СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РЕЖУЩЕГОСЯ ЖЕЛЕОБРАЗНОГО ПИЩЕВОГО ПРОДУКТА ИЗ РАСТИТЕЛЬНЫХ БЕЛКОВ, ЖЕЛЕОБРАЗНЫЙ ПИЩЕВОЙ ПРОДУКТ, А ТАКЖЕ ПРИМЕНЕНИЕ УСТРОЙСТВА АГРЕГИРОВАНИЯ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА
METHOD FOR PRODUCING A SECTILE JELLY-LIKE FOOD PRODUCT FROM VEGETABLE PROTEINS, A JELLY-LIKE FOOD PRODUCT, AS WELL AS THE USE OF AN AGGREGATION DEVICE TO IMPLEMENT THE METHOD

Изобретение относится к способу согласно пункту 1 формулы изобретения для получения режущегося желеобразного пищевого продукта, в частности, веганского, предпочтительно пищевого продукта в виде желеобразного блока на основе растительных белков. Желеобразный пищевой продукт отличается непрерывной фазой из агрегированных друг с другом, т.е. трехмерно сшитых растительных белков и воды, то есть трехмерной матрицей растительных белков. Кроме того, изобретение относится к эластичному и режущемуся желеобразному пищевому продукту, предпочтительно веганскому, наиболее предпочтительно высокоэластичному и гладкому, предпочтительно к пищевому продукту в виде желеобразного блока согласно пункту 14, в частности, полученному способом согласно изобретению. Кроме того, изобретение относится к применению устройства агрегирования, т.е. устройства по пункту 15 для осуществления способа согласно изобретению, а также для получения желеобразного пищевого продукта согласно изобретению.
До сих пор представленные на рынке режущиеся веганские желеобразные пищевые продукты, например, в виде ломтиков заменителя сыра, производят на основе крахмального студня. При этом используются также гидроколлоиды. Известные продукты из крахмального студня отличаются низким содержанием белка. При желании производить альтернативные продукты с высоким содержанием белка обнаруживается, что добавление растительных белков в углеводную или крахмальную матрицу ограничено из-за ограниченной смешиваемости, если продукт должен, кроме того, представлять собой эластичную желеобразную систему. А именно, повышенная пропорция растительных белков ведет к разрушению эластичного крахмального студня, что приводит к получению пастообразной и, тем самым, неэластичной и больше не режущейся массе. Поэтому на практике в углеводные желеобразные системы добавляют лишь незначительные количества растительных белков (примерно 1-2 вес.%). Режущиеся веганские высокоэластичные заменители колбас без добавки технических вспомогательных веществ, таких как трансглутаминаза или гидроколлоиды, в розничной продаже до сих пор не представлены. В случае вегетарианских альтернативных вариантов желеобразная система базируется обычно на коагуляции куриного яичного белка, так как гели из яичного белка сравнительно нечувствительны к любым добавкам.
Таким образом, существует потребность в желеобразном пищевом продукте, который характеризуется высоким содержанием растительного белка и, кроме того, выполнен как эластичная желеобразная система, а также в способе его получения.
Процессы экстракции для получения и концентрирования растительных белков, позволяющие сохранить функциональность белков, широко описаны в научной, а также патентной литературе.
Так, например, в работе Wolf и Sathe, 1998, "Ultracentrifugal and Polyacrylamide Gel Electrophoretic Studies of Extractability and Stability of Almond Meal Proteins" подробно описана экстракция миндальных белков в различных условиях.
В GB 1318596 A1 описаны, например, способы экстракции белка из соевых бобов и арахиса.
В DE10/2014 005466 A1 описано получение белка из семян рапса.
Экстракция белков из овса описана, например, в US 2016/0309762 A1.
В US 2017/023 8590 A1 описан способ экстракции белка фасоли золотистой для получения заменителя яичницы.
Кроме того, существует множество других источников, относящихся к процессам экстракции, специфичным для растительных белков, при которых сохраняется функциональность белка. Однако в промышленной практике экстракты, как правило, сушат на стадии распылительной сушки, что ведет к денатурации белков.
В EP 2984936 A1 описано получение способного желироваться белкового концентрата фасоли золотистой.
Из GB 1300711 A известно о нагревании раствора белкового концентрата с противодавлением, чтобы избежать образования пузырьков газа. В результате получается уплотненная, то есть затвердевшая масса. Согласно этой публикации, для этой цели предпочтительно использовать гидроколлоиды и крахмал. В документе описывается не агрегированная масса, то есть не (сшитый) желеобразный продукт, а только каким-то образом затвердевшая (уплотненная) масса. В публикации рекомендуется непрерывный производственный процесс, при котором раствор белкового концентрата для нагревания и охлаждения проводится через теплообменник и другие трубопроводы. При этом композиция неизбежно испытывает сдвиговые усилия.
Аналогично, способ, описанный в GB 2016255 A, также не обходится без приложения сдвиговых усилий.
В US 2017/105438 A описан способ получения продукта с мясным вкусом путем экструзии, при этом на продукт неизбежно действуют сдвиговые усилия. Таким способом сформировать гелевую сетку невозможно.
Исходя из вышеуказанного уровня техники, задачей изобретения является создание эластичного режущегося желеобразного пищевого продукта, в частности, веганского, на основе растительных белков, а также указать способ его получения. Кроме того, задачей изобретения является также предложить устройство агрегирования для осуществления способа или для получения пищевого продукта в виде желеобразного блока.
В отношении способа указанная задача решается посредством способа с признаками по пункту 1, в отношении желеобразного пищевого продукта посредством признаков по пункту 14, а в отношении устройства агрегирования посредством признаков по пункту 15 формулы изобретения.
Предпочтительные усовершенствования изобретения указаны в зависимых пунктах. Объемом изобретения охватываются все комбинации по меньшей мере двух признаков, указанных в описании, формуле изобретения и/или на фигурах.
Чтобы избежать повторений, признаки, раскрытые в отношении способа, должны также считаться раскрытыми и способными быть предметом притязаний в отношении устройства. Равным образом, признаки, раскрытые в отношении устройства, должны считаться также раскрытыми и способными быть предметом притязаний в отношении способа. Предметом описания является также применение устройства агрегирования согласно изобретению для осуществления способа согласно изобретению, а также для получения желеобразного пищевого продукта согласно изобретению.
В основе изобретения лежит идея создать или указать режущийся желеобразный пищевой продукт, в частности, веганский, из подходящих растительных белков, как, например, белки миндаля, белки ореха кешью, белки золотистой фасоли, белки кокоса, белки нута, белки арахиса, белки овса и т.д., который отличается тем, что растительные белки образуют гелеобразную эластичную сетку, т.е. представляют собой непрерывную фазу желеобразного пищевого продукта. Для специалиста эластичный желеобразный продукт характеризуется предпочтительно тем, что для него как результат осцилляционных реологических измерений выполняется условие G' (упругая составляющая) > G" (вязкая составляющая). Другие факультативные добавки (которые с точки зрения гелевой сетки могут быть названы возмущающими параметрами), такие как жир, сахар, соль, добавки, придающие вкус, как, например, зелень, красители и/или ароматизаторы, служат, если они добавлены, наполнителями в этой непрерывной фазе и/или усилителями вкуса. Полученный желеобразный пищевой продукт, в частности, в виде желеобразных блоков, можно использовать в качестве пищевых продуктов, заменяющих сыр, или мясо, или колбасные изделия. Дальнейшая переработка в блоки, ломтики, стружку (shred по-английски), кубики, соломку и т.д. возможна без затруднений и, таким образом, описывается как усовершенствование изобретения или как предпочтительный вариант осуществления.
Исходным пунктом для предлагаемого изобретением способа получения желеобразного пищевого продукта является водный раствор концентрата растительного белка, причем содержащиеся в нем растительные белки отличаются высокой, в частности, полной функциональностью. Такое естественное поведение требуется в контексте способа по изобретению для агрегирования белков, то есть для их трехмерной сшивки с образованием желеобразной растительной белковой системы.
Для получения раствора концентрата растительного белка, подходящего для способа согласно изобретению, то есть для экстракции и концентрирования растительных белков, могут применяться известные сами по себе способы, которые предпочтительно оптимально адаптируются к соответствующему типу белка или источнику сырья.
Вообще говоря, предпочтительно и в усовершенствованном варианте изобретение предусматривается подвергать растительное сырье, как, например, миндаль, арахис, кокосовый орех или нут, горох или бобы и т.д. предварительной обработке. Маслосодержащие семена можно, например, по существу освободить от масла путем отжима в маслобойном прессе, в частности, до остаточного содержания масла от 10 до 12 вес.%, после чего выжатые семена или жмых можно измельчить. Жмых и приготовленная из него мука являются идеальным сырьем для экстракции белков. Крахмалистые семена, как например, бобовые, можно замочить или сразу измельчить, а затем подать на процесс экстракции. Все эти подготовительные стадии специалистам известны.
