחות במוצר וקבלת מאפה רך יותר ובעל חיי מדף ארוכים יותר. בנוסף, קמח הסויה יכול לשמש לקבלת מאפים בעלי תכולת חלבון גבוהה יותר. כמו כן, קמח הסויה משמש גם כתחליף לאבקת חלב רזה בעוגות וסופגניות ועוזר לווסת את כמות השמן הנספגת בסופגנייה בזמן הטיגון. במוצרי חלב עשירים בחלבון ובאבקות חלבון, משתמשים לרוב בחלבון סויה מבודד. לחלבון הסויה שימושים שונים גם מחוץ לתעשיית המזון. חלבון סויה מבודד משמש בתעשיית החומרים ליצירת חומרים מתכלים כגון דבקים ופלסטיק. כמו כן, חלבון הסויה משמש גם בתעשיית התרופות והביו-רפואה. חלבון הסויה הוא אחד מהחלבונים הצמחיים הבודדים הנחשב כחלבון מלא, חלבון המספק את כל חומצות האמינו החיוניות לאדם. פולי סויה דומים בהרכב חומצות האמינו לקטניות, אך קטניות מכילות יותר מחומצת האמינו ליזין ופחות מחומצות האמינו טריפטופן ומתיונין. חלבונים מהצומח מתעכלים בצורה לא מלאה על ידי בני אדם, ולכן רמת העיכול היא שיקול מרכזי לקביעת איכות החלבון. השיטה המועדפת לקביעת איכות החלבון על פי ארגון הבריאות הבינלאומי ומנהל המזון והתרופות האמריקני היא ציון חומצות אמינו מתוקן לעיכול חלבונים (אנ'). על פי שיטה זו איכות חלבון הסויה נעה בין 0.90 ל-0.99 בהתאם לרמת העיבוד של החלבון, איכות שדומה לחלבונים מהחי וגבוהה יותר מרוב החלבונים מהצומח.  רכיבים נוספים שעשויים להתלוות לחלבון סויה הם סיבים, פחמימות ושומנים בהתאם למידת בידוד החלבון. פולי סויה מכילים גם איזופלבונים (אנ') שהם תרכובות ביו-אקטיביות נפוצות בחלבון הסויה. האיזופלבונים הבולטים בפולי סויה הם: גניסטאין (אנ'), דידזאין (אנ'), גליציטין (אנ') וגלוקוזידים (אנ'). בשנת 1999, מנהל המזון והתרופות האמריקני אישר הצהרה בריאותית לפיה צריכה של 25 גרם חלבון סויה ביום כחלק מתזונה דלה בשומן רווי וכולסטרול עשויה להפחית את הסיכון למחלות לב. בשנת 2007, מנהל המזון והתרופות האמריקני הכריז על הכוונה להעריך מחדש הצהרה זו. בשנת 2012 הרשות האירופאית לבטיחות מזון (אנ') דחתה את הטענה כי לא הוכח קשר ישיר בין צריכת חלבוני הסויה להפחתת הסיכון למחלות לב. בשנת 2017 הוכרזה הצעה על ידי מנהל המזון והתרופות האמריקני לבטל את הטענה בשל חוסר הסכמה מדעית משמעותית בנושא. על פי מטה-אנליזה שהתבצעה בשנת 2019, על ידי ארגון הלב האמריקני (אנ'), נמצא כי ההשפעה של סויה לבדה היא קטנה בהפחתת כמות הליפופרוטאין בעל צפיפות נמוכה המהווה גורם סיכון למחלות לב וכלי דם. על פי ארגון הבריאות הבינלאומי ישנם שמונה חלבונים רשומים בפולי סויה שיכולים לגרום לתגובה אלרגנית. שניים מהם, גליצינין (glycinin) ובטא-קונגליצינין (β-conglycinin) הם החלבונים הנפוצים במוצרי חלבון סויה מסחריים. שכיחות האלרגיה לחלבון סויה היא 0.4% והיא נמוכה מאלרגנים אחרים במזון, כגון אלרגיה לחלבוני חלב שהם בעלי שכיחות של 2.5% או אלרגיה לחלבוני בוטנים עם שכיחות של 0.8%. עם זאת, ארגון המזון והחקלאות כולל את חלבוני הסויה ברשימת האלרגנים המשמעותיים במזון. מנהל המזון והתרופות האמריקני דורש להצהיר על חלבוני הסויה כאלרגן על כל אריזות המזון. נכון ל-2022 לא קיים תהליך המונע לחלוטין את אלרגניות החלבון עם צריכתו, אך עיבוד תרמי של הסויה מפחית את אלרגניות המוצר. Deak, N. A. et al, Soy Protein Products, Processing, and Utilization, Soybeans Chem. Prod. Process. Util., 2008, עמ' 661–724 doi: 10.1016/B978-1-893997-64-6.50022-6 Aderibigbe, Blessing A, Biomedical Applications of Soy Protein., Soy Protein-Based Blends, Composites and Nanocomposites, 2017, עמ' 103 doi: 10.1002/9781119419075 Waggle, D.H. Kolar, C.W., TYPES OF SOY PROTEIN PRODUCTS, 1979, עמ' 19-51 doi: 10.1016/b978-0-12-751450-5.50009-7 Murphy, Patricia A., Soybean proteins., Soybeans., 2008, עמ' 229-267 doi: 10.1016/B978-1-893997-64-6.50011-1 Fukushima, D., Soy proteins Handbook of Food Proteins, 2011, עמ' 210-232 doi: 10.1533/9780857093639.210 Thrane, M. et al, Soy Protein: Impacts, Production, and Applications, Sustainable Protein Sources, 2017, עמ' 23-45 doi: 10.1016/B978-0-12-802778-3.00002-0 Zhang, T. et al., The development history and recent updates on soy protein-based meat alternatives., Trends in Food Science and Technology vol. 109, 2021, עמ' 702–710 doi: 10.1016/j.tifs.2021.01.060 Cai, J. S. et al., An update on the nutritional, functional, sensory characteristics of soy products, and applications of new processing strategies., Trends in Food Science and Technology vol. 112, 2021, עמ' 676–689 doi: 10.1016/j.tifs.2021.04.039 Horan, Frank E., Soy protein products and their production, Journal of the American Oil Chemists' Society, 1974 doi: 10.1007/BF02542094 Hill, Alison M. et al, Human Nutrition Value of Soybean Oil and Soy Protein, Soybeans: Chemistry, Production, Processing, and Utilization, 2008, עמ' 725-772 doi: 10.1016/B978-1-893997-64-6.50023-8 Girgih, A T et al, Is category 'A' status assigned to soy protein and coronary heart disease risk reduction health claim by the United States food and drug administration still justifiable?, Trends in Food Science and Technology, 2013, עמ' 121-132 doi: 10.1016/j.tifs.2012.12.003 Petersen, Kristina S., The dilemma with the soy protein health claim, Journal of the American Heart Association, 2019 doi: 10.1161/JAHA.119.013202/FORMAT/EPUB Jenkins, David J.A. et al, Cumulative meta-analysis of the soy effect over time, Journal of the American Heart Association, 2019 doi: 10.1161/JAHA.119.012458