ПОЛУЧЕНИЕ ПРОДУКТОВ РАСТВОРИМОГО БЕЛКА ИЗ КОНОПЛИ ("Н701")
PRODUCTION OF PRODUCTS OF SOLUBLE PROTEIN FROM HEMP ("N701")

Ссылка на родственную заявку
Настоящая заявка претендует согласно 35 Своду законов США 119 (e) на дату приоритета, указанную в заявке на временный патент США №61/678722 с датой подачи 2 августа 2012.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение направлено на получение белкового продукта из конопли и на получение новых белковых продуктов конопли.
Предшествующий уровень техники
В патентных заявках США №№12/603087 с датой подачи 21 октября 2009 года (публикация патента США №2010-0098818), 12/923897 с датой подачи 13 октября 2010 года (публикация патента США №2011-0038993) и 12/998422 с датой подачи 1 июня 2011 года (публикация патента США №2011-0236556), правопреемником которых является автор настоящей заявки, и описания которых включены в данный документ в качестве ссылки, описывается получение соевых белковых продуктов, имеющих содержание белка по меньшей мере около 60 мас. %, (Ν×6,25) в пересчете на сухое вещество, предпочтительно по меньшей мере около 90 мас. %, в которых производят прозрачные, термостабильные растворы при низких значениях pH, и которые могут применяться для обогащения белком безалкогольных напитков, а также других водных систем без осаждения белка.
Соевый белковый продукт получают путем экстрагирования источника соевого белка водным раствором хлорида кальция, с тем, чтобы вызвать солюбилизацию соевого белка из источника белка и с образованием водного раствора соевого белка, отделения водного раствора соевого белка от остаточного источника соевого белка, возможно, разбавления раствора соевого белка, регулирования pH водного раствора соевого белка до pH от около 1,5 до около 4,4, предпочтительно от около 2 до около 4, для получения подкисленного прозрачного раствора соевого белка, возможно, концентрирования водного прозрачного раствора белка при поддержании ионной силы по существу постоянной при помощи технологии с использованием селективных мембран, возможно диафильтрации, концентрированного раствора соевого белка, и возможно высушивания концентрированного и возможно диафильтрованного раствора соевого белка.
Краткое описание изобретения
Было обнаружено, что этот способ получения соевых белковых продуктов и его модификации могут быть использованы для получения кислоторастворимых белковых продуктов из конопли, имеющих содержание белка по меньшей мере 60 мас. % (Ν×6,25) в пересчете на сухое вещество. Кислоторастворимые белковые продукты конопли могут применяться для обогащения белком, в частности, безалкогольных напитков и спортивных напитков, в частности, порошкообразных безалкогольных напитков и спортивных напитков, которые растворяются в воде конечным пользователем, а также других водных систем без осаждения белка.
Новый белковый продукт конопли является полностью растворимым в водном растворе при кислых значениях pH, примерно менее 4,4. Данная полная растворимость продукта без стабилизаторов или других добавок является необходимой для поддержания белка в растворе или суспензии. Продукт имеет низкое содержание фитиновой кислоты, обычно примерно менее 1,5 мас. %, предпочтительно примерно менее 0,5 мас. %. Для получения белкового продукта конопли не требуются ферменты. Белковый продукт конопли был описан как имеющий слабо выраженный вкус. Белковый продукт конопли предпочтительно является изолятом, имеющим содержание белка, по меньшей мере около 90 мас. %, предпочтительно по меньшей мере около 100 мас. % (Ν×6,25).
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, обеспечивается способ получения белкового продукта конопли, имеющего содержание белка конопли, по меньшей мере около 60 мас. % (Ν×6,25) в пересчете на сухое вещество, который содержит:
(a) экстрагирование источника белка конопли водным раствором соли кальция, предпочтительно водным раствором хлорида кальция, с тем, чтобы вызвать солюбилизацию белка конопли из источника белка и с образованием водного раствора белка конопли,
(b) отделение водного раствора белка конопли от остаточного источника белка конопли,
(c) возможно разбавление водного раствора белка конопли,
(d) регулирование pH водного раствора белка конопли до pH от около 1,5 до около 4,4, предпочтительно от около 2 до около 4, для получения подкисленного раствора белка конопли,
(e) возможно осветление подкисленного раствора белка конопли, если раствор еще не является прозрачным,
(f) альтернативно, от стадии (b) до стадии (е), возможно разбавление и затем регулирование pH объединенного водного раствора белка конопли и остаточного источника белка конопли до pH от около 1,5 до около 4,4, предпочтительно от около 2 до около 4, затем отделение подкисленного, предпочтительно прозрачного, раствора белка конопли от остаточного источника белка конопли,
(g) возможно концентрирование водного раствора белка конопли при поддержании ионной силы по существу постоянной при помощи технологии с использованием селективных мембран,
(h) возможно диафильтрацию концентрированного раствора белка конопли, и
(i) возможно сушку концентрированного и возможно диафильтрованного раствора белка конопли.
Белковый продукт конопли предпочтительно является изолятом, имеющим содержание белка по меньшей мере около 90 мас. %, предпочтительно по меньшей мере около 100 мас. %, (Ν×6,25) в пересчете на сухое вещество.