Экстракция предпочтительно протекает по следующей основной схеме: растительное сырье, в частности, измельченное, смешивают с водой в разбавлении, в частности, от 1:4 до 1:10. В зависимости от сырья значение pH воды устанавливают на уровне от 5,8 до 9,6. Содержание NaCl обычно составляет от 0 моль/л до 2 моль/л. Температуру во время экстракции предпочтительно поддерживают, в зависимости от сырья, в интервале от 10°C до 50°C, причем суспензию перемешивают минимум 1-5 часов. При этом белки растворяются из сырья и затем находятся в растворенном состоянии в растворе. После этого предпочтительно следует этап фильтрации и, во многих случаях, центрифугирование профильтрованной суспензии, чтобы удалить нежелательные твердые компоненты. Надосадочную жидкость обрабатывают дальше.
В большинстве случаев предпочтительно проводят осаждение белков при контролируемом pH, в частности, при pH от 4,5 до 5,6. Белки отделяют центрифугированием, полученный осадок белка обычно имеет содержание воды от 50 вес.% до 80 вес.%.
Затем белки обычно снова вводят в раствор, при этом проводят повторное разбавление водным раствором, значение pH которого устанавливают так, чтобы после повторного разбавления водный раствор белкового концентрата имел pH от 4,5 до 7,5, в частности, от 5,4 до 7,2. При этом следует учитывать буферное действие белков. Раствор для повторного разбавления может также содержать NaCl, в частности, от 0,5 до 2 вес.%, в зависимости от происхождения белка. Готовый раствор белкового концентрата предпочтительно характеризуется концентрацией белков от 12 до 35 вес.%, в частности, от 16 до 30 вес.%, наиболее предпочтительно от 18 до 22 вес.%.
Важно не сушить белки после осаждения, чтобы сохранить высокую, предпочтительно полную функциональность. Для предохранения от порчи белковые концентраты можно, например, заморозить или пастеризовать, в зависимости от типа белка.
В усовершенствованном варианте изобретения получение раствора концентрата растительного белка является частью способа по изобретению или предшествующим ему технологическим этапом.
Как уже упоминалось, экстрагированные растительные белки в использующемся растворе концентрата растительного белка должны отличаться достаточно высокой, в частности, полной функциональностью. Раствор концентрата растительного белка, подходящий для осуществления способа согласно изобретению, отличается тем, что он на DSC-кривой, полученной в результате динамических дифференциально-калориметрических измерений и описывающей взаимосвязь между удельной преобразованной тепловой энергией и температурой, имеет эндотермический пик, который характеризуется диапазоном пиковых температур, на котором простирается пик, ограниченным температурой начала пика и температурой конца пика. Другими словами, с помощью вышеуказанного метода исследования (дифференциально-калориметрические измерения), какой еще будет подробно поясняться в дальнейшем, можно проверить, является ли раствор подходящим или охватываемым объемом изобретения раствором концентрата растительного белка, белки которого имеют высокую или достаточную функциональность. Это имеет место, когда пик, упомянутый выше и более подробно описываемый ниже, подходящим или охватываемым объемом изобретения; особенно предпочтительно, если энтальпия денатурации, которая соответствует площади пика, составляет по меньшей мере 10 Дж/г белка. Для проведения дифференциально-калориметрических измерений в стальной сосуд объемом 100 мкл отвешивают 50-100 мг растительного белкового концентрата с известным содержанием белка и герметично закрывают. Другой стальной сосуд наполняют водой и используют при измерении в качестве эталона. В качестве измерительной системы предпочтительно используется прибор Mettler Toledo, тип DSC 1 Star. Дифференциально-калориметрическое измерение состоит в сканировании температуры со скоростью нагрева 2 К/мин. Диапазон сканирования начинается с 25°C и заканчивается предпочтительно при 130°C. Денатурацию белков в определенном температурном диапазоне можно наблюдать как эндотермический пик на DSC-кривой. Такой пик характеризуется температурой начала пика, максимальной температурой пика, т.е. температурой на максимуме пика, в частности, от 90°C до 125°C, а также температурой конца пика. Температурный диапазон, т.е. диапазон пиковых температур, который заключается между температурой начала пика и температурой конца пика, предпочтительно составляет от 25°C до 40°C, в частности, от 30°C до 35°C. Площадь эндотермического пика на DSC-кривой является мерой степени денатурации. При этом разные белки имеют разные энтальпии денатурации. В особенно подходящих растворах концентратов растительного белка энтальпия денатурации предпочтительно лежит выше 10 Дж/г белка, наиболее предпочтительно в интервале от 12 до 30 Дж/г белка. Для каждого типа белка энтальпия денатурации является мерой того, какая часть имеющегося белка еще является нативной, то есть имеет функциональность, а какая денатурирована. Следует стремиться к максимально возможной величине.
В рамках изобретения было установлено, что хотя наличие пика на DSC-кривой при дифференциально-калориметрическом анализе используемого раствора концентрата растительного белка является первым необходимым условием пригодности, или формирования, или качества раствора концентрата растительного белка для осуществления способа согласно изобретению, однако денатурация растительных белков не равнозначна их агрегационному поведению, т.е. способности к образованию геля. Другими словами, в качестве второго требования к свойствам растительные белки используемого раствора концентрата растительного белка должны характеризоваться как не только нативные, т.е. еще способные денатурироваться растительные белки, но также как отличающиеся подходящей гелеобразующей способностью. Так, например, раствор концентрата растительного белка на основе белка люпина при дифференциально-калориметрических измерениях, проведенных, как описано выше, демонстрирует четкий пик, но, тем не менее, эластичного геля не образует. Вероятно, причины этого следует искать на молекулярном уровне. Предполагается, что важной предпосылкой для образования геля является отгибание наружу внутренних SH-групп белков, которые затем могут реагировать друг с другом с образованием дисульфидных мостиков. Кроме того, между белками происходят более или менее сильные гидрофобные взаимодействия.
nano
Обладает ли используемый раствор концентрата растительного белка достаточной агрегационной способностью для осуществления способа согласно изобретению или подходит ли используемый тип растительного белка для осуществления способа согласно изобретению (например, люпин не подходит), т.е. удовлетворяет второму требованию к свойствам, можно проверить с помощью колебательной реологии. Преимущество этого метода заключается в том, что измерение никаким образом не влияет на исследуемое вещество, в данном случае на используемый раствор концентрата растительного белка, поскольку перемешивание отсутствует, а измерительная система колеблется только под небольшим углом. Для проведения осцилляционных реологических измерений раствор концентрата растительного белка наливают в подходящий стальной сосуд (химический стакан: система C25 DIN) в количестве 10-15 мл. Стальной сосуд герметично закрывают. Измерение реологических свойств проводится с помощью цилиндра (система DIN C25), который вместе с раствором белкового концентрата находится в стальном сосуде (стакане). Цилиндр в стакане приводится в движение через электромагнитную сцепную муфту, так что система является полностью непроницаемой. Для измерения используется измерительная система коаксиальных цилиндров Bohlin Gemini HR (C25 DIN3019). Измеряют G’ и G", то есть эластичную и вязкую составляющие вязкоэластичного концентрата. Обе составляющие G’ и G" изменяются при последующей программе изменения температуры. Программа начинается с 25°C. Затем проводится быстрое нагревание со скоростью нагрева от 3 К/мин до 5 К/мин до соответствующей температуры конца пика, определенной из предшествующих дифференциально-калориметрических измерений. Кратковременное выдерживание при этой температуре (2-5 мин) гарантирует, что весь растительный белковый концентрат подвергся воздействию этой температуры. Затем проводится быстрое охлаждение со скоростью охлаждения от 3 К/мин до 5 К/мин. При выполнении вышеуказанной температурной программы G’ и G" непрерывно регистрируются. В случае подходящих растворов концентрата растительного белка с агрегационными свойствами, подходящими или достаточными для осуществления способа согласно изобретению, в фазе нагрева, в частности, в области температуры начала пика, наблюдается резкое увеличение значений модуля накопления G’. Таким образом, для осуществления способа согласно изобретению подходит раствор концентрата растительного белка, у которого модуль накопления еще в фазе нагрева повышается по меньшей мере в 6 раз, в частности, в 6-12 раз, наиболее предпочтительно в 7-12 раз по сравнению с накопленным значением к началу измерения, в частности, при 25°C. Белок люпина не удовлетворяет этому условию. Затем при охлаждении модуль накопления G’ еще больше повышается, пока гель не затвердеет. Однако характерным агрегационным поведением, подходящим для способа согласно изобретению, является повышение G' в фазе нагрева в интервале между температурой начала пика и температурой конца пика; неожиданно оказалось, что модуль упругости повышается с повышением температуры до достижения температуры конца пика.
Выбор подходящего для использования растительного белкового концентрата (раствора концентрата растительного белка) является существенным компонентом изобретения. Описанные выше тесты служат для характеризации раствора концентрата растительного белка для осуществления изобретения или служат для определения подходящих свойств раствора концентрата растительного белка. Исходя из подходящего раствора концентрата растительного белка, можно получить композицию (рецептуру) как основу для процесса агрегации согласно изобретению. В простейшем случае композиция может состоять исключительно из раствора концентрата растительного белка или, что предпочтительно, содержать по меньшей мере один дополнительный ингредиент, такой как жир, и/или сахар, и/или соль, и/или ароматизатор, и/или краситель. Полное содержание белка в композиции составляет или устанавливается на уровне от 12 вес.% до 28 вес.%. Содержания или доли белка, описываемые в контексте настоящей заявки, предпочтительно определены методом определения азота по Кьельдалю (AOAC 991.20 "Cheese-Method").
