СОЕВЫЕ БЕЛКОВЫЕ ПРОДУКТЫ С УЛУЧШЕННОЙ ВОДОСВЯЗЫВАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТЬЮ
SOYA PROTEIN PRODUCTS OF IMPROVED WATER-BINDING CAPACITY

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к соевым белковым продуктам с околонейтральным уровнем pH и областям их использования.
Предшествующий уровень техники изобретения
В совместно рассматриваемой заявке на патент США №12/975805, поданной 22 декабря 2010 г. (публикация №2011-0165314 патента США от 7 июля 2011 г.), переуступленной патентообладателю данного документа и раскрытия которой включены в настоящий документ ссылкой, описано приготовление обладающего чистым вкусом соевого белкового продукта без привкуса бобов, который характеризуется околонейтральным естественным уровнем pH и может заменять традиционные соевые белковые изолятные продукты в различных вариантах использования пищевых продуктов, включая питательные батончики, хлебобулочные изделия и подвергшиеся обработке мясные продукты. В заявке на патент №12/975805 также продемонстрировано, что функциональные свойства соевых белковых продуктов можно модифицировать, при этом растворимость белка снижается, а водосвязывающая способность повышается вследствие включения стадии тепловой обработки в приготовлении продукта.
Такой соевый белковый продукт получают из нового соевого белкового продукта, описанного в заявках на патент США №12/603087, поданной 21 октября 2009 (публикация №2010-0098818 патента США от 22 апреля 2010 г.), и №12/923897, поданной 13 октября 2010 г. (публикация №2011-0038993 патента США от 17 февраля 2011 г.), переуступленных патентообладателю данного документа и раскрытия которых включены в настоящий документ ссылкой. В заявках на патент США №12/603087 и 12/923897 описано получение нового соевого белкового продукта, предпочтительно изолята, который обеспечивает приготовление прозрачных и термостабильных растворов при низком уровне pH и, следовательно, может использоваться для обогащения белками, в частности, безалкогольных и спортивных напитков, а также других систем на водной основе без осаждения белка.
Соевый белковый продукт, получаемый в соответствии с указанными документами, обладает уникальным сочетанием параметров, не обнаруженным в других соевых белковых изолятах. Данный продукт полностью растворим при значениях pH примерно менее 4,4, соответствующих кислой среде, и его растворы являются термостабильными в указанном диапазоне pH, что позволяет осуществлять тепловую обработку, как, например, различные варианты применения горячего заполнения. Не требуется никаких стабилизаторов или других добавок для удерживания белка в растворе или суспензии. Раствор соевого белка не имеет «бобового» вкуса и посторонних запахов. Продукт характеризуется низким содержанием фитиновой кислоты, и при получении соевого белкового продукта не требуется никаких ферментов. Соевый белковый продукт также хорошо растворим при уровне pH около 7.
Новый соевый белковый продукт с содержанием соевого белка, по меньшей мере, около 60% масс. (N×6,25) в пересчете на сухую массу (с.м.), предпочтительно, изолят с содержанием белка, по меньшей мере, около 90% масс., получают способом, который включает:
(a) осуществление экстракционной обработки источника соевого белка водным раствором соли кальция, конкретно, раствором хлорида кальция, для переведения соевого белка в растворимую форму из источника белка и образования водного раствора соевого белка;
(b) отделение водного раствора соевого белка от остаточного источника соевого белка;
(c) при необходимости, разбавление водного раствора соевого белка;
(d) доведение уровня pH водного раствора соевого белка до величины pH от значения около 1,5 примерно до 4,4, предпочтительно, от значения около 2 примерно до 4, для получения подкисленного прозрачного раствора соевого белка;
(e) при необходимости, термообработку подкисленного раствора для снижения активности антипитательных ингибиторов трипсина и микробной нагрузки;
(f) при необходимости, концентрированно водного прозрачного раствора соевого белка с использованием селективной мембранной технологии при одновременном поддержании ионной силы практически постоянной;
(g) при необходимости, диафильтрование концентрированного раствора соевого белка;
(h) при необходимости, пастеризацию концентрированного раствора соевого белка для уменьшения микробной нагрузки;
(i) при необходимости, высушивание концентрированного раствора соевого белка.
В совместно рассматриваемой заявке на патент США №12/704078, поданной 11 февраля 2010 г. (публикация №2010-0203205 патента США от 12 августа 2010 г.), переуступленной патентообладателю данного документа и раскрытия которой включены в настоящий документ ссылкой, описано приготовление соевого белкового продукта (названного "S702"), обладающего свойствами, сравнимыми с характеристиками соевого белкового продукта, полученного в соответствии с заявками на патент США №12/603087 и 12/923897. Согласно заявке №12/704078 соевый белковый продукт получают посредством экстракционной обработки исходного материала, содержащего соевый белок, водным раствором соли кальция для переведения соевого белка в растворимую форму из источника белка и образования водного раствора соевого белка; отделения водного раствора соевого белка от остаточного источника соевого белка; концентрирования водного раствора соевого белка с использованием селективной мембранной технологии при одновременном поддержании ионной силы практически постоянной; при необходимости, диафильтрования концентрированного раствора соевого белка и высушивания концентрированного раствора соевого белка.