Настоящее изобретение дополнительно обеспечивает новый белковый продукт конопли, имеющий содержание белка по меньшей мере 60 мас. %, предпочтительно по меньшей мере около 90 мас. %, более предпочтительно по меньшей мере около 100 мас. % (Ν×6,25) в пересчете на сухое вещество, и который является водорастворимым при кислых значениях pH примерно менее 4,4, и является пригодным для обогащения белком водных систем, включающих безалкогольные напитки и спортивные напитки, в частности, порошкообразные варианты этих напитков, не приводя к осаждению белка. Белковый продукт конопли также имеет низкое содержание фитиновой кислоты, обычно примерно менее 1,5% от массы, предпочтительно примерно менее 0,5% от массы. Белок конопли в продукте не является гидролизованным.
Таким образом, в другом аспекте настоящего изобретения обеспечивается белковый продукт конопли, имеющий содержание белка по меньшей мере около 60 мас. %, предпочтительно изолят белка конопли, имеющий содержание белка по меньшей мере около 90 мас. % (Ν×6,25) в пересчете на сухое вещество, более предпочтительно по меньшей мере около 100 мас. % (Ν×6,25) в пересчете на сухое вещество, который является по существу полностью растворимым в водной среде при pH менее чем около 4,4, предпочтительно от около 1,5 до около 4,4.
Обеспеченный настоящим изобретением белковый продукт конопли может обеспечиваться в виде его водного раствора, предпочтительно имеющего высокую степень прозрачности при кислых значениях pH, обычно от примерно менее 4,4, предпочтительно от около 1,5 до около 4,4.
Новый белковый продукт конопли настоящего изобретения может смешиваться с порошковыми напитками для образования водных безалкогольных напитков или спортивных напитков путем растворения порошковых напитков в воде. Такая смесь может быть порошкообразным напитком. Новый белковый продукт конопли также может использоваться в применениях, имеющих почти нейтральный pH, от около 6 до около 8.
Тогда как настоящее изобретение относится главным образом к получению изолята белка конопли, предполагается, что могут обеспечиваться белковые продукты конопли меньшей степени чистоты, имеющие свойства, близкие к свойствам изолята белка конопли. Такие продукты меньшей степени чистоты могут иметь концентрацию белка по меньшей мере около 60% от массы (Ν×6,25) в пересчете на сухое вещество.
В другом аспекте настоящего изобретения обеспечивается подкисленный водный раствор белкового продукта конопли, обеспечиваемого настоящим изобретением. Подкисленный водный раствор может быть напитком, который может быть прозрачным напитком, в котором белковый продукт конопли полностью растворим, и прозрачный или подкисленный водный раствор может быть непрозрачным напитком, в котором белковый продукт конопли вносит или не вносит вклад в мутность напитка. Подкисленные водные растворы имеют хорошие вкусоароматические качества и, в неофициальных органолептических тестах с участием дегустационной комиссии, демонстрировали более слабовыраженный вкус, чем водный раствор коммерческого белкового продукта конопли.
Белковый продукт конопли, полученный согласно описываемому здесь способу, является подходящим не только для обогащения белком кислой среды, но может использоваться в самых разнообразных применениях белковых продуктов, включая, без ограничения перечисленным, обогащение белком полуфабрикатов и напитков, эмульгирование масел, в качестве образователя упругости (мякиша) в хлебобулочных изделиях и пенообразователя в продуктах, которые задерживают газы. В дополнение к этому, белковый продукт конопли может образовывать белковые волокна, пригодные в заменителях мяса и может применяться в качестве заменителя яичного белка или наполнителя в пищевых продуктах, где яичный белок используется в качестве связующего вещества. Белковый продукт конопли также может применяться в биологически активных добавках. Белковый продукт конопли также может применяться в аналогах молочных продуктов или альтернативных продуктах, или продуктах, которые являются молочно/растительными ингредиентами смесей. Другими применениями белкового продукта конопли являются корма для домашних животных, корм для животных и применения в промышленности, в косметике и в средствах личной гигиены.
Подробное описание изобретения
Начальная стадия способа обеспечения белкового продукта конопли включает солюбилизацию белка конопли из источника белка конопли. Источником белка конопли могут быть семена конопли или любой конопляный продукт или побочный продукт, полученный в результате обработки семян конопли, включая без ограничения перечисленным, конопляную муку, белковые продукты конопли, произведенные путем просеивания конопляной муки, и лущеные семена конопли. Источник белка конопли может использоваться в полностью необезжиренной форме, частично обезжиренной форме или полностью обезжиренной форме. В случае, когда источник белка конопли содержит заметное количество жира, в ходе процесса обычно требуется стадия удаления масла. Белок конопли, извлеченный из источника белка конопли, может быть белком, природно-встречающимся в конопле, либо белковый материал может быть белком, модифицированным генетической манипуляцией, но обладающим характерными для природного белка гидрофобными и полярными свойствами.
Солюбилизация белка, из материала источника белка конопли осуществляется наиболее удобно с использованием раствора хлорида кальция, хотя растворы других солей кальция могут быть использованы. Кроме того, могут использоваться соединения других щелочноземельных металлов, таких как соли магния. Дополнительно экстрагирование белка конопли из источника белка конопли может осуществляться с использованием раствора соли кальция в комбинации с другим солевым раствором, таким как хлорид натрия. Кроме того, экстрагирование белка конопли из источника белка конопли может осуществляться с использованием воды или другого солевого раствора, такого как хлорид натрия, солью кальция, впоследствии добавленной в водный раствор конопляного белка, полученного на стадии экстрагирования. Осадок, образовавшийся при добавлении соли кальция, удаляется перед последующей обработкой.