Как и раствор белкового концентрата, композиция отличается тем, что она на DSC-кривой, полученной в результате динамических дифференциально-калориметрических измерений и описывающей взаимосвязь между удельной преобразованной тепловой энергией и температурой, имеет эндотермический пик, который характеризуется диапазоном пиковых температур, на котором простирается пик, ограниченным температурой начала пика и температурой конца пика. Измерение DSC-кривой композиции с ее эндотермическим пиком, а также соответствующими пиковыми температурами, такими как температура начала пика, температура конца пика, диапазон пиковых температур и максимальная температура пика, проводится как описано выше в связи с раствором белкового концентрата, с тем отличием, что вместо раствора белкового концентрата исследуется или подвергается дифференциально-калориметрическому анализу 50-100 мг композиции. Конкретно это означает, что для проведения дифференциально-калориметрических измерений композиции в стальной сосуд объемом 100 мкл отвешивают 50-100 мг композиции и герметично закрывают. Другой стальной сосуд наполняют водой, он служит при измерении в качестве эталона. В качестве измерительной системы предпочтительно используется прибор Mettler Toledo, тип DSC 1 Star. Дифференциально-калориметрическое измерение состоит в осуществлении сканирования температуры со скоростью нагрева 2 К/мин. Диапазон сканирования начинается с 25°C и заканчивается предпочтительно при 130°C. Денатурацию белков в определенном температурном диапазоне можно наблюдать как эндотермический пик на полученной DSC-кривой. Такой пик характеризуется температурой начала пика, максимальной температурой пика, т.е. температурой на максимуме пика.
В простейшем случае композиция соответствует раствору белкового концентрата или отличается от него предпочтительно добавками, такими как жир и т.д. Предпочтительно композиция является веганской, в этом случае жир или жиры представляют собой растительный жир. Однако допустимо также использовать животный жир как дополнение или альтернатива растительному жиру. В зависимости от типа и количества добавок, как, например, NaCl, они приводят к изменению состава водной фазы, из-за чего эндотермический пик композиции может быть сдвинут по оси температур относительно эндотермического пика раствора белкового концентрата. Если, например, при приготовлении композиции добавляется NaCl, это приводит к тому, что эндотермический пик композиции сдвигается в сторону более высоких температур по сравнению с эндотермическим пиком раствора белкового концентрата. Содержание NaCl в композиции предпочтительно устанавливать, например, путем добавления NaCl или путем выбора раствора белкового концентрата с соответствующим высоким содержанием NaCl таким образом, чтобы температура конца эндотермического пика композиции составляла по меньшей мере 94°C, предпочтительно по меньшей мере 96°C, еще более предпочтительно по меньшей мере 98°C, наиболее предпочтительно по меньшей мере 100°C или была выше. Важным для описываемой ниже агрегации композиции является, чтобы пиковые температуры, описанные в связи с агрегацией композиции (рецептуры), были взяты из DSC-кривой композиции. Таким образом, когда в связи с агрегацией композиции идет речь о пиковых температурах или пиковых температурах композиции, имеются в виду пиковые температуры на DSC-кривой дифференциально-калориметрических измерений композиции.
Согласно изобретению, агрегация композиции с образованием эластичного режущегося геля имеет место, в зависимости от типа белка и, возможно, выбора соответствующего содержания NaCl, обычно при температурах выше 100°C. В случаях, когда температура конца пика композиции, также согласно изобретению, лежит чуть ниже 100°C (это может иметь место, например, в случае белка золотистой фасоли), но, в частности, выше 94°C, еще более предпочтительно выше 98°C, тем не менее, согласно изобретению, во время агрегации происходит повышение температуры по меньшей мере части композиции до по меньшей мере 100°C, это объясняется тем, что для достижения максимальной температуры композиции, подходящей для агрегации, используемое нагревательное средство должно нагреваться до более высокой температуры, чем эта максимальная температура, чтобы за разумное время процесса достичь достаточной или оптимальной агрегации, в результате чего по меньшей мере часть композиции достигает температур выше 100°C. Так как при температуре выше 100°C давление водяного пара превышает давление окружающего воздуха, в частности, нормальное атмосферное давление (1013 мбар), агрегацию согласно изобретению проводят в закрывающемся герметичном сосуде (резервуар высокого давления), который рассчитан на соответствующее избыточное давление, в частности, на абсолютное давление от 1,3 до 5 бар, в частности, от 2 до 3 бар. Композицию с помощью подходящего нагревательного средства нагревают в резервуаре высокого давления до вышеупомянутой максимальной температуры (не путать с более низкой максимальной температурой на максимуме эндотермического пика композиции), которая составляет, в частности, по меньшей мере в части композиции, не менее 100°C. Эта максимальная температура характеризуется тем, что она лежит выше температуры начала пика композиции и, предпочтительно, выше максимальной температуры пика на кривой дифференциально-калориметрических измерений композиции. Как будет поясняться ниже, максимальная температура предпочтительно находится в области температуры конца пика композиции. После достижения максимальной температуры, в частности, после факультативного выдерживания в течение периода горячей выдержки, о котором еще будет говориться позднее, композицию охлаждают до температуры охлаждения, которая лежит ниже 100°C, а также ниже температуры начала пика композиции. Резервуар высокого давления, использующийся согласно изобретению, необходим для того, чтобы благодаря действующему на композицию противодавлению избежать кипения и, следовательно, нежелательного образования пузырьков во время процесса агрегации. Как будет объяснено позже, противодавление соответствует по меньшей мере давлению насыщенного пара композиции при соответствующей температуре процесса и предпочтительно плюс добавка для надежности.
Существуют разные возможности обеспечить противодавление.
Для фазы нагрева возможно создание противодавления без дополнительных мер, исключительно за счет процесса нагревания в резервуаре высокого давления. Однако по крайней мере для процесса охлаждения к композиции должно прикладываться активное противодавление, по меньшей мере эпизодически, пока она полностью не охладится до 100°C, например, путем подачи в резервуар высокого давления соответствующего сжатого газа, в частности, сжатого воздуха. В простейшем случае подходящее, достаточное для всего процесса агрегации противодавление создается еще до и/или во время нагревания. Разумеется, изобретение не ограничивается созданием противодавления посредством сжатого газа, в частности, сжатого воздуха, возможны и другие альтернативные варианты, например, создание механической и/или гидравлической силы давления на резервуар высокого давления и/или композицию, в частности, путем деформации резервуара высокого давления за счет уменьшения объема, например, за счет втягивания поршня и т.д., важным здесь является то, чтобы, как уже упоминалось, не происходило образования пузырьков газа из-за кипения, в частности и особенно в фазе охлаждения, поскольку здесь существует особый риск частичного кипения в зоне контакта композиции с окружающими материалами. В любом случае соответствующее противодавление должно быть и поддерживаться выше атмосферного давления по меньшей мере до тех пор, пока композиция или хотя бы часть ее не будет иметь температуру 100°C или выше.
Итак, способ согласно изобретению приводит к получению режущегося, предпочтительно веганского, желеобразного пищевого продукта, предпочтительно без включений воздуха, с непрерывной фазой на основе агрегированных друг с другом, т.е. трехмерно сшитых растительных белков, который используется благодаря его высокому содержания белка и хорошим гелеобразуюшим свойствам. Желеобразный пищевой продукт подходит, в частности, для применения в качестве заменителя сыра или колбасы и может предоставляться в форме блоков, ломтиков, стружки, палочек, кубиков и т.д.
Помимо того, что способ согласно изобретению позволяет устанавливать содержание растительного белка в продукте, т.е. в желеобразном пищевом продукте, практически на любом уровне, существенным преимуществом способа согласно изобретению, а также желеобразного пищевого продукта согласно изобретению является то, что сама желеобразная система образована из растительных белков и не нуждается в дополнительном желирующем веществе, как, например, крахмал или гидроколлоиды. Поэтому предпочтительно отказаться от добавок крахмала, и/или гидроколлоидов, или иных желирующих веществ.
Оказалось, что для качества, то есть твердости и эластичности растительного белкового геля выгодно, чтобы его он проходил через диапазон пиковых температур, т.е. температурный диапазон DSC-пика композиции, в частности, большей частью, наиболее предпочтительно полностью и еще более предпочтительно как можно быстрее, при этом после нагревания температура композиции должна как быть можно быстрее возвращена к уровню ниже температуры начала пика композиции на DSC-кривой благодаря выбору предпочтительной высокой скорости охлаждения, о чем еще будет говориться позднее. При этом предпочтительно, чтобы растительный белковый концентрат достигал предусмотренной максимальной температуры также полностью. Слишком медленный подъем температуры, неполное достижение максимальной температуры, а также слишком долгое время пребывания в области максимальной температуры могут привести к ухудшению качества геля. Наиболее предпочтительно достичь температуры конца пика денатурации композиции, чтобы получать гели с оптимальными свойствами.
Обычно массы в резервуарах нагревают либо путем обогрева стенок резервуара и перемешивания массы, либо же путем прямого ввода водяного пара с высокой температурой (острый пар). Однако в усовершенствованных вариантах изобретения при агрегации композиции не должно вводиться сдвиговых усилий, в частности, не должно быть перемешивания, так как это может привести к необратимому разрушению геля. Поэтому следует избегать прямого ввода пара. Однако это приводит к тому, что нагрев происходит исключительно за счет теплопроводности композиции, что требует очень большого времени. В частности, следует позаботиться о дополнительной термообработке внешних зон композиции, выбирая очень высокие температуры.