В совместно рассматриваемой заявке на патент США №12/703996, поданной 4 марта 2010 г. (публикация №2010-0203204 патента США от 12 августа 2010 г.), переуступленной патентообладателю данного документа и раскрытия которой включены в настоящий документ ссылкой, описано приготовление соевого белкового продукта (названного "S7300"), обладающего свойствами, сравнимыми с характеристиками соевого белкового продукта, полученного в соответствии с заявками на патент США №12/603087 и 12/923897. Согласно заявке №12/703996 соевый белковый продукт получают посредством экстракционной обработки исходного материала, содержащего соевый белок, водным раствором хлорида кальция для переведения соевого белка в растворимую форму из источника белка и образования водного раствора соевого белка; отделения водного раствора соевого белка от остаточного источника соевого белка; концентрирования водного раствора соевого белка с использованием селективной мембранной технологии при одновременном поддержании ионной силы практически постоянной; при необходимости, диафильтрования концентрированного раствора соевого белка; разбавления водой концентрированного и, при необходимости, подвергнутого диафильтрации раствора соевого белка для стимулирования образования осадка; отделения осадка от разбавляющей воды и высушивания отделенного осадка соевого белка.
В совместно рассматриваемой заявке на патент США №12/693714, поданной 26 января 2010 г. (публикация №2010-0189853 патента США от 29 июля 2010 г.), переуступленной патентообладателю данного документа и раскрытия которой включены в настоящий документ ссылкой, описано приготовление соевого белкового продукта (названного "S200Ca"), обладающего свойствами, сравнимыми с характеристиками соевого белкового продукта, полученного в соответствии с заявками на патент США №12/603087 и 12/923897. Согласно заявке №12/693714 соль кальция добавляют к надосадочной жидкости, образовавшейся в результате осаждения белковой миццелярной массы, для получения раствора с электропроводностью от величины около 2 мСм примерно до 30 мСм; удаляют осадок из образовавшегося раствора для переведения в состояние прозрачного раствора; при необходимости, доводят уровень pH прозрачного раствора до величины примерно от 1,5 до значения около 4,4; концентрируют прозрачный раствор, при необходимости, с установленным уровнем pH до достижения содержания белка от величины около 50 примерно до 400 г/л для переведения в состояние прозрачного концентрированного раствора соевого белка; при необходимости, подвергают диафильтрации прозрачный концентрированный раствор белка и высушивают концентрированный раствор.
Сущность изобретения
Одной из важных характеристик, присущих соевым белковым продуктам, полученным в соответствии с указанными выше заявками на патент США №12/603087, 12/923897, 12/704078, 12/703996 и 12/693714, является чистый, без привкуса бобов, вкус продуктов, в отличие от традиционных соевых белковых изолятов, которые обладают характерным бобовым вкусом.
Хотя для использования в пище доступен определенный диапазон соевых белковых изолятных продуктов с широким разнообразием функциональных свойств и предполагаемых областей применения, некоторые из более распространенных вариантов применения промышленных соевых белковых изолятов существуют в виде питательных батончиков, хлебобулочных изделий и подвергшихся обработке мясных продуктов.
В соответствии с настоящим изобретением предлагаются соевые белковые продукты, которые лишены характерного бобового вкуса обычных соевых белковых изолятов и могут заменять традиционные изоляты в различных пищевых продуктах, включая продукты, упомянутые выше, с целью привнесения пищевых продуктов с улучшенным вкусом, которые можно получать из соевых белковых продуктов, приготовленных, как описано в заявках на патент США №12/704078, 12/703996 и 12/693714. В целом, процедуры, описанные в настоящем документе, приводят к получению соевых белковых продуктов с повышенной водосвязывающей способностью.
В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения предлагается способ получения соевого белкового продукта с содержанием соевого белка, по меньшей мере, около 60% масс. (N×6,25) в расчете на сухую массу, который включает:
(a) осуществляют экстракционную обработку источника соевого белка водным раствором соли кальция для переведения соевого белка в растворимую форму из источника белка и образования водного раствора соевого белка;
(b) отделяют водный раствор соевого белка от остаточного источника соевого белка;
(c) концентрируют водный раствор соевого белка с использованием селективной мембранной технологии при одновременном поддержании ионной силы практически постоянной;
(d) при необходимости, подвергают диафильтрации концентрированный раствор соевого белка;
(e) при необходимости, высушивают концентрированный и, при необходимости, подвергнутый диафильтрации раствор соевого белка.