С увеличением концентрации раствора соли кальция изначально увеличивается и степень солюбилизации белка из источника белка конопли до тех пор, пока не достигнет максимального значения. Любое последующее увеличение концентрации соли не приводит к повышению общего количества солюбилизированного белка. Концентрация раствора соли кальция, которая вызывает максимальную солюбилизацию белка, варьирует в зависимости от вида выбранной соли. Обычно предпочтительным для использования значением концентрации считается значение примерно менее 1,0 M и более предпочтительным, значение от около 0,10 до около 0,15 М.
В периодическом способе солевая солюбилизация белка осуществляется при температуре от около 1°C до около 100°C, предпочтительно от около 15° до около 65°C, более предпочтительно от около 20°C до около 35°C, предпочтительно сопровождается перемешиванием для сокращения времени солюбилизации, которое обычно составляет примерно от около 1 до около 60 минут. Предпочтительно солюбилизация проводится таким образом, чтобы экстрагировать, в основном, максимально достижимое на практике количество белка из источника конопляного белка с тем, чтобы обеспечить высокий общий выход продукта.
В непрерывном способе экстракция белка конопли из источника белка конопли проводится любым путем, обеспечивающим непрерывную экстракцию белка конопли из источника белка конопли. В одном варианте осуществления, источник конопляного белка непрерывно смешивается с раствором соли кальция, и полученная смесь транспортируется по трубе или трубопроводу, длина которого и скорость потока в котором обеспечивают время пребывания смеси в трубопроводе, достаточное для осуществления требуемой экстракции в соответствии с описанными здесь параметрами. В таком непрерывном способе стадия солюбилизации солью происходит в течение примерно от 1 минуты до около 60 минут, предпочтительно солюбилизация осуществляется таким образом, чтобы экстрагировать, в основном, столько белка из источника конопляного белка, сколько практически возможно. Солюбилизация в непрерывном способе осуществляется при температурах между от около 1°C и до около 100°C, предпочтительно от около 15°C до около 65°C, более предпочтительно между от около 20°C и до около 35°C.
Экстрагирование обычно проводится при pH от около 4,5 до около 11, предпочтительно от около 5 до около 7. pH системы экстрагирования (источника конопляного белка и раствора соли кальция) может устанавливаться на любом требуемом значении в диапазоне от около 4,5 до около 11 для применения на стадии экстрагирования, с помощью любой, пригодной для данной цели кислоты пищевого качества, обычно соляной кислоты или ортофосфорной кислоты, либо щелочи пищевого качества, обычно гидроксида натрия, в зависимости от потребности.
Концентрация источника конопляного белка в растворе соли кальция на стадии солюбилизации может варьировать в широких пределах. Типичные значения концентрации составляют от около 5 до около 15% мас./об.
Стадия экстрагирования белка водным солевым раствором сопровождается дополнительным эффектом солюбилизации жиров, которые могут присутствовать в источнике конопляного белка, и которые затем могут перейти в жиры, присутствующие в водной фазе.
Белковый раствор от стадии экстракции обычно имеет концентрацию белка от около 5 до около 50 г/л, предпочтительно от около 10 до около 50 г/л.
Водный раствор соли кальция может содержать антиоксидант. Антиоксидант может быть любым, пригодным для данной цели антиоксидантом, таким как сульфит натрия или аскорбиновая кислота. Количество используемого антиоксиданта может варьировать от около 0,01 до около 1 мас. % раствора, предпочтительно около 0,05 мас. %. Антиоксидант служит для ингибирования окисления любых фенольных соединений в белковом растворе.
Полученная на стадии экстракции водная фаза, затем может отделяться от остаточного источника конопляного белка любым пригодным для этой цели способом, например, с применением центрифуги-декантера или любого подходящего сита, с последующим центрифугированием в тарельчатой центрифуге и/или фильтрацией для удаления остаточного материала источника конопляного белка. Стадия отделения может проводиться при любой температуре в диапазоне от около 1° до около 100°C, предпочтительно от около 15° до около 65°C, более предпочтительно от около 20° до около 35°C. Альтернативно, описанные ниже возможные стадии разбавления и подкисления могут применяться к смеси водного раствора конопляного белка и остаточного источника конопляного белка с последующим удалением остаточного материала источника конопляного белка путем стадии отделения, описанной выше. Отделенный остаточный источник конопляного белка может подвергаться сушке для утилизации. Альтернативно, отделенный остаточный источник конопляного белка может подвергаться обработке для извлечения некоторого количества остаточного белка. Отделенный остаточный источник конопляного белка может извлекаться повторной экстракцией свежим раствором соли кальция, и белковый раствор, полученный при осветлении, объединяться с начальным белковым раствором для дальнейшей обработки, как описано ниже. Альтернативно, отделенный остаточный источник конопляного белка может подвергаться обработке с применением традиционного способа изоэлектрического осаждения или с применением любой другой пригодной для данной цели процедуры для извлечения остаточного белка.