Чтобы избежать повреждения или разрушения гелевой системы, в соответствии с изобретением предусматривается, в частности, чтобы по меньшей мере во время охлаждения на композицию не действовали сдвиговые усилия, например, из-за перемешивания.
Наиболее предпочтительно, чтобы не только охлаждение происходило без приложения сдвиговых усилий, но и чтобы в течение по меньшей мере одного периода в процессе нагревания, в частности, в конечной фазе нагревания, сдвиговые усилия не прикладывались.
Поэтому в усовершенствованном варианте изобретения выгодно предусмотреть, чтобы нагревание, в частности, по меньшей мере начиная с достижения максимальной температуры пика, предпочтительно по меньшей мере начиная с достижения температуры нагрева, которая соответствует температуре начала пика плюс 20%, более предпочтительно по меньшей мере начиная с температуры нагрева, которая соответствует температуре начала пика плюс 10%, еще более предпочтительно по меньшей мере начиная с температуры начала пика, проводилось без приложения сдвиговых усилий, в частности, без перемешивания. Наиболее предпочтительно проводить весь процесс нагревания без внесения сдвиговых усилий.
Также предпочтительно отказаться от нагрева путем прямого впрыска пара, и вообще выгодно ограничить до минимума, предпочтительно полностью предотвратить перемещение или перемешивание композиции во время агрегации (фазы нагрева и охлаждения).
Относительно предпочтительной структуры или качества раствора концентрата растительного белка, подходящего, или получаемого, и/или предоставляемого для осуществления способа согласно изобретению, уже подробного говорилось выше. Особенно предпочтительно, если раствор концентрата растительного белка, помимо образования эндотермического пика на DSC-кривой дифференциально-калориметрических измерений и в дополнение к повышению (по меньшей мере шестикратному) модуля накопления G’ в уже подробно описанном колебательном реологическом измерении, характеризуется тем, что он в условиях приложения, согласно изобретению, противодавления может агрегировать с образованием желеобразного продукта, у которого модуль накопления G’ при измерении на реометре типа плоскость-плоскость составляет по меньшей мере 30000 Па, предпочтительно по меньшей мере 50000 Па, более предпочтительно от 50000 Па до 150000 Па, еще более предпочтительно от 50000 Па до 100000 Па. Иными словами, раствор концентрата растительного белка, особенно подходящий для способа согласно изобретению, должен в дальнейшем развитии изобретения приводить после агрегации, в качестве третьего требования к качеству, к желеобразному продукту, который при вышеуказанном реологическом измерении дает вышеуказанное значение модуля накопления G’.
Для агрегации, т.е. для образования соответствующего желеобразного блока с высоким модулем накопления агрегацию раствора концентрата растительного белка проводят, как указано в пункте 1 формулы изобретения в связи с агрегацией композиции, т.е. в резервуаре высокого давления путем нагрева до максимальной температуры, в частности, нагрева по меньшей мере части композиции до по меньшей мере 100°C и выше температуры начала пика раствора концентрата растительного белка, в частности, до температуры конца пика, после чего раствор концентрата растительного белка или уже образованный гель охлаждают до температуры охлаждения, которая лежит ниже 100°C и ниже температуры начала пика раствора концентрата растительного белка, причем нагревание и охлаждение, по меньшей мере в области температур выше 100°C проводятся в резервуаре высокого давления с действующим на раствор концентрата растительного белка противодавлением, которое лежит выше нормального атмосферного давления, чтобы избежать кипения раствора концентрата растительного белка. Для определения модуля накопления G’ полученного желеобразного тела из него формируют круглый диск диаметром 20 мм и толщиной или высотой 2,5 мм, в частности, путем штамповки. Диск выдерживают при 16°C и затем помещают непосредственно в измерительный блок и устанавливают зазор 2,5 мм. При этом предпочтительно используется реометр Bohlin Gemini HR Nano с измерительной системой плоскость-плоскость (PP20). Для измерения диск помещают непосредственно под верхнюю пластину реометра и опускают до тех пор, пока не будет установлено нормальное усилие 1Н. Затем образец приводят в колебание с частотой 1 ГЦ в режиме постоянной деформации 1%. Результаты измерений записываются через 100, 200 и 300 сек, и рассчитывается среднее значение. В случае неподходящих растительных белков, как, в частности, белок люпина, растворы концентрата растительного белка не достигают желательных высоких значений модуля накопления и приводят не к желаемым высокоэластичным желеобразным системам, а к гелям с тестообразными частицами.
Особенно предпочтительно, когда используемый раствор концентрата растительного белка содержит определенную процентную долю растительных белков, от 12 до 35 вес.%, и/или имеет pH в диапазоне значений от 4,0 до 7,5, в частности, от 5,4 до 7,2. Особенно предпочтительно, если содержание NaCl в растворе концентрата растительного белка составляет от 0 до 1,0 моль/л. Особенно предпочтительно, если раствор концентрата растительного белка составлен так, что энтальпия денатурации белков раствора концентрата растительного белка, измеренная вышеописанным динамическим дифференциально-калориметрическим методом, составляет по меньшей мере 10 Дж/г, в частности, от 10 Дж/г до 30 Дж/г, более предпочтительно от 15 Дж/г до 25 Дж/г. Оказалось, что особенно выгодно, если модуль накопления G’ раствора концентрата растительного белка при вышеупомянутом, а также описанном в пункте 1 формулы изобретения колебательном реологическом измерении после прохождения раствором концентрата растительного белка диапазона пиковых температур от температуры начала пика в направлении температуры конца пика раствора концентрата растительного белка, то есть еще до начала процесса охлаждения, составляет по меньшей мере 900 Па и наиболее предпочтительно лежит в диапазоне от 900 Па до 1500 Па, в частности, от 900 до 1200 Па.
Что касается выбора противодавления, предпочтительно, чтобы оно по меньшей мере соответствовало давлению насыщенного пара композиции при ответствующей температуре композиции в процессе агрегации. При этом оно предпочтительно превышает давление насыщенного пара плюс на добавку для надежности, составляющая по меньшей мере 0,1 бар, предпочтительно по меньшей мере 0,25 бар или больше.
Как уже упоминалось, противодавление, действующее на композицию, можно создавать и/или прикладывать различными способами. Проще всего прикладывать правильно выбранное высокое и, безусловно, достаточное противодавление еще до фазы нагревания и/или в фазе нагревания в резервуаре высокого давления. В принципе допустимо, как уже упоминалось, чтобы (естественное) противодавление создавалось автоматически исключительно за счет нагрева композиции в закрытом резервуаре высокого давления. Позднее, при охлаждении необходимо обеспечить активное приложение достаточно высокого противодавления, чтобы гарантировать, что имеющееся противодавление будет достаточно высоким, чтобы предотвратить кипение. Это связано с тем, что желеобразный продукт при охлаждении остывает, как правило, медленнее, чем окружающая его среда и/или материал, как, например, нагревательный элемент и/или стенки резервуара, из-за чего в области контакта между желеобразным продуктом и окружающей средой и/или материалом при недостаточном противодавлении может происходить частичное кипение и, тем самым, образование пузырьков газа, чего, согласно изобретению, можно избежать, поддерживая достаточное противодавление.
Как уже упоминалось, для сохранения оптимальных свойств гелевой системы выгодно в фазе нагревания пройти весь диапазон пиковых температур эндотермического пика композиции, т.е. температурный диапазон между температурой начала пика и температурой конца пика композиции, по меньшей мере почти полностью, наиболее предпочтительно полностью. Как минимальное требование, максимальная температура, до которой композицию нагревают для агрегации, должна соответствовать по меньшей мере максимальной температуре пика на максимуме эндотермического пика композиции или, более предпочтительно, выбираться из температурного диапазона от максимальной температуры пика композиции и температуры конца пика композиции и/или от максимальной температуры пика композиции и температуры конца пика композиции плюс температурный допуск. Температурный допуск предпочтительно составляет 20% от максимальной температуры пика, предпочтительно всего 19% от максимальной температуры пика, более предпочтительно всего 18% от максимальной температуры пика, еще более предпочтительно всего 17% от максимальной температуры пика, наиболее предпочтительно всего 16% от максимальной температуры пика, еще более предпочтительно всего 15% от максимальной температуры пика, еще более предпочтительно всего 14% от максимальной температуры пика, еще более предпочтительно всего 13% от максимальной температуры пика, еще более предпочтительно всего 12% от максимальной температуры пика, еще более предпочтительно всего 11% от максимальной температуры пика, еще более предпочтительно лишь 10% от максимальной температуры пика. Иначе говоря, предпочтительно, чтобы максимальная температура, которая достигается во время нагревания, находилась между максимальной температурой пика и верхней границей температуры, которая равна максимальной температуре пика плюс вышеупомянутый температурный допуск. Если превысить верхнюю границу температуры, это приведет к рассыпчатой текстуре с соответствующим непривлекательным вкусовым ощущением, что не воспринимается как связный желеобразный продукт. В принципе, небольшое превышение конечной температуры конца пика композиции не является критичным. Таким образом, предпочтительно, чтобы максимальная температура соответствовала самое большее температуре конца пика композиции плюс 20%, и/или чтобы максимальная температура соответствовала температуре конца пика композиции ±10°C, предпочтительно ±5°C, в частности, ±3°C, более предпочтительно ±1°C.