При этом:
(A) водный раствор соевого белка, полученный на стадии (b), подвергают тепловой обработке для осаждения из него соевого белка и либо (i) весь нагретый раствор высушивают для получения соевого белкового продукта, либо (ii) осажденный соевый белок удаляют из нагретого раствора и высушивают удаленный осадок для получения соевого белкового продукта, или
(B) концентрированный и, при необходимости, подвергнутый диафильтрации раствор соевого белка со стадии (d) подвергают тепловой обработке для осаждения из него соевого белка и либо (i) весь нагретый раствор высушивают для получения соевого белкового продукта, либо (ii) осажденный соевый белок удаляют из нагретого раствора и высушивают удаленный осадок для получения соевого белкового продукта, или
(C) концентрированный и, при необходимости, подвергнутый диафильтрации раствор соевого белка высушивают; высушенный материал со стадии (e) вновь суспендируют в воде; при необходимости уровень pH полученного раствора доводят примерно до 6 и повторно суспендированный материал подвергают тепловой обработке для осаждения из него соевого белка и либо (i) весь подвергнутый тепловой обработке материал высушивают для получения соевого белкового продукта, либо (ii) осажденный белок удаляют из нагретого материала и выделенный осажденный белок высушивают для получения соевого белкового продукта.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается способ получения соевого белкового продукта с содержанием соевого белка, по меньшей мере, около 60% масс. (N×6,25) в расчете на сухую массу, который включает:
(a) осуществляют экстракционную обработку источника соевого белка водным раствором соли кальция для переведения соевого белка в растворимую форму из источника белка и образования водного раствора соевого белка;
(b) отделяют водный раствор соевого белка от остаточного источника соевого белка;
(c) концентрируют водный раствор соевого белка с использованием селективной мембранной технологии при одновременном поддержании ионной силы практически постоянной;
(d) при необходимости, подвергают диафильтрации концентрированный раствор соевого белка;
(e) разбавляют концентрированный раствор соевого белка водой для стимулирования образования осадка;
(f) отделяют осадок от разбавляющей воды, называемой надосадочной жидкостью;
(g) при необходимости, высушивают отделенный осадок соевого белка.
При этом:
(A) отделенный осадок соевого белка со стадии (f) высушивают и высушенный белок вновь суспендируют в воде; при необходимости уровень pH полученной суспензии доводят примерно до 6; суспензию подвергают тепловой обработке и либо (i) всю нагретую суспензию высушивают для получения соевого белкового продукта, либо (ii) нерастворимый белок выделяют из нагретой суспензии и выделенный нерастворимый белок высушивают для получения соевого белкового продукта, или
(B) отделенный осадок соевого белка со стадии (f) вновь суспендируют в воде и суспензию подвергают тепловой обработке и либо (i) весь подвергнутый тепловой обработке раствор высушивают для получения соевого белкового продукта, либо (ii) нерастворимый белок выделяют из подвергнутой тепловой обработке суспензии и выделенный нерастворимый белок высушивают для получения соевого белкового продукта.
В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения предлагается способ приготовления соевого белкового продукта с содержанием белка, по меньшей мере, около 60% масс. (N×6,25) в расчете на сухую массу, который включает:
(a) добавляют соль кальция или соль другого двухвалентного металла к надосадочной жидкости, образовавшейся в результате осаждения мицеллярной массы соевого белка, для обеспечения электропроводности от величины около 2 мСм примерно до 30 мСм;
(b) удаляют осадок из образовавшегося раствора для переведения его в состояние прозрачного раствора;
(c) доводят уровень pH прозрачного раствора до величины примерно от 1,5 до значения около 4,4;
(d) концентрируют прозрачный раствор с установленным уровнем pH до достижения содержания белка от величины около 50 примерно до 400 г/л для получения прозрачного концентрированного раствора соевого белка;
(e) при необходимости, подвергают диафильтрации прозрачный концентрированный раствор белка;
(f) при необходимости, высушивают концентрированный и, при необходимости, подвергнутый диафильтрации раствор.
При этом:
(A) концентрированный и, при необходимости, подвергнутый диафильтрации раствор высушивают на стадии (f), и в водном растворе образуется высушиваемый соевый белковый продукт, уровень pH водного раствора повышают примерно до pH 6 для осаждения из него соевого белка, материал с установленным уровнем pH, при необходимости, подвергают тепловой обработке и либо (i) весь материал с установленным уровнем pH высушивают для получения соевого белкового продукта, либо осадок выделяют из материала с установленным уровнем pH и выделенный осадок высушивают для получения соевого белкового продукта, или
(B) уровень pH концентрированного и, при необходимости, подвергнутого диафильтрации на стадии (e) раствора повышают примерно до 6 для осаждения из него соевого белка, материал с установленным уровнем pH, при необходимости, подвергают тепловой обработке и либо (i) весь материал с установленным уровнем pH высушивают для получения соевого белкового материала, либо (ii) из материала с установленным уровнем pH выделяют осадок и высушивают выделенный осадок для получения соевого белкового продукта.