Водный раствор белка конопли может подвергаться обработке антипенным агентом, таким как любой подходящий антивспениватель пищевого качества не на основе силикона, для уменьшения объема пены, образованной при дальнейшей обработке. Количество используемого антивспенивателя обычно составляет приблизительно более 0,0003% мас./об. Альтернативно антивспениватель может добавляться в описанном количестве на стадиях экстрагирования.
Если источник конопляного белка содержит значительные количества жира, как описывается в патентах США №5844086 и №6005076, правопреемником которых является автор настоящей заявки, и которые включены в перечень ссылок, принятых во внимание при составлении настоящей заявки, то могут проводиться, описанные в указанных патентах, стадии обезжиривания отделенного водного белкового раствора. Альтернативно, обезжиривание отделенного водного белкового раствора может достигаться любым другим пригодным для данной цели способом.
Водный раствор белка конопли может обрабатываться адсорбентом, таким как порошкообразный активированный уголь, или гранулированный активированный уголь для удаления соединений, придающих окраску и/или запах. Такая обработка адсорбентом может производиться в любых пригодных для данной цели условиях, обычно при температуре окружающей среды отделенного водного белкового раствора. Для порошкообразного активированного угля используется количество от около 0,025% до около 5% мас./об., предпочтительно от около 0,05% до около 2% мас./об. Адсорбирующий агент может удаляться из раствора конопляного белка любыми пригодными для данных целей способами, например, фильтрацией.
Полученный водный раствор белка конопли может разбавляться водным разбавителем, обычно от около 0,1 до около 10 объемов, предпочтительно от около 0,5 до около 2 объемов водного разбавителя для уменьшения проводимости водного раствора белка конопли до значения обычно ниже около 105 мС, предпочтительно от около 4 до около 21 мС. Такое разбавление обычно осуществляется с помощью воды, хотя может использоваться разбавленный солевой раствор, такой как хлорид натрия или хлорид кальция, имеющий проводимость до около 3 мС.
Разбавитель, с которым смешивается раствор конопляного белка, обычно имеет ту же самую температуру, что и раствор конопляного белка, но разбавитель может иметь температуру от около 1° до около 100°C, предпочтительно от около 15° до около 65°C, более предпочтительно от около 20° до около 35°C.
В возможно разбавленном растворе конопляного белка затем устанавливается pH до значения от около 1,5 до около 4,4, предпочтительно от около 2 до около 4 добавлением любой подходящей кислоты пищевого качества, например, соляной кислоты или ортофосфорной кислоты, для получения подкисленного водного раствора конопляного белка, предпочтительно прозрачного подкисленного водного раствора конопляного белка. Подкисленный водный раствор конопляного белка имеет проводимость обычно примерно менее 110 мС для разбавленного раствора конопляного белка, или обычно примерно менее 115 мС для неразбавленного раствора конопляного белка, в обоих случаях предпочтительно от около 4 до около 26 мС.
Как отмечалось выше, вместо предшествующего отделения остаточного источника конопляного белка, водный раствор конопляного белка и остаточный материал источника конопляного белка могут быть вместе возможно разбавлены и подкислены, а затем подкисленный водный раствор белка конопли осветляется и отделяется от остаточного материала источника конопляного белка любым пригодным для данной цели способом, как обсуждалось выше. Подкисленный водный раствор белка конопли возможно может обезжириваться, возможно обрабатываться адсорбентом и возможно обрабатываться пеногасителем, как описано выше.
Если возможно разбавленный и подкисленный раствор белка конопли не является прозрачным, то он может быть осветлен любым пригодным для данной цели способом, таким как фильтрация или центрифугирование.
Если чистота является достаточной, то полученный подкисленный водный раствор белка конопли может непосредственно подвергаться сушке для получения белкового продукта конопли. Для обеспечения белкового продукта конопли, имеющего пониженное содержание примесей и пониженное содержание соли, такого как изолят белка конопли, подкисленный водный раствор белка конопли может подвергаться обработке перед сушкой, как описано ниже.
Подкисленный водный раствор белка конопли может концентрироваться для повышения концентрации белка в нем, при поддержании его ионной силы, в основном, постоянной. Указанное концентрирование обычно проводится для обеспечения концентрированного раствора конопляного белка, имеющего концентрацию белка от около 50 до около 300 г/л, предпочтительно от около 100 до около 200 г/л.
Стадия концентрирования может осуществляться любым, пригодным для указанной цели способом, совместимым с периодическим или непрерывным режимом, например, с применением любой пригодной для данной цели селективной мембранной техники, такой как ультрафильтрация, или диафильтрация с использованием мембран, например, мембран из полых волокон или спиралеобразных мембран, с соответствующей молекулярной проницаемостью, например, от около 1000 до около 1000000 дальтон, предпочтительно от около 1000 до около 100000 дальтон, в зависимости от различных материалов, из которых изготовляются мембраны, и конфигураций мембран, и для непрерывной операции мембраны могут иметь такие размеры, которые обеспечивают необходимую степень концентрирования водного белкового раствора при пропускании через мембраны.