Предпочтительно, если средняя скорость нагрева, начиная по меньшей мере с температуры начала пика композиции, и/или средняя скорость охлаждения по меньшей мере до достижения температуры начала пика композиции составляет по меньшей мере 4 К/мин, более предпочтительно по меньшей мере 8 К/мин и/или выбрана из диапазона значений от 4 К/мин до 15 К/мин, более предпочтительно от 8 К/мин до 15 К/мин. Особенно предпочтительно, если скорость нагрева и/или скорость охлаждения поддерживается постоянной по меньшей мере в диапазоне пиковых температур композиции. Если минимальная и/или максимальная скорость нагрева и/или минимальная и/или максимальная скорость охлаждения не достигается, соответственно превышается, это приводит к рассыпчатой текстуре с соответствующим непривлекательным вкусовым ощущением, что не воспринимается как связный желеобразный продукт.
В зависимости от типа растительного белка может быть целесообразным после фазы нагревания и перед началом фазы охлаждения предусмотреть фазу горячей выдержки, в частности, в течение периода от 0,5 мин до 10 мин, предпочтительно от 0,2 мин до 10 мин, более предпочтительно от 0,1 мин до 10 мин, причем температура горячей выдержки выбрана из температурного диапазона от максимальной температуры пика композиции до максимальной температуры, наиболее предпочтительно она соответствует максимальной температуре. В дальнейшем развитии изобретения указанная выше верхняя граница продолжительности фазы горячей выдержки может быть уменьшена с 10 минут, в частности, до 5 минут или 1 минуты. Превышение верхней границы времени горячей выдержки приводит к рассыпчатой текстуре с соответствующим непривлекательным вкусовым ощущением, что не воспринимается как связный желеобразный продукт.
Что касается выбора растительных белков как основы для экстракции и концентрирования с целью получения используемого концентрата растительного белка, существуют различные возможности. В принципе, можно образовать чистосортный концентрат растительного белка или смесь из по меньшей мере двух разных типов растений. Растительные белки (одного типа или в виде смеси) предпочтительно получают из следующих типов растительного сырья (однако выбор этим не ограничивается): миндаль, золотистая фасоль, кокосовый орех, нут, арахис, кешью, овес, горох, бобы, рис, пшеничный глютен, чечевица, щирица, бобы, белые бобы, фасоль, стручковая фасоль, соевые бобы, злаковые.
В дальнейшем развитии изобретения предпочтительно предусматривается, что содержание жира в композиции выбирается из диапазона значений от 0 вес.% до 30 вес.%, в частности, от 1 вес.% до 30 вес.%, более предпочтительно от 10 вес.% до 20 вес.%. Обсуждаемое в рамках настоящей заявки содержание жира можно определить по обычному методу Сокслета AOAC 933.05 (Fat in Cheese). Как дополнение или альтернатива жиру, предпочтительно твердому при комнатной температуре 22°C, в композицию в качестве ингредиента можно добавить сахар. Дополнительно или альтернативно, предпочтительно установить содержание NaCl в композиции на уровне из диапазона от 1,1 до 1,6 вес.%. Установив надлежащее содержание соли, можно обеспечить, что предпочтительно, чтобы температура конца пика композиции при агрегации была выше 94°C, предпочтительно выше 98°C, наиболее предпочтительно составляла по меньшей мере 100°C или выше и наиболее предпочтительно лежала в диапазоне температур между 101°C и 140°C. В частности, в случае факультативного добавления более высоких количеств сахара температура конца пика композиции может также быть выше, поскольку при добавлении сахара (как и при добавлении NaCl) пик денатурации композиции смещается в сторону более высоких температур по сравнению с пиком денатурации раствора белкового концентрата. Сахар, в частности, сахарозу, можно добавлять до суммарного содержания сахара в композиции 60 мас.%.
В дополнение или как альтернатива жиру, и/или сахару, и/или соли композиция может содержать по меньшей мере один функциональный ингредиент, в частности, из следующей группы веществ: красящее вещество, ароматизатор, в частности, ароматизатор со вкусом сыра, консервант, добавка, придающая вкус, в частности, зелень. Предпочтительно, в частности, отказаться от консервантов.
Затем ингредиенты композиции, в частности, когда композиция содержит жир, предпочтительно эмульгируют, в частности, путем приложения соответствующих сдвиговых усилий, причем особенно предпочтительно во время и/или, в частности, после фазы эмульгирования удалять из композиции газовые пузырьки и/или удалять пену, образующуюся в процессе эмульгирования, посредством операции или стадии откачивания, на которой к композиции прикладывается пониженное давление.
Далее в виде таблиц 1-4 приведено восемь примеров рецептур предпочтительных композиций на основе раствора концентрата миндального белка (примеры 1-4) и на основе раствора концентрата белка золотистой фасоли (примеры 5-8). Соответствующие растворы белкового концентрата обозначены в таблицах как белковый концентрат. Значения приводятся в весовых процентах.
Таблица 1
. Рецептуры на основе миндаля без добавления функциональных ингредиентов
Пример 1
Пример 2
концентрат миндального белка (18% белок, 1,9% NaCl)
45
-
концентрат миндального белка (22% белок, 1,6% NaCl)
-
80
кокосовое масло
15
20
всего
100
100
жир (абсолютный)
15
20
жир (в сух.в.)
43
48
белок (абсолютный)
15,3
17,6
белок/вода
18,9
23,2
соль (абсолютная)
1,6
1,3
Таблица 2
. Рецептуры на основе миндаля с функциональными добавками
Пример 3
Пример 4
концентрат миндального белка (18% белок, 1,9% NaCl)
83,8
-
концентрат миндального белка (22% белок, 1,6% NaCl)
-
78,8
кокосовое масло
15
20
красящая добавка
0,2
0,2
добавка, придающая вкус
1,0
1,0
консерванты
-
-
всего
100
100
жир (абсолютный)
15
20
жир (в сух.в.)
44
48
белок (абсолютный)
15,1
17,3
белок/вода
18,7
22,9
соль (абсолютная)
1,6
1,3
Таблица 3
. Рецептуры на основе золотистой фасоли без добавления функциональных ингредиентов
Пример 5
Пример 6
белковый концентрат золотистой фасоли (18% белок, 1,7% NaCl)
85
-
белковый концентрат золотистой фасоли (22% белок, 1,4% NaCl)
-
80
кокосовое масло
15
20
всего
100
100
жир (абсолютный)
15
20
жир (в сух.в.)
46
50
белок (абсолютный)
15,3
17,6
белок/вода
18,5
22,6
соль (абсолютная)
1,4
1,1
Таблица 4
. Рецептуры на основе золотистой фасоли с функциональными ингредиентами
Пример 7
Пример 8
белковый концентрат золотистой фасоли (18% белок, 1,7% NaCl)
83,8
-
белковый концентрат золотистой фасоли (22% белок, 1,4% NaCl)
-
78,8
кокосовое масло
15
20
красящая добавка
0,2
0,2
добавка, придающая вкус
1,0
1,0
консерванты
-
-
всего
100
100
жир (абсолютный)
15
20
жир (в сух.в.)
48
51
белок (абсолютный)
15,1
17,3
белок/вода
18,2
22,2
соль (абсолютная)
1,4
1,1
Для сохранения непрерывного белкового каркаса необходимо ограничить количество небелковых составляющих, поскольку они представляют собой возмущающие параметры по отношению к непрерывной фазе. Здесь важным является общее содержание белка и содержание белка по отношению к водной фазе.
Таблица 5.
Предельные значения жира и белка для получения непрерывной белковой фазы
Мин.
Макс.
жир (абсолютный)
0
30
жир (в сух.в.)
0
65
белок (абсолютный)
12
35*
белок (в сух. в.)
16
38*
В таблице 5 приведены различные предельные параметры, названные выше, которых в дальнейшем усовершенствовании изобретения должна придерживаться композиция для получения белкового каркаса с желаемыми свойствами, такими как эластичные и прочностные свойства. Добавление жира может быть снижено до нуля, так как он не играет большой роли в агрегации. Сверху содержание жира следует ограничить, поскольку иначе возможно нарушение белкового каркаса. В качестве нижней границы для образования высокоэластичного белкового каркаса следует придерживаться минимального содержания общего белка 12 вес.% и/или отношения белок/вода 16%. Отношение белок/вода или содержание белка/воды зависит от содержания жира. Если повысить его содержание в рецептуре, т.е. в композиции, должно быть повышено также отношение белок/вода, как это видно, например, из примера 9 ниже. Указанные минимальные значения содержания белка или отношения белок/вода должны рассматриваться как технологические границы, так как более высокое содержание белка приводит к слишком вязким массам, обращение с которым довольно затруднительно.
В приводимой ниже таблице 6 представлены две определенные предельные рецептуры на примере композиции на основе раствора концентрата миндального белка.
Таблица 6.