В соответствии с еще одним дополнительным аспектом настоящего изобретения предлагается способ получения соевого белкового продукта с содержанием соевого белка, по меньшей мере, 60% масс. (N×6,25) в расчете на сухую массу, который включает:
(a) осуществляют экстракционную обработку источника соевого белка водным раствором хлорида натрия для переведения соевого белка в растворимую форму из источника белка и образования водного раствора соевого белка;
(b) отделяют водный раствор соевого белка от остаточного источника соевого белка;
(c) доводят уровень pH раствора соевого белка примерно до 4,5 для стимулирования осаждения соевого белка;
(d) выделяют осажденный соевый белок;
(e) при необходимости, доводят уровень pH выделенного соевого белка примерно до 6;
(f) высушивают выделенный и, при необходимости, с установленным уровнем pH соевый белок;
при этом для получения соевого белкового продукта после стадии (c) регулирования уровня pH материал с установленным уровнем pH подвергают тепловой обработке до выделения осадка, при необходимости регулирования уровня pH выделенного осажденного белка и высушивания выделенного осажденного белка.
Поскольку настоящее изобретение относится главным образом к получению и использованию соевых белковых изолятов, предполагается, что соевые белковые продукты меньшей степени чистоты можно получать и использовать как имеющие свойства, аналогичные свойствам соевых белковых изолятов. Такие продукты меньшей степени чистоты могут иметь концентрацию белка, по меньшей мере, около 60% масс. (N×6,25) с.м.
Общее описание изобретения
Начальная стадия способа получения соевого белкового продукта согласно процедуре обеих совместно рассматриваемых заявок на патент США №12/704078 и 12/703996 включает в себя переведение соевого белка в растворимую форму из источника соевого белка. Источник соевого белка может представлять собой соевые бобы или любой соевый продукт или побочный продукт, полученный в результате переработки соевых бобов, включая соевый шрот, соевые хлопья, соевую крупку и соевую муку, но не ограничиваясь ими. Источник соевого белка можно использовать в полножирной форме, частично обезжиренной форме или полностью обезжиренной форме. Если источник соевого белка содержит заметное количество жира, в ходе осуществления способа, как правило, требуется стадия удаления масла. Соевый белок, выделенный из источника соевого белка, может быть натуральным белком соевого боба или белковый материал может представлять собой белок, модифицированный с помощью генетического воздействия, но обладающий характерными гидрофобными и полярными свойствами натурального белка.
Переведение белка в растворимую форму из исходного материала соевого белка наиболее удобно осуществлять с использованием пищевого раствора хлорида кальция, хотя можно использовать растворы других солей кальция. Если соевый белковый продукт предназначен для непищевых вариантов использования, можно применять непищевые химические вещества. В дополнение к этому, можно использовать соли и других щелочноземельных металлов, как, например, соли магния. Кроме того, экстракцию соевого белка из источника соевого белка также можно осуществлять при использовании раствора соли кальция в сочетании с раствором другой соли, такой как хлорид натрия. В дополнение к этому, экстракцию соевого белка из источника соевого белка можно выполнять с использованием воды или раствора другой соли, такого как раствор хлорида натрия, при этом к раствору соевого белка, полученному на стадии экстракции, затем добавляют соль кальция, такую как хлорид кальция. Затем осадок, образовавшийся после добавления соли кальция, удаляют до последующей переработки.
По мере повышения концентрации раствора соли кальция степень переведения белка в растворимую форму из источника соевого белка первоначально возрастает до достижения максимальной величины. Любое последующее повышение концентрации соли не приводит к увеличению общего количества белка, переведенного в растворимую форму. Концентрация раствора соли кальция, которая обусловливает максимальное переведение белка в растворимую форму, изменяется в зависимости от соответствующей соли. Обычно предпочтительно использовать величину концентрации меньше примерно 1,0 М, а более предпочтительно величину от значения около 0,10 М примерно до 0,15 М.
В периодическом способе переведение белка в растворимую форму с использованием соли осуществляют при температуре от значения около 1°C примерно до 100°C, предпочтительно от значения около 15°C примерно до 65°C, более предпочтительно от значения около 15°C примерно до 35°C, предпочтительно сопровождая перемешиванием для сокращения периода времени переведения в растворимую форму, которое обычно составляет примерно от значения около 1 до 60 минут. Предпочтительно выполнять переведение в растворимую форму для извлечения из источника соевого белка по существу максимально достижимого на практике количества белка с целью обеспечения общего высокого выхода продукта.
В непрерывном способе экстракцию соевого белка из источника соевого белка проводят в любом варианте, совместимом с осуществлением непрерывной экстракции соевого белка из источника соевого белка. В одном из вариантов осуществления источник соевого белка постоянно смешивают с раствором соли кальция, и смесь перекачивают по трубе или трубопроводу определенной длины и при определенной скорости потока с целью обеспечения времени пребывания, достаточного для осуществления желаемой экстракции в соответствии с параметрами, описанными в настоящем документе. При такой непрерывной процедуре стадия переведения белка в растворимую форму с использованием соли выполняется быстро, за период времени примерно до 10 минут, предпочтительно осуществлять переведение в растворимую форму для извлечения из источника соевого белка по существу максимально достижимого на практике количества белка. В непрерывной процедуре переведение в растворимую форму осуществляют при температурах от значения около 1°C примерно до 100°C, предпочтительно от значения около 15°C примерно до 65°C, более предпочтительно от значения около 15°C примерно до 35°C.