Как хорошо известно, ультрафильтрация и аналогичные селективные мембранные технологии обеспечивают прохождение веществ с низкой молекулярной массой, тогда как вещества с более высокой молекулярной массой удерживаются на мембране. Низкомолекулярные виды включают не только ионные виды соли, но и низкомолекулярные материалы, экстрагируемые из исходного материала, такие как углеводы, пигменты, низкомолекулярные белки и антипитательные факторы. Молекулярная проницаемость мембраны обычно выбирается так, чтобы гарантировать удерживание значительного количества белка в растворе и в то же время обеспечивать прохождение загрязняющих веществ через мембрану, и определяется различными материалами, из которых изготовлены мембраны, и конфигурациями мембран.
Концентрированный раствор белка конопли может подвергаться затем стадии диафильтрации с использованием воды или разбавленного солевого раствора. Раствор для диафильтрации может быть при его естественном pH, или при pH, равном значению pH диафильтруемого белкового раствора, или при любом промежуточном значении pH. Указанная диафильтрация может осуществляться с использованием от около 1 до около 40 объемов диафильтрационного раствора, предпочтительно от около 2 до около 25 объемов диафильтрационного раствора. В ходе операции диафильтрации из водного раствора белка конопли при пропускании его через мембрану дополнительные количества загрязняющих веществ удаляются с пермеатом. Операция диафильтрации очищает прозрачный водный белковый раствор и может также снижать его вязкость. Операция диафильтрации может проводиться до тех пор, пока в пермеате не останутся лишь незначительные количества примесей или пигментов, обусловливающих видимую окраску, или до тех пор, пока ретентат не будет достаточно очищен, с тем, чтобы при сушке обеспечить изолят белка конопли с содержанием белка по меньшей мере около 90 мас. % (Ν×6,25) в пересчете на сухое вещество. Такая диафильтрация может осуществляться с применением той же мембраны, что и для стадии концентрирования. Однако, если необходимо, стадия диафильтрации может осуществляться с применением другой мембраны с другой молекулярной проницаемостью, например, мембраны, имеющей молекулярную проницаемость в диапазоне от около 1000 до около 1000000 дальтон, предпочтительно от около 1000 до около 100000 дальтон, в зависимости от различных материалов, из которых изготовлены мембраны, и конфигурации мембран.
Альтернативно, стадия диафильтрации может применяться к подкисленному водному белковому раствору до концентрирования, или к частично концентрированному подкисленному водному белковому раствору. Диафильтрация также может применяться в нескольких точках на протяжении способа концентрирования. Когда диафильтрация применяется до концентрирования, или к частично концентрированному раствору, полученный диафильтрованный раствор затем может быть дополнительно сконцентрирован. Уменьшение вязкости достигается путем многократной диафильтрации, тогда как белковый раствор концентрируется, может быть обеспечено достижение более высокой, конечной концентрации полностью концентрированного белка. Это уменьшает объем материала, подлежащего сушке. Белковый продукт конопли еще является легко растворимым и обладает способностью давать белковые растворы, предпочтительно прозрачные белковые растворы в кислых условиях.
Стадия концентрирования и стадия диафильтрации могут проводиться здесь таким образом, что впоследствии восстановленный продукт белка конопли содержит менее чем около 90 мас. % белка (Ν×6,25) в пересчете на сухое вещество, например, по меньшей мере около 60 мас. % белка (Ν×6,25) в пересчете на сухое вещество. Путем частичного концентрирования и/или частичной диафильтрации водного раствора белка конопли возможно только частичное удаление загрязняющих веществ. Этот белковый раствор затем может подвергаться сушке для обеспечения белкового продукта конопли более низкого уровня чистоты.
Антиоксидант может присутствовать в диафильтрационной среде на протяжении по меньшей мере части стадии диафильтрации. Антиоксидант может быть любым пригодным для данной цели антиоксидантом, таким как сульфит натрия или аскорбиновая кислота. Количество антиоксиданта, используемого в диафильтрационной среде, зависит от используемых материалов и может варьировать от около 0,01 до около 1 мас. %, предпочтительно около 0,05 мас. %. Антиоксидант служит для ингибирования окисления любых фенольных соединений, присутствующих в растворе белка конопли.
Возможная стадия концентрирования и возможная стадия диафильтрации могут осуществляться при любой пригодной для данной цели температуре, обычно от около 2° до около 65°C, предпочтительно от около 20° до около 35°C и в течение периода времени для осуществления необходимой степени концентрирования и диафильтрации. Температура и другие условия, используемые для некоторой степени концентрирования, зависят от мембранного оборудования, используемого для мембранной обработки, необходимой концентрации белка раствора и эффективности удаления загрязняющих веществ в пермеат.
Возможно концентрированный и возможно диафильтрованный белковый раствор может подвергаться дополнительной операции обезжиривания, если таковая требуется, как описано в патентах США №5844086 и №6005076. Альтернативно обезжиривание возможно концентрированного и возможно диафильтрованного белкового раствора может достигаться любой пригодной для данной цели процедурой.
Возможно концентрированный и возможно диафильтрованный водный белковый раствор может подвергаться обработке адсорбентом, таким как порошкообразный активированный уголь или гранулированный активированный уголь для удаления соединений, придающих цвет и/или запах. Такая обработка адсорбентом может проводиться при любых пригодных для данной цели условиях, обычно при температуре окружающей среды белкового раствора. Для порошкообразного активированного угля используется количество от около 0,025% до около 5% мас./об., предпочтительно от около 0,05% до около 2% мас./об. Адсорбент может быть удален из раствора белка конопли любыми пригодными для данной цели способами, например, фильтрацией.