Предельные рецептуры на примере миндаля
Пример 9
Пример 10
концентрат миндального белка (18% белок, 1,9% NaCl)
70
-
концентрат миндального белка (22% белок, 1,6% NaCl)
-
80
кокосовое масло
30
20
красящие добавки
-
-
добавки, придающие вкус
-
-
консерванты
-
-
всего
100
100
жир (абсолютный)
30
20
жир (в сух.в.)
65,0
38
белок (абсолютный)
12,6
28
белок/вода
18,9
37,9
соль (абсолютная)
1,4
1,4
Пример 9 показывает рецептуру или композицию, которая, несмотря на повышенное содержание жира и сниженное содержание белка, все еще способна образовывать непрерывный белковый каркас. Дальнейшее снижение содержания белка при неизменном отношении белок/вода может привести к тому, что белки больше не будут связываться или сшиваться/агрегировать друг с другом, в результате чего может получаться тестообразная неэластичная консистенция. Уменьшение отношения белок/вода при неизменном содержании общего белка также может быть невыгодным для образования непрерывного белкового каркаса.
Пример 10 показывает максимальную рецептуру или состав с удвоенным содержанием белка в водной фазе. Допустимо также еще больше увеличить содержание белка, чтобы по-прежнему получать стабильный белковый каркас. Однако из-за связанного с этим увеличения вязкости обращение с такой композицией становится значительно более трудным.
В представленной ниже таблице 7 приведены предельные рецептуры на примере композиции на основе раствора белкового концентрата золотистой фасоли.
Таблица 7.
Предельные рецептуры на примере золотистой фасоли
Пример 11
Пример 12
концентрат белка золотистой фасоли (18% белок, 1,9% NaCl)
70
-
концентрат белка золотистой фасоли (35% белок, 1,7% NaCl)
-
80
кокосовое масло
30
20
красящие добавки
-
-
добавки, придающие вкус
-
-
консерванты
-
-
всего
100
100
жир (абсолютный)
30
20
жир (в сух.в.)
67
40
белок (абсолютный)
12,6
28
белок/вода
18,5
36,2
соль (абсолютная)
1,2
1,1
Пример 11 показывает композицию, с которой, несмотря на повышенное содержание жира и сниженное содержание белка, все еще можно образовать непрерывный белковый каркас. Дальнейшее снижение содержания белка при неизменном отношении белок/вода может привести к тому, что белки больше не смогут сшиваться в достаточной степени, из-за повышается опасность образования тестообразной неэластичной консистенции. Если отношение белок/вода уменьшается, а содержание общего белка остается прежним, также увеличивается риск того, что непрерывный белковый каркас не сможет образоваться.
Пример 12 показывает максимальную рецептуру или состав с удвоенным содержанием белка в водной фазе. Здесь также можно увеличить содержание белка и по-прежнему получать стабильный белковый каркас. Однако из-за увеличения вязкости обращение с такой композицией усложняется.
Изобретение относится также к желеобразному пищевому продукту, в частности, полученному способом по изобретению, предпочтительно веганскому, предпочтительно высокоэластичному и гладкому, в частности, в форме пищевого желеобразного блока, у которого непрерывная водная фаза состоит из агрегированных друг с другом, т.е. трехмерно сшитых растительных белков, причем желеобразный пищевой продукт характеризуется весовой процентной долей агрегированных друг с другом растительных белков в диапазоне от 12 до 28 вес.% и содержанием жира от 0 до 30 вес.%. Желеобразный пищевой продукт может предоставляться в форме блока, в виде ломтиков, палочек, кубиков, стружки (shred) и т.д., в частности, в частности, путем измельчения пищевого желеобразного блока, полученного в результате указанного способа.
Особенно предпочтительно, если желеобразный пищевой продукт имеет твердость в диапазоне от 15Н до 40Н, в частности, от 17Н до 35Н. Предпочтительно, прочность на разрыв желеобразного пищевого продукта согласно изобретению составляет от 20Н до 70Н, более предпочтительно от 25Н до 45Н. Особенно предпочтительно, если эластичность желеобразного пищевого продукта согласно изобретению составляет от 85% до 100%, наиболее предпочтительно от 90% до 95%. Сгибаемость желеобразного пищевого продукта согласно изобретению предпочтительно составляет от 85% до 98%. Прочность на изгиб желеобразного пищевого продукта, образованного в соответствии с идеей изобретения, предпочтительно составляет от 10 мН до 1000 мН, предпочтительно от 15 мН до 400 мН.
Параметры твердость, эластичность и прочность на разрыв, обсуждаемые или раскрываемые в контексте настоящего описания, определяются с помощью так называемого анализатора текстуры (texture analyser). Конкретно использовался анализатор текстуры TA-XTplus от фирмы Stable Micro Systems. Для измерения твердости, прочности на разрыв и эластичности использовали модифицированный анализ профиля текстуры, при этом образцы были стандартизированы следующим образом: круглая цилиндрическая форма диаметром 47 мм и высотой 25 мм. Образцы должны выдерживаться при температуре 16°C.
Для определения твердости и эластичности осуществляли двойное сжатие образцов, при этом настройки анализатора текстуры (texture analyser) приведены в следующей таблице 8.
Таблица 8
. Настройки
Test Mode (режим испытания): Compression (сжатие)PreTest Speed (скорость предварительного испытания): 5 мм/сTest Speed (скорость испытания): 1 мм/сPostTest Speed (скорость после испытания): 5 мм/сTarget Mode (целевой режим): Distance (расстояние): 5 ммTrigger Type (тип запуска): Auto (Force) (Авто (сила))Trigger Force (усилие срабатывания): 1 гBreak Mode (режим прерывания): Off (выкл.)Stop Plot At (конечное положение): начальное положениеTare Mode (режим тарирования): Auto (Авто)Advanced Options (дополнительные опции): Off (выкл.)
<b>Measuring cell</b>(силовая ячейка)
<b>Measuring pin</b>(измерительный наконечник)
цилиндр ½" Delrin P/0.5
<b>Temperature </b>(температура)
Сжатие образца на 5 мм соответствует деформации 20% полной высоты. После первого измерения измерительный наконечник возвращают в исходную точку, и образец оставляют в покое на 15 с, после чего происходит дальнейшее сжатие. Твердость соответствует максимальной силе в первом цикле измерения. Эластичность рассчитывается из отношения площадей положительных пиков обоих измерений на графике, на котором приложенная сила нанесена в зависимости во времени.
Прочность на разрыв устанавливает, какое усилие необходимо приложить для необратимой деформации образца. Выбираемая глубина проникновения составляет 15 мм. Максимум пика на кривой измерения на графике, где приложенная сила нанесена как функция времени, соответствует пределу прочности на разрыв.
Обсуждаемые в рамках настоящего описания параметры способность к изгибанию и прочность на изгиб определяются на анализаторе текстуры Texture Analyser TA-XTplus, Stable Micro Systems.
Таблица 9
. Настройки
<b>Параметры испытания</b>
Test Mode (режим испытания): Compression (сжатие)PreTest Speed (скорость предварительного испытания): 1 мм/сTest Speed (скорость испытания): 1 мм/сPostTest Speed (скорость после испытания): 5 мм/сTarget Mode (целевой режим): Distance (расстояние): 25 ммTrigger Type (тип запуска): Auto (Force) (Авто (сила))Trigger Force (усилие срабатывания): 1 гBreak Mode (режим прерывания): Off (выкл.)Stop Plot At (конечное положение): начальное положениеTare Mode (режим тарирования): Auto (Авто)Advanced Options (дополнительные опции): Off (выкл.)
<b>Measuring cell</b>(силовая ячейка)
<b>Measuring pin</b>(измерительный наконечник)
SMS P/75
<b>Temperature </b>(температура)
Для испытаний на изгиб, проводимых на анализаторе текстуры (texture analyser), образцы были стандартизированы следующим образом: прямоугольный диск 35×30 мм толщиной (толщина материала) 2 мм. Образцы выдерживались при температуре 16°C.
Под сгибаемостью (способностью к изгибу) имеется в виду процентная доля расстояния, на которое образец (диск) может быть сжат без разрушения в приборе для измерения текстуры. При этом в качестве начального положения устанавливали расстояние между нижней пластиной и измерительным наконечником, равное 32 мм, прежде чем образец будет зажат между ними по вертикали.
Если диск после полного цикла сжатия еще остается неповрежденным, это соответствует сгибаемости 100%. В этом случае максимальное положительное усилие достигается в конечной точке расстояния. Если же образец ломается до достижения полного сжатия, это распознается по резкому падению зарегистрированной силы. Прочность на изгиб соответствует максимальной измеренной силе в мН. В этом случае сгибаемость рассчитывается как отношение расстояния при разрыве к максимальному расстоянию.