Экстракцию, как правило, проводят при уровне pH от значения около 5 примерно до 11, предпочтительно от значения около 5 примерно до 7. Уровень pH системы экстракции (источник соевого белка и раствор соли кальция) при необходимости можно доводить до любой желаемой величины в пределах диапазона от значения около 5 примерно до 11 для применения на стадии экстракции с использованием любой подходящей кислоты, обычно соляной кислоты, или щелочи, обычно гидроксида натрия, по мере необходимости.
Концентрация источника соевого белка в растворе соли кальция на стадии переведения в растворимую форму может широко варьироваться. Типичные значения концентрации составляют от значения около 5 примерно до 15% масс./об.
Раствор белка, полученный на стадии экстракции, как правило, имеет концентрацию белка от значения около 5 примерно до 50 г/л, предпочтительно от значения около 10 примерно до 50 г/л.
Стадия экстракции белка водным раствором соли заключает в себе дополнительный эффект переведения в растворимую форму жиров, которые могут быть представлены в источнике соевого белка, что приводит затем к наличию жиров, присутствующих в водной фазе.
Водный раствор соли кальция может содержать антиоксидант. Антиоксидант может быть любым подходящим антиоксидантом, таким как сульфит натрия или аскорбиновая кислота. Количество используемого антиоксиданта может изменяться от значения около 0,01 примерно до 1% масс. от массы раствора, предпочтительно составляет около 0,05% масс. Антиоксидант способствует замедлению окисления любых фенольных смол в растворе белка.
Водную фазу, полученную на стадии экстракции, затем можно отделять от оставшегося источника соевого белка любым удобным способом, как, например, с использованием декантерной центрифуги или любого подходящего сита с последующим разделением на дисковой центрифуге и/или фильтрованием для удаления оставшегося исходного материала соевого белка. Отделенный остаточный исходный белковый материал можно сушить для утилизации. В качестве альтернативы отделенный остаточный источник соевого белка можно подвергать обработке для выделения некоторого количества остаточного белка. Отделенный остаточный источник соевого белка можно подвергать повторной экстракционной обработке свежим раствором соли кальция и объединять раствор белка, полученный после осветления, с первоначальным раствором белка для дальнейшей переработки, как описано ниже. В альтернативном варианте отделенный остаточный источник соевого белка можно подвергать переработке посредством традиционной процедуры изоэлектрического осаждения или любой другой удобной операции для выделения такого остаточного белка.
Если источник соевого белка содержит значительные количества жира, как описано в патентах США №5844086 и 6005076, переуступленных патентообладателю данного документа и раскрытия которых включены в настоящий документ ссылкой, то стадии обезжиривания, описанные в них, можно осуществлять в отделенном водном растворе белка. В качестве альтернативы обезжиривания отделенного водного раствора белка можно достигать при помощи любой другой подходящей процедуры.
Водный раствор соевого белка можно подвергать обработке с использованием адсорбента, такого как порошкообразный активированный уголь или гранулированный активированный уголь, для удаления соединений, придающих цвет и/или запах. Такую обработку адсорбентом можно проводить в любых удобных условиях, как правило, при температуре среды, окружающей отделенный водный раствор белка. В случае порошкообразного активированного угля используют количество от значения около 0,025% примерно до 5% масс./об., предпочтительно от значения около 0,05% примерно до 2% масс./об. Адсорбирующее вещество можно удалять из соевого раствора любыми удобными способами, как, например, фильтрацией.
В случае требования адекватной чистоты, образовавшийся водный раствор соевого белка можно высушивать непосредственно для получения соевого белкового продукта. Для уменьшения содержания примесей водный раствор соевого белка можно подвергать переработке до высушивания.
Водный раствор соевого белка можно концентрировать для повышения в нем концентрации белка при одновременном поддержании его ионной силы практически постоянной. Такое концентрирование, как правило, осуществляют для получения концентрированного раствора соевого белка с концентрацией белка от значения около 50 примерно до 400 г/л, предпочтительно от значения около 100 примерно до 250 г/л.
Стадию концентрирования можно выполнять любым удобным способом, совместимым с периодической или непрерывной операцией, как, например, при помощи использования любой подходящей селективной мембранной технологии, такой как ультрафильтрация или диафильтрация с применением мембран, таких как половолоконные мембраны или рулонные мембраны с подходящими граничными значениями молекулярной массы, как, например, от значения около 3000 примерно до 1000000 дальтон, предпочтительно от значения около 5000 примерно до 100000 дальтон, сопряженные с разнообразными мембранными материалами и конфигурациями, а в случае непрерывной операции, согласованные по размерам для обеспечения возможности достижения желаемой степени концентрирования по мере прохождения водного раствора белка через мембраны.