Возможно концентрированный и возможно диафильтрованный водный раствор белка конопли может подвергаться сушке любым пригодным для данной цели способом, например сушкой с распылением или лиофильной сушкой. Стадия пастеризации может осуществляться на растворе белка конопли перед сушкой. Указанная пастеризация может осуществляться при любых необходимых условиях пастеризации. Обычно возможно концентрированный и возможно диафильтрованный раствор белка конопли нагревают до температуры от около 55° до около 70°C, предпочтительно от около 60° до около 65°C, в течение от 30 секунд до около 60 минут, предпочтительно от около 10 минут до около 15 минут. Пастеризованный раствор белка конопли может затем охлаждаться для сушки, предпочтительно до температуры от около 25° до около 40°C.
Сухой белковый продукт конопли имеет содержание белка выше, чем около 60 мас. % (Ν×6,25) в пересчете на сухое вещество. Предпочтительно, сухой белковый продукт конопли является изолятом с высоким содержанием белка, выше, чем около 90 мас. % белка, предпочтительно по меньшей мере около 100 мас. % белка (Ν×6,25) в пересчете на сухое вещество.
Белковый продукт конопли, полученный способом, обеспечиваемым настоящим изобретением, является растворимым в кислой водной среде, что делает продукт хорошо подходящим для включения в напитки, в частности, порошкообразные напитки, а также в готовые к употреблению газированные и негазированные напитки, чтобы обеспечить обогащение напитков белком. Такие напитки имеют широкий диапазон кислых значений pH, изменяющихся от около 2,5 до около 5. Белковый продукт конопли, полученный способом, обеспечиваемым настоящим изобретением, может добавляться в такие напитки в любом пригодном для данной цели количестве, чтобы обеспечить обогащение таких напитков белком, например, по меньшей мере около 5 г белка конопли на порцию. Для порошковых напитков белковый продукт конопли может смешиваться с сухим напитком перед восстановлением напитка путем растворения в воде. В некоторых случаях может потребоваться модификация напитка до нормальной композиции напитков, чтобы выдержать композицию настоящего изобретения, в которой компоненты, присутствующие в напитке, могут негативно сказываться на способности композиции по изобретению оставаться растворенными в напитке.
Примеры
Пример 1
Этот пример иллюстрирует получение изолята белка конопли.
2
22,5 кг размолотого жмыха конопли объединяли со 150 л раствора 0,1 M СаCl при 25,8°C и перемешивали в течение 30 минут для обеспечения водного белкового раствора. Остаточный размолотый жмых конопли удаляли, а полученный белковый раствор осветляли центрифугированием и фильтрацией для получения фильтрата, имеющего содержание белка 1,31% от массы.
Фильтрат затем разбавляли водой, очищенной обратным осмосом, и pH образца снижали до 2,68 кислотой HCl, которая была разбавлена равным объемом воды. Разбавленный и подкисленный раствор белка имел содержание белка 0,88 мас. %.
Разбавленный и подкисленный белковый раствор уменьшали в объеме со 160 л до. 7 л путем концентрирования на мембране из полиэфирсульфона (PES), имеющей молекулярную проницаемость 100000 дальтон, эксплуатируемой при температуре приблизительно 30°C. Концентрированный подкисленный белковый раствор, с содержанием белка 10,51 мас. %, диафильтровали с использованием 35 л воды, очищенной обратным осмосом, операцию диафильтрации проводили при приблизительно 30°C. Полученные 7,38 кг диафильтрованного белкового раствора имели содержание белка 9,65 мас. % и представляли собой выход 50,4 мас. % разбавленного и подкисленного белкового раствора, который подвергали дополнительной обработке. Затем белковый раствор подвергали сушке для получения продукта, который, как установлено, имеет содержание белка 108,31 мас. % (Ν×6,25) в пересчете на сухое вещество. Продукту давали обозначение Н001-Н24-11Α Н701.
Пример 2
Этот пример содержит оценку содержания фитиновой кислоты изолята белка конопли, полученного способом, описанным в примере 1, а также коммерческого белкового концентрата конопли Hemp Pro 70 (Manitoba Harvest, Winnipeg, MB), содержание белка, которое было определено методом сжигания образца с использованием Leco Nitrogen Determinator, составляло 65,76% в сухом веществе.
Содержание фитиновой кислоты определяли с использованием метода Latta and Eskin (J. Agrie. Food Chem., 28: 1313-1315).
Содержание фитиновой кислоты в Н001-Н24-11А Н701 составляло 0,22% в сухом веществе, и в Hemp Pro 70 составляло 1,43% на сухое вещество.
Пример 3
Этот пример иллюстрирует цвет изолята белка конопли, полученного способом, описанным в примере 1, и коммерческого белкового концентрата конопли Hemp Pro 70 в растворе и в форме сухого порошка.
Растворы Н001-Н24-11А Н701 и Hemp Pro 70 готовили путем растворения достаточного количества белкового порошка для обеспечения 0,48 г белка в 15 мл воды RO. pH раствора измеряли с использованием pH-метра и цвет и прозрачность оценивали с использованием прибора HunterLab ColorQuest ХЕ, эксплуатируемого в режиме пропускания. Результаты показаны ниже в таблице 1:
Как видно из результатов, представленных в таблице 1, раствор Н001-Н24-11А Н701 был светлого цвета и полупрозрачным. Раствор Hemp Pro 70 был более темным, более красным, менее желтым, имел более высокий уровень мутности, чем раствор Н001-Н24-11АН701.