Изобретение относится также к устройству агрегирования, а также к его применению для осуществления способа согласно изобретению, причем устройство агрегирования согласно изобретению содержит резервуар высокого давления для вмещения подлежащей агрегированию композиции. Кроме того, устройство агрегирования содержит нагревательное и охлаждающее средства для нагревания и охлаждения композиции, причем нагревательное средство и охлаждающее средство (устройство или устройства нагрева и охлаждения) предпочтительно рассчитаны так, чтобы технологические параметры, указанные в связи с описанием способа, такие как скорости нагрева и охлаждения, были возможны или удовлетворялись. Существенным является то, что для резервуара высокого давления предусмотрено средство регулирования противодавления, предназначенное для установки, по меньшей мере периодически, т.е. по меньшей мере при температурах по меньшей мере части композиции по меньшей мере 100°C действующего на композицию противодавления, какое определено в приведенном выше описании. Средство регулирования противодавления может содержать, подключение к сжатому газу, в частности, к сжатому воздуху, чтобы посредством него можно было довести внутреннее пространство резервуара до противодавления, описанного в рамках описания способа. Как подробно поясняется в рамках описания способа, средство создания противодавления не ограничено такой версией сжатого газа, в рамках изобретение могут быть реализованы также альтернативные средства регулирования противодавления, которые создают действующее на композицию противодавление, например, механическим или гидравлическим способом, и/или за счет изменения объема резервуара высокого давления, и т.д.
Несмотря на отсутствие притязаний на устройство агрегирования, его следует рассматривать как важное для изобретения, в частности, со следующим возможным текстом пункта формулы изобретения:
Устройство (1) агрегирования для осуществления способа по одному из п.п. 1-13, содержащее резервуар (2) высокого давления для вмещения подлежащей агрегированию композиции, со средствами (6) нагрева и охлаждения для нагревания и охлаждения композиции в резервуаре (2) высокого давления, а также, предпочтительно, со средством (4) регулирования противодавления для установки противодавления, действующего на композицию во время агрегации, выше атмосферного давления.
Другие преимущества, признаки и детали изобретения выявляются из нижеследующего описания предпочтительных примеров осуществления, а также из чертежей.
На чертежах:
фиг. 1:
предпочтительный производственный процесс для получения раствора белкового концентрата на примере миндаля,
фиг. 2:
процесс агрегации композиции на основе раствора концентрата миндального белка,
фиг. 3:
типичный DSC-график для раствора концентрата растительного белка,
фиг. 4:
производственный процесс для получения композиции (рецептуры) на основе концентрата миндального белка,
фиг. 5:
производственный процесс для получения композиции (рецептуры) на основе раствора концентрата белка золотистой фасоли,
фиг. 6:
диаграмма, показывающая твердость, прочность на разрыв, эластичность и влагосодержание различных натуральных сыров,
фиг. 7:
диаграмма, показывающая параметры с фиг. 6 для желеобразного пищевого продукта на основе различных растительных белковых концентратов, при этом не соответствующий изобретению продукт обозначен как люпин,
фиг. 8:
диаграмма показывающая способность к сгибанию и прочность на изгиб разных натуральных сыров,
фиг. 9:
диаграмма, показывающая параметры с фиг. 8 для желеобразного пищевого продукта, который получен из композиций на основе различных растворов концентрата растительного белка, и
фиг. 10:
схема одного возможного варианта осуществления устройства агрегирования.
Информация и значения параметров, раскрытые в рамках описания фигур, не должны ограничивать изобретение. Однако они должны рассматриваться как существенные для изобретения и, следовательно, могут быть предметом притязаний.
На фигурах одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями.
На фиг. 1 показан один возможный процесс получения раствора белкового концентрата на примере миндаля.
На этапе I готовят миндальную муку, например, содержащую 45-55 вес.% белка и 11-16 вес.% жира, причем содержание белка предпочтительно составляет по меньшей мере 50 вес.%, а содержание жира предпочтительно не превышает 13 вес.%.
На этапе II проводится экстракция растительного белка в воду при разбавлении 1:4, при этом значение pH предпочтительно устанавливается на уровне 5,8-6,5. Особенно предпочтительным является pH 6,0. Экстракция протекает, в частности, при температуре от 15°C до 25°C, наиболее предпочтительно при 20°C, причем продолжительность экстракции составляет по меньшей мере один час, предпочтительно при перемешивании, в частности, со скоростью 300-600 об/мин, предпочтительно 400 об/мин.
Затем на этапе III проводится центрифугирование, а на этапе IV получают остаток. Супернатант обозначен позицией V. Центрифугирование на этапе III проводится предпочтительно по меньшей мере один час при предпочтительной температуре от 15°C до 25°C, наиболее предпочтительно при 20°C. Центрифугирование предпочтительно реализуется при 14000-27000 g, наиболее предпочтительно при 27000 g.
Затем на этапе VI проводится осаждение кислотой белка из супернатанта, в частности, при pH от 4,8 до 5,2, наиболее предпочтительно при 5,2. Осаждение предпочтительно проводят в течение по меньшей мере 30 минут, наиболее предпочтительно в течение одного часа, в частности, при температуре от 15°C до 25°C, в частности, при 20°C.
После этого осажденный белок центрифугируют на этапе VII, в частности, при 14000-27000 g, в частности, при 27000 g, наиболее предпочтительно в течение по меньшей мере 20 минут, еще более предпочтительно 45 минут, в частности, при температуре 4-8°C, наиболее предпочтительно при 8°C.
На этапе VIII получают супернатант. Обозначенный позицией IX остаток представляет собой кислый белковый концентрат (белковый преципитат) с весовой долей белка 45-50%.
На этапе X устанавливается значение pH, а также концентрации белка и NaCl. Значение pH предпочтительно устанавливается на уровне от 5,2 до 6,5, наиболее предпочтительно 5,4. Содержание белка предпочтительно доводят до 16-30 вес.%, особенно предпочтительно до 18-22%, а содержание NaCl до 0-3,3 вес.%, наиболее предпочтительно до 1,6-1,9 вес.%. Результатом процесса является обозначенный позицией XI раствор белкового концентрата, подходящий для осуществления способа согласно изобретению.
На фиг. 2 показан процесс агрегации композиции для получения агрегированного продукта, т.е. желеобразного пищевого продукта. Для этого используется устройство 1 агрегирования, какое для примера показано на фиг. 10. Можно видеть резервуар 2 высокого давления, который рассчитан на избыточное давление. Резервуар 2 высокого давления ограничивает внутренний объем 3 (объем резервуара) для вмещения композиции, образованной в соответствии с идеями изобретения. Резервуар 2 высокого давления может герметично закрываться, и к нему посредством устройства 4 регулирования противодавления может прикладываться противодавление, превышающее атмосферное давление.
Кроме того, для резервуара 2 высокого давления предусмотрены нагревательное средство 5 и средство охлаждения 6. В данном случае нагревательное средство 5 выполнены, например, как электронагревательные патроны в стенке резервуара, а средство охлаждения 6 содержит охлаждающие каналы, по которым может двигаться охлаждающая среда.
На этапе I готовят композицию в форме эмульсии на основе раствора концентрата миндального белка. Композиция содержит, например, 13-24 вес.% белка, 0-2,8 вес.% NaCl, 0-1,8 вес.% ароматизатора, в данном случае ароматизатора со вкусом сыра, и 10-30 вес.% жира. Такую композицию подают на этапе II в устройство агрегирования и на этапе III устанавливают противодавление, например, по меньшей мере 1,3 бар. На этапе IV реализуется фаза нагрева, в частности, со скоростью нагревания 6,5-8 К/мин до максимальной температуры в интервале от 108°C до 120°C. За фазой нагревания на этапе V следует факультативный период горячей выдержки при максимальной температуре продолжительностью 0-10 мин, после чего на этапе VI реализуется фаза охлаждения, в частности, со скоростью охлаждения 7-8,5 К/мин. На этапе VII получают желеобразный пищевой продукт согласно изобретению.
В следующей таблице 10 приводятся предпочтительные условия агрегации на примере раствора концентрата миндального белка.
Таблица 10.
Условия агрегации на примере концентрата миндального белка
Мин.
Макс.
Оптимум
Фаза нагрева (К/мин)
6,5
8,0
8,0
Продолжительность выдержки (мин)
0
10
0
Фаза охлаждения (К/мин)
7,0
8,5
8,5
Температура (°C)
108
120
113
min
max
opt
В следующей таблице 11 приводятся предпочтительные минимальные и максимальные температуры, а также оптимальные максимальные температуры, до которых различные композиции на основе разных растворов концентратов растительного белка, указанных в таблице, нагреваются в устройстве агрегирования в фазе нагрева, при этом T обозначает предпочтительную самую низкую максимальную температуру, которую необходимо установить, T выбираемую самую высокой предпочтительную максимальную температуру, а T оптимально установленную максимальную температуру для агрегации.
Таблица 11
. Предпочтительные минимальные, максимальные и оптимальные максимальные температуры для агрегации композиции на основе различных растворов концентратов растительного белка
T<sub>min</sub>(°C)
T<sub>max</sub>(°C)
T<sub>opt</sub>(°C)
белок миндаля
108
120
113
белок золотистой фасоли
95
108
100
белок кокоса
108
120
113
белок нута
108
120
113
белок овса
118
125
120
белок арахиса
110
120
115
На фиг. 3 показана типичная DSC-кривая, полученная при динамическом дифференциально-калориметрическом измерении подходящего раствора концентрата растительного белка. Как можно видеть, на графике приведена зависимость удельной преобразуемой тепловой энергии от температуры. Кривая демонстрирует эндотермический пик, причем площадь пика соответствует энтальпии денатурации ΔH содержащихся белков.