Как хорошо известно, ультрафильтрация и аналогичные селективные мембранные технологии обусловливают прохождение частиц с низкой молекулярной массой через мембраны при одновременном предотвращении подобного пропускания частиц с более высокой молекулярной массой. Частицы с низкой молекулярной массой включают в себя не только ионные частицы пищевой соли, но и материалы с низкой молекулярной массой, извлеченные из исходного материала, такие как углеводы, пигменты, белки с низкой молекулярной массой и антипитательные компоненты, как, например, ингибиторы трипсина, которые сами являются белками с низкой молекулярной массой. Граничные значения молекулярной массы мембраны обычно выбирают с учетом различных мембранных материалов и конфигураций для обеспечения удерживания значительной доли белка в растворе при одновременном обусловливании пропускания загрязнителей.
Концентрированный раствор соевого белка затем можно подвергать обработке на стадии диафильтрации, до или после полного концентрирования, с использованием раствора соли кальция, такого как раствор хлорида кальция, с тем же уровнем pH и той же концентрацией соли кальция, что и раствор для экстракции. Если желательно уменьшение содержания соли в ретентате, раствор, используемый для диафильтрации, может быть водным раствором соли кальция с тем же уровнем pH, но с более низкой концентрацией соли, чем раствор для экстракции. Однако концентрация соли в растворе для диафильтраци может быть выбрана таким образом, что содержание соли в ретентате остается достаточно высоким для поддержания желаемой растворимости белка. Как упомянуто выше, раствор для диафильтрации предпочтительно характеризуется уровнем pH, равным соответствующему показателю раствора белка, подвергаемого диафильтрации. Уровень pH раствора для диафильтрации можно регулировать при помощи любой подходящей кислоты, такой как соляная кислота или фосфорная кислота, либо щелочи, такой как гидроксид натрия. Такую диафильтрацию можно осуществлять с использованием примерно от 1 до величины около 40 объемов раствора для диафильтрации, предпочтительно от величины около 2 примерно до 25 объемов раствора для диафильтрации. В ходе операции диафильтрации дополнительные количества загрязнителей удаляются из водного раствора соевого белка с пермеатом при прохождении через мембрану. Операцию диафильтрации можно выполнять до тех пор, пока в пермеате не будут присутствовать никакие значительные дополнительные количества загрязнителей или видимое окрашивание или пока ретентат не очистится в достаточной степени так, чтобы при высушивании получать соевый белковый продукт с желаемым содержанием белка, предпочтительно, изолят с содержанием белка, по меньшей мере, около 90% масс. в расчете на сухую массу. Такую диафильтрацию можно осуществлять с использованием той же мембраны, что и на стадии концентрирования. Однако при желании стадию диафильтрации можно выполнять с использованием отдельной мембраны с отличающимися граничными значениями молекулярной массы, такой как мембрана с граничными значениями молекулярной массы в диапазоне от значения около 3000 примерно до 1000000 дальтон, предпочтительно от значения около 5000 примерно до 100000 дальтон, сопряженная с различными мембранными материалами и конфигурацией.
Стадию концентрирования и стадию диафильтрации можно осуществлять в соответствии с настоящим документом таким образом, что соевый белковый продукт, впоследствии выделяемый посредством высушивания концентрированного и подвергнутого диафильтрации ретентата, содержит примерно меньше 90% масс. белка (N×6,25) с.м., как, например, по меньшей мере, около 60% масс. белка (N×6,25) с.м. Частичным концентрированием и/или частичным диафильтрованием водного раствора соевого белка можно лишь отчасти удалять загрязнители. Затем указанный раствор белка можно высушивать для получения соевого белкового продукта пониженных степеней чистоты. Соевый белковый продукт по-прежнему пригоден для получения прозрачных растворов белка в кислой среде.
Антиоксидант может присутствовать в диафильтрационной среде, по меньшей мере, в продолжение части стадии диафильтраци. Антиоксидант может быть любым подходящим антиоксидантом, таким как сульфит натрия или аскорбиновая кислота. Количество антиоксиданта, используемого в диафильтрационной среде, зависит от применяемых материалов и может варьироваться от величины около 0,01 примерно до 1% масс., предпочтительно около 0,05% масс. Антиоксидант способствует замедлению окисления любых фенольных смол, присутствующих в концентрированном растворе соевого белка.
Стадию концентрирования и стадию диафильтрации можно осуществлять при любой удобной температуре, как правило, от значения около 2° примерно до 65°C, предпочтительно от значения около 20° примерно до 35°C и в течение периода времени, достаточного для достижения желаемой степени концентрирования и диафильтрации. Температура и другие условия, используемые для достижения определенной степени, зависят от мембранного устройства, применяемого для осуществления обработки с использованием мембраны, желаемой концентрации белка в растворе и эффективности удаления загрязнителей в пермеат.