Цвет сухих порошков оценивали с использованием прибора HunterLab ColorQuest ХЕ, эксплуатируемого в режиме отражения. Значения цвета представлены ниже в таблице 2:
Как видно из результатов, представленных в таблице 2, порошок Н001-Н24-11А Н701 был более светлого цвета, менее красным и менее желтым, чем порошок Hemp Pro 70.
Пример 4
Этот пример содержит оценку растворимости в воде изолята белка конопли, полученного способом, описанным в примере 1, а также коммерческого белкового концентрата конопли Hemp Pro 70, продукта, позиционируемого как растворимого в воде. Растворимость оценивали на основе растворимости белка (называемого белковым методом, модифицированной версии процедуры Morr et al., J. Food Sci. 50:1715-1718), и растворимости суммарного продукта (называемого методом осаждения).
Достаточное количество сухого белка для обеспечения 0,5 г белка взвешивали в химическом стакане и затем добавляли небольшое количество очищенной обратным осмосом воды (RO) и смесь перемешивали до образования однородной массы. Затем добавляли дополнительное количество воды, чтобы довести объем до приблизительно 45 мл. Затем содержимое химического стакана медленно перемешивали в течение 60 минут с помощью магнитной мешалки. pH определяли сразу после диспергирования белка и устанавливали на требуемом уровне (2, 3, 4, 5, 6 или 7) разбавленной NaOH или HCl. Образец также готовили при нейтральном pH. Для образцов с установленным pH, в течение 60 минутного перемешивания периодически измеряли и корректировали pH. После перемешивания в течение 60 минут, образцы доводили до общего объема 50 мл водой RO, с получением 1% мас./об. дисперсии белка. Содержание белка дисперсий измеряли анализом методом сжигания с использованием Leco Nitrogen Determinator. Затем аликвоты дисперсий (20 мл) переносили в предварительно взвешенные центрифужные пробирки, которые были высушены в течение ночи при 100°C в термостате, затем охлаждены в сушильном шкафу и пробирки закрыты. Образцы центрифугировали при 7800 g в течение 10 минут, при котором осаждали нерастворимый материал и получали супернатант. Содержание белка в супернатанте измеряли методом сжигания образца, и затем супернатант и крышки пробирок отбрасывали, а материал осадка подвергали сушке в течение ночи в при 100°C в термостате. На следующее утро пробирки переносили в сушильный шкаф и позволяли охладиться. Регистрировали вес сухого материала осадка. Вес сухого начального белкового порошка рассчитывали путем умножения веса порошка на два порядка ((100 - содержание влаги в порошке (%))/100). Затем рассчитывали растворимость продукта двумя различными способами:
1) Растворимость (белковый метод) (%) = (% белка в супернатанте/% белка в начальной дисперсии)×100
2) Растворимость (метод осаждения) (%) = (1 - (вес сухого нерастворимого осажденного материала/((вес 20 мл дисперсии/вес 50 мл дисперсии) × начальный вес сухого белкового порошка)))×100
Рассчитанные значения, которые являются выше 100%, выражали в виде 100%.
Результаты растворимости представлены ниже в таблице 3. Естественный pH для пробы Н001-Н24-11А Н701 составлял 3,31. Естественный pH для пробы Hemp Pro 70 составлял 7,69.
Как видно из результатов, представленных в таблицах 3 и 4, Н001-Н24-11А Н701 являлся легкорастворимым в диапазоне pH от 2 до 4. Hemp Pro 70 являлся только частично растворимым при всех протестированных значениях pH.
Пример 5
Этот пример содержит оценку прозрачности в воде изолята белка конопли, полученного способом, описанным в примере 1, а также коммерческого белкового концентрата конопли Hemp Pro 70.
Прозрачность 1% мас./об. белковых дисперсий, приготовленных как описано в примере 4, оценивали путем измерения поглощения при 600 нм (контроль - вода), с низкой шкалой поглощения, показывающей большую степень прозрачности. Анализ образцов на приборе HunterLab ColorQuest ХЕ в режиме пропускания также обеспечивал процентное содержание при считывании мутности, другого измерения прозрачности.
Результаты прозрачности представлены ниже в таблицах 5 и 6.
Как видно из результатов, представленных в таблицах 5 и 6, наиболее значительную прозрачность раствора для Н001-Н24-11А Н701 наблюдали при низких значениях pH. Hemp Pro 70 обеспечивал очень мутные растворы при всех протестированных значениях pH.
Пример 6
Этот пример содержит оценку растворимости белка в безалкогольном напитке и спортивном напитке изолята белка конопли, полученного способом, описанным в примере 1, и коммерческого белкового концентрата конопли Hemp Pro 70. Растворимость определяли с белком, добавленным в напитки без корректировки pH, и повторно с pH обогащенных белком напитков, установленным на уровне исходных напитков.