A
E
M
E
M
Пик простирается в диапазоне пиковых температур, который заключен между температурой начала пика T и температурой конца пика T. При этом пик имеет максимум при максимальной температуре пика T. Максимальная температура, до которой предпочтительно нагревают композицию для агрегации, предпочтительно лежит в области температуры конца пика T, в любом случае выше максимальной температуры пика T.
Для композиции (рецептуры) отдельного отображения DSC-кривой динамического дифференциально-калориметрического измерения не приводится. По аналогии применимы приведенные выше объяснения эндотермического пика и соответствующих температур. Добавляя ингредиенты, в частности, соль, можно сместить по температурный оси эндотермический пик DSC-кривой композиции по сравнению с эндотермическим пиком DSC-кривой соответствующего раствора белкового концентрата, при добавлении NaCl дальше вправо. Аналогично, путем соответствующего разбавления водной фазы раствора белкового концентрата, в частности, уменьшения содержания в нем NaCl в связи с получением композиции, например, путем добавления воды, пик может быть смещен влево, т.е. в сторону более низких температур. Пиковые температуры на DSC-кривой композиции являются определяющими для выбора максимальной температуры агрегации композиции.
На фиг. 4 на примере миндаля показано возможное получение композиции. На этапе I готовят раствор белкового концентрата на основе миндального белка. Он предпочтительно характеризуется содержанием белка 16-30 вес.%, в частности, 18-22 вес.%, а также содержанием NaCl 0-3,3 вес.%, предпочтительно 1,6-1,9 вес.%. Кроме того, раствор белкового концентрата предпочтительно характеризуется значением pH от 5,2 до 6,5, в частности, 5,4.
На этапе II добавляют расплавленный жир, в частности, кокосовое масло, предпочтительно при температуре 45°C-60°C. На этапе III добавляют ароматизатор, например, 0-2 вес.%.
Этап IV представляет собой этап эмульгирования, в частности, в течение 1-3 мин, предпочтительно при 8000-20000 об/мин. Наиболее предпочтительно, эмульгирование проводится в течение 2 мин на числе оборотов 15000-20000 об/мин.
Затем следует этап откачивания V для удаления пузырьков газа и/или разрушения пены, образующейся в процессе эмульгирования, в частности, в течение 2-5 мин, еще более предпочтительно 3 мин. Давление для откачивания предпочтительно снижают до 100-300 мбар, наиболее предпочтительно до 150 мбар, откачивание предпочтительно проводится при температуре 20-25°C.
Затем как результат на этапе VI получают композицию в форме миндальной эмульсии на белковой основе, которая предпочтительно характеризуется весовой долей белка 13-24 вес.%, предпочтительно 15-17,5 вес.%, содержанием NaCl 0-2,8 вес.%, в частности, 1,3-1,6 вес.%, содержанием ароматизатора 0-1,8 вес.% и содержанием жира 10-30 вес.%, в частности, 15-20 вес.%.
На фиг. 5 показан пример процесса получения композиции на основе раствора концентрата белка золотистой фасоли. Раствор готовят на этапе I, он предпочтительно характеризуется весовой долей белка 16-30 вес.%, в частности, 18-22 вес.%, содержанием NaCl 0-3,3 вес.%, в частности, 1,4-1,7 вес.% и значением pH 5,2-6,5, предпочтительно 5,8.
Этапы II-V в этом случае идентичны описанным в связи с фиг. 4. В результате процесса на этапе VI получают композицию в форме эмульсии золотистой фасоли на белковой основе, при этом предпочтительные содержания белка, NaCl, ароматизатора и жира соответствуют таковым для примера осуществления с фиг. 4.
Из фиг. 6 следует, что характеризация выбранных стандартных продуктов (различные сорта сыра) показывает, что четыре представленных параметра: твердость, прочность на разрыв, эластичность и влагосодержание коррелируют друг с другом.
Твердость и прочность на разрыв повышаются с уменьшением влагосодержания, в то же время эластичность снижается. Тогда как у молодого сыра Гауда эластичность составляет еще 95%, она снижается для полузрелого и зрелого Гауда до 85%, соответственно до 46%. Эластичность Эдама и Эмменталера лежит в том же диапазоне, что и у молодого Гауда, составляя 95% и 93%. Твердость и прочность на разрыв у зрелого Гауда составляет 70Н или максимум 72Н, при этом влагосодержание здесь самое низкое: 31 вес.%. Полузрелый Гауда имеет почти вдвое слабую структуру (твердость 32,7Н; прочность на разрыв 37,9Н), при этом влагосодержание выше всего на 4,5 вес.%. Влагосодержание Эдама и Гауда самое высокое, составляя 45% и 41%, соответственно твердость (17,6Н и 17,2Н) и прочность на разрыв (27,3Н и 29,1Н) самые низкие. Сразу за ними следует Эмменталер с твердостью 25Н и прочностью на разрыв почти 42Н.
При рассмотрении растительных гелей или желеобразных пищевых продуктов с фиг. 7 обнаруживается, что корреляция с влагосодержанием подтверждается лишь частично.
Влагосодержание агрегированных концентратов составляет около 70 или 73 вес.% для миндаля, соответственно золотистой фасоли. В рецептурах (смотри пример 2 и пример 6) она снижается за счет добавления жира до 55 вес.%, соответственно 57 вес.% (миндаль или золотистая фасоль). Твердость и прочность на разрыв, а также эластичность сравнимы с обычными сортами. Миндальное желе без добавления жира имеет самую высокую твердость (38Н) или прочность на разрыв (65Н) и демонстрирует очень высокую эластичность (95%), сравнимую с эластичностью молодого Гауда. При добавлении жира твердость миндальной рецептуры заметно снижается до значения 17,2Н, что также сравнимо с молодым Гауда или Эдамом. Прочность на разрыв образца миндаля составляет 26Н, что находится в диапазоне Эдама. Эластичность остается практически неизменной, около 95%. Образец золотистой фасоли без добавления жира имеет твердость, эквивалентную твердости полузрелого Гауда (32Н), с немного более высоким пределом прочности на разрыв - 52Н. Эластичность в 91% чуть ниже, чем у образца Эмменталера. Рецептура на основе золотистой фасоли позволяет повысить эластичность за счет добавления жира и достичь значения почти 96%. Твердость, а также прочность на разрыв составляют 31Н, соответственно 42Н. Агрегированный концентрат белка люпина, как и в колебательных измерениях, показывает значительно худшие характеристики во всех областях. Твердость и прочность на разрыв одинаковые, поскольку образец разламывается уже при малой глубине проникания. Эти значения составляют 0,9Н. Эластичность образца, 27,5%, также очень низкая.Из этого следует, что агрегат из композиции на основе концентрата белка люпина не относится к изобретению, а просто служит для сравнения.
Как видно из фиг.8, при определении сгибаемости и прочности на изгиб стандартных сортов сыра можно установить четкое различие.
Ломтики молодого Гауда, Эдама и Эмменталера после полного цикла сжатия еще остаются неповрежденными и имеют поэтому сгибаемоть 100%. Для полного сжатия Эдама требуется сила около 125 мН, тогда как Эмменталер требует для резки усилия примерно на 50 мН большего. Самую высокую прочность на изгиб имеет молодой Гауда. При этом прочность на изгиб составляет 260 мН. Более зрелые и менее эластичные сорта сыра (полузрелый и зрелый Гауда) не выдерживают испытания на изгиб. Через примерно 83% участка пути полузрелый Гауда ломается. Прочность на изгиб (соответствует разрывному усилию) соответственно ниже, а именно 115 мН. Зрелый Гауда имеет крайне плохую сгибаемость. Он ломается уже через примерно 6,5% расстояния, когда требуется усилие всего около 52 мН.
Если сравнивать с обычными сырными продуктами, у растительных продуктов или желеобразных пищевых продуктов с фиг. 9 имеется много параллелей.
Оба образца без добавок (22 вес.% белка, миндаль: 1,6 вес.% NaCl, золотистая фасоль: 1,4 вес.% NaCl) имеют очень высокую сгибаемость. При этом образец миндаля демонстрирует поведение, аналогичное молодому Гауда, Эдаму и Эмменталеру, имея 100%-ную сгибаемость. Прочность на изгиб очень высокая и составляет 1037 мН. Образец из концентрата белка золотистой фасоли имеет сгибаемость почти 96% при прочности на изгиб 424 мН. При добавлении к концентрату миндального белка 20 вес.% жира (см. пример рецептуры 2) сгибаемость падает до 87%, что соответствует промежуточной структуре между молодым и полузрелым Гауда. Прочность на изгиб значительно снижается, до 176 мН, что соответствует уровню Эмменталера. При добавлении жира в концентрат белка золотистой фасоли (см. пример рецептуры 6), сгибаемость снова увеличивается и достигает почти 100%. Прочность на изгиб, составляющая 420 мН, опять несколько выше, чем у обычных сортов сыров. Испытание на изгиб на агрегате композиции на основе раствора концентрата белка люпина провести было невозможно, поскольку при агрегации не образовывался режущийся конечный продукт.
Список ссылочных позиций
1
устройство агрегирования
2
резервуар высокого давления
3
внутренний объем
4
средство регулирования противодавления
5
нагревательное средство
6
средство охлаждения
T<sub>A</sub>
температура начала пика
T<sub>E</sub>
температура конца пика
T<sub>M</sub>
максимальная температура пика