В сое имеются два основных ингибитора трипсина, а именно ингибитор Кунитца, который представляет собой термолабильную молекулу с молекулярной массой приблизительно 21000 дальтон, и ингибитор Баумана-Бирка, термически более стабильная молекула с молекулярной массой около 8000 дальтон. Уровень активности ингибиторов трипсина в конечном соевом белковом продукте можно контролировать при помощи регулирования различных параметров процесса.
Например, стадии концентрирования и/или диафильтрации можно осуществлять способом, подходящим для удаления в составе пермеата ингибиторов трипсина наряду с другими загрязнителями. Удаление ингибиторов трипсина активируют при помощи применения мембраны с более крупным размером пор, как, например, имеющей граничные значения молекулярной массы от величины около 30000 примерно до 1000000 дальтон, посредством функционирования мембраны при повышенных температурах, как, например, от величины около 30°C примерно до 65°C, и использования более значительных объемов диафильтрационной среды, как, например, от величины около 10 примерно до 40 объемов.
Кроме того, снижения активности ингибиторов трипсина можно достигать при воздействии на соевые материалы восстановителей, которые разрывают или перестраивают дисульфидные связи ингибиторов. Подходящие восстановители включают в себя сульфит натрия, цистеин и N-ацетилцистеин.
Добавление таких восстановителей можно осуществлять на различных стадиях процесса в целом. Восстановитель можно добавлять вместе с исходным материалом соевого белка на стадии экстракции, можно добавлять к осветленному водному раствору соевого белка после удаления остаточного исходного материала соевого белка, можно добавлять к концентрированному раствору белка до или после диафильтрации или можно составлять сухую смесь с высушенным соевым белковым продуктом. Добавление восстановителя можно сочетать со стадиями мембранной обработки, описанной выше.
Если желательно удерживать активные ингибиторы трипсина в концентрированном растворе белка, этого можно достигать использованием мембраны для концентрирования и диафильтрации с меньшим размером пор, функционированием мембраны при более низких температурах, использованием меньших объемов диафильтрационной среды и отказом от применения восстановителя.
При необходимости концентрированный и, при необходимости, подвергнутый диафильтрации раствор белка можно подвергать дополнительной операции обезжиривания, как описано в патентах США №5844086 и 6005076. В качестве альтернативы обезжиривания концентрированного и, при необходимости, подвергнутого диафильтрации раствора белка можно достигать при помощи любой другой удобной процедуры.
Концентрированный и, при необходимости, подвергнутый диафильтрации водный раствор белка можно обрабатывать с помощью адсорбента, такого как порошкообразный активированный уголь или гранулированный активированный уголь, для удаления соединений, придающих цвет и/или запах. Такую обработку с использованием адсорбента можно проводить в любых подходящих условиях, как правило, при температуре среды, окружающей концентрированный водный раствор белка. В случае порошкообразного активированного угля используют количество от величины около 0,025% примерно до 5% масс./об., предпочтительно от величины около 0,05% примерно до 2% масс./об. Адсорбент можно удалять из раствора соевого белка любыми удобными способами, как, например, фильтрацией.
Концентрированный и, при необходимости, подвергнутый диафильтрации раствор соевого белка, полученный в результате осуществления при необходимости стадии обезжиривания и при необходимости стадии обработки с использованием адсорбента, можно подвергать обработке на стадии пастеризации для снижения микробной нагрузки. Такую пастеризацию можно выполнять в любых желаемых условиях пастеризации. В большинстве случаев концентрированный и, при необходимости, подвергнутый диафильтрации раствор соевого белка нагревают до температуры от значения около 55° примерно до 70°C, предпочтительно от значения около 60° примерно до 65°C, в течение периода примерно от 30 секунд до периода около 60 минут, предпочтительно от периода около 10 примерно до 15 минут. Затем пастеризованный концентрированный раствор соевого белка можно охлаждать, предпочтительно, до температуры от значения около 15° примерно до 35°C для высушивания или дальнейшей переработки.
В соответствии с вышеупомянутой совместно рассматриваемой заявкой на патент США №12/704078 концентрированный и, при необходимости, подвергнутый диафильтрации прозрачный водный раствор соевого белка можно высушивать любым удобным способом, таким как распылительная сушка или сушка вымораживанием для получения соевого белкового продукта. В качестве альтернативы концентрированный и, при необходимости, подвергнутый диафильтрации раствор соевого белка можно доводить по уровню pH до величины примерно от 2,0 до значения около 4,0. Регулирование уровня pH можно осуществлять любым удобным способом, как, например, посредством добавления соляной или фосфорной кислоты. Затем полученный подкисленный раствор соевого белка высушивают. Как дополнительный вариант, раствор соевого белка с установленным уровнем pH можно подвергать тепловой обработке для инактивирования термолабильных антипитательных компонентов, таких как ингибиторы трипсина, упомянутые выше. Такая стадия нагревания также обеспечивает получение дополнительного положительного результата снижения микробной нагрузки. Как правило, раствор белка нагревают до температуры примерно от 70° до значения около 160°C, в течение периода примерно от 10 секунд до значения около 60 минут, предпочтительно до температуры примерно от 80° до значения около 120°C, в течение периода примерно от 10 секунд до значения около 5 минут, более предпочтительно до температуры примерно от 85° до значения около 95°C, в течение периода примерно от 30 секунд до значения около 5 минут. После этого подвергнутый тепловой обработке подкисленный раствор соевого белка можно охлаждать до температуры примерно от 2°C до значения около 65°C, предпочтительно примерно от 20° до значения около 35°C. Затем полученный подкисленный, подвергнутый тепловой обработке раствор соевого белка высушивают.