При оценке растворимости без корректировки pH, в химическом стакане взвешивали достаточное количество белкового порошка для обеспечения 1 г белка, и добавляли небольшое количество напитка и перемешивали до образования однородной массы. Дополнительное количество напитка добавляли для доведения объема до 50 мл, и затем объемы медленно перемешивали на магнитной мешалке в течение 60 минут с получением 2% мас./об. белковой дисперсии. Содержание белка в образцах определяли методом сжигания образца с использованием LECO Nitrogen Determinator, затем аликвоту напитков, содержащих белок, центрифугировали при 7800 g в течение 10 минут и измеряли содержание белка в супернатанте.
Растворимость (%) = (% белка в супернатанте / % белка в начальной дисперсии)×100
Рассчитанные значения, которые являются выше 100%, выражали в виде 100%.
При оценке растворимости с корректировкой pH, измеряли pH безалкогольного напитка (Sprite) (3,59) и спортивного напитка (Orange Gatorade) (3,29) без белка. В химическом стакане взвешивали достаточное количество белкового порошка для обеспечения 1 г белка, и добавляли небольшое количество напитка и перемешивали до образования однородной массы. Дополнительное количество напитка добавляли для доведения объема до 45 мл, и затем растворы медленно перемешивали на магнитной мешалке в течение 60 минут. pH напитков, содержащих белок, определяли немедленно после диспергирования белка и при необходимости устанавливали на уровне исходного pH без белка раствором HCl или NaOH. На протяжении 60-минутного перемешивания pH периодически измеряли и корректировали. Через 60 минут перемешивания общий объем каждого раствора доводили до 50 мл дополнительным количеством напитка, получая 2% мас./об. белковую дисперсию. Содержание белка в образцах определяли методом сжигания образца с использованием LECO Nitrogen Determinator, затем аликвоту напитков, содержащих белок, центрифугировали при 7800 g в течение 10 минут и измеряли содержание белка в супернатанте.
Растворимость (%) = (% белка в супернатанте/% белка в начальной дисперсии)×100
Рассчитанные значения, которые являются выше 100%, выражали в виде 100%.
Полученные результаты представлены ниже в таблице 7.
Естественный pH Н701 был схожим с pH напитков, так что добавление белка оказывало лишь незначительный эффект на pH напитка. Как видно из результатов таблицы 7, Н001-Н24-11А Н701 был хорошо растворим как в Sprite, так и в Orange Gatorade, с корректировкой pH и без корректировки pH и был намного более растворим, чем белок Hemp Pro 70.
Пример 7
Этот пример содержит оценку прозрачности в безалкогольном напитке и спортивном напитке изолята белка конопли, полученного способом, описанным в примере 1.
Прозрачность 2% мас./об. белковых дисперсий, приготовленных в безалкогольном напитке (Sprite) и спортивном напитке (Orange Gatorade) в примере 6, оценивали с использованием спектрофотометрического метода и с помощью (калориметра) HunterLab, как описано в примере 5. Однако в этом случае, для спектрофотометра контрольной пробой был подходящий напиток.
Полученные результаты представлены ниже в таблицах 8 и 9.
Как видно из результатов в таблицах 8 и 9, несмотря на прекрасную растворимость белка, Н001-Н24-11А Н701 способствовал образованию мутности в Sprite и Orange Gatorade. Однако образцы, приготовленные с Hemp Pro 70, были более мутными, чем образцы, приготовленные с Н001-Н24-11А Н701.
Пример 8
Этот пример иллюстрирует сравнение вкуса Н701, подготовленного как описано в примере 1, со вкусом коммерческого белкового концентрата конопли Hemp Pro 70, с оценкой, проделанной при низком pH.
Образцы готовили для органолептической оценки путем растворения достаточного количества белкового порошка для обеспечения 5 г белка в 250 мл очищенной питьевой воды. Определенное значение pH раствора Н701 должно было составлять 3,31. НС1 пищевого качества добавляли в раствор Hemp Pro 70 для снижения pH от 7,73 до 3,31. Образцы представляли на неформальной панели семи дегустаторам, которым было предложено вслепую сравнить образцы и указать, какой образец был более мягким на вкус, и какой образец они предпочитали на вкус.
Шесть из семи дегустаторов нашли, что вкус Н701 является более мягким, тогда как семь из семи дегустаторов предпочли вкус Н701.
Пример 9
Этот пример иллюстрирует сравнение вкуса Н701, подготовленного как описано в примере 1, со вкусом коммерческого белкового концентрата конопли Hemp Pro 70, с оценкой, проделанной при почти нейтральном pH.
Образцы готовили для органолептической оценки путем растворения достаточного количества белкового порошка для обеспечения 5 г белка в 250 мл очищенной питьевой воды. Определенное значение pH раствора Н701 должно было составлять 7,72. NaOH пищевого качества добавляли в раствор Н701 для повышения pH от 3,23 до 7,72. Образцы представляли на неформальной панели семи дегустаторам, которым было предложено вслепую сравнить образцы и указать, какой образец был более мягким на вкус, и какой образец они предпочитали на вкус.
Четыре из семи дегустаторов нашли, что вкус Н701 является более мягким, тогда как четыре из семи дегустаторов предпочли вкус Н701.
Краткое описание изобретения
В данном кратком описании, настоящее изобретение обеспечивает новый белковый продукт конопли, который может быть в форме изолята, который является полностью растворимым при кислом pH и пригодным для обогащения белком водных систем, включающих безалкогольные напитки, в частности порошкообразные варианты этих напитков, не приводя к осаждению белка. Модификации возможны в объеме настоящего изобретения.