В соответствии с рассматриваемой совместно заявкой на патент США №12/703996, концентрированный раствор белка, полученный в результате осуществления стадии концентрирования и при необходимости стадии диафильтрации, при необходимости стадии обезжиривания, при необходимости стадии обработки с использованием адсорбента и при необходимости стадии пастеризации, разбавляют для осуществления образования осадка при смешивании концентрированного раствора белка с водой, обладающей объемом, необходимым для достижения степени желаемого разбавления. Если осажденный белок подлежит отделению от остаточной водной фазы, называемой надосадочной жидкостью, степень разбавления, как правило, составляет примерно от 5-кратной примерно до 25-кратной, предпочтительно примерно от 10-кратной примерно до 20-кратной. Вода, с которой смешивают концентрированный раствор белка, предпочтительно имеет температуру от значения около 1° примерно до 65°C, предпочтительно от значения около 15° примерно до 35°C.
При работе в периодическом режиме порцию концентрированного раствора белка добавляют к статической массе воды желаемого объема, как обсуждалось выше. Разбавление концентрированного раствора белка и обусловленное этим уменьшение ионной силы вызывает образование осадка белка. При выполнении периодической процедуры осадку белка дают отстаиваться в массе воды. Отстаиванию можно содействовать, например, при помощи центрифугирования. Такое стимулированное отстаивание приводит к снижению содержания влаги и окклюдированной соли в осажденном белке.
В качестве альтернативы операцию разбавления можно выполнять непрерывно посредством постоянного пропускания концентрированного раствора белка в один из входных каналов Т-образной трубы при одновременной подаче разбавляющей воды в другой входной канал Т-образной трубы, обеспечивая возможность смешивания в трубе. Разбавляющую воду подают в Т-образную трубу со скоростью, достаточной для достижения желаемой степени разбавления концентрированного раствора белка.
Смешивание концентрированного раствора белка и разбавляющей воды в трубе инициирует образование осадка белка, и смесь непрерывно подают из выпускного канала Т-образной трубы в отстойник, из которого, при заполнении, надосадочной жидкости дают переливаться. Смесь предпочтительно подают в массу жидкости, находящуюся в отстойнике, способом, который обусловливает сведение к минимуму турбулентности внутри массы жидкости.
В непрерывной процедуре осадку белка позволяют отстаиваться в отстойнике, и процедуру продолжают до тех пор, пока желаемое количество осадка не накапливается на дне отстойника, после чего накопленный осадок удаляют из отстойника. В месте отстаивания под действием седиментации осадок можно непрерывно отделять центрифугированием.
В отличие от периодического способа, при использовании непрерывного способа выделения осадка соевого белка изначальную стадию экстракции белка можно значительно сократить во времени для достижения той же степени экстракции белка. В дополнение к этому, при непрерывной операции существует меньшая вероятность загрязнения, чем в периодической процедуре, что приводит к достижению более высокого качества продукта, и способ можно осуществлять в более компактном оборудовании.
Отстоявшийся осадок отделяют от остаточной водной фазы или надосадочной жидкости, например, декантацией остаточной водной фазы с осевшей массы или центрифугированием. Осадок можно промывать для удаления остаточной надосадочной жидкости, как, например, с использованием от величины около 1 примерно до 10, предпочтительно от величины около 2 примерно до 3 объемов воды, а затем осадок извлекают снова, как указано выше. При необходимости, промытый осадок можно использовать во влажном виде или можно высушивать до сухого состояния любым удобным способом, таким как распылительная сушка или сушка вымораживанием. Сухой осадок имеет высокое содержание белка, свыше примерно 60% масс. белка, предпочтительно, по меньшей мере, около 90% масс. белка (N×6,25), а более предпочтительно, по меньшей мере, около 100% масс. (N×6,25). Сухой осадок характеризуется низким содержанием фитиновой кислоты, как правило, меньше примерно 1,5% масс.
Как упомянуто выше, отстоявшийся осадок белка, образовавшийся на стадии разбавления, можно высушивать непосредственно для получения белкового продукта. В качестве альтернативы влажный осадок белка можно повторно суспендировать в воде, например, в количестве примерно от 2 до величины около 3 объемов и вновь переводить в растворимую форму при помощи доведения уровня pH образца до величины примерно от 1,5 до величины около 4,4, предпочтительно примерно от 2,0 до величины около 4,0 с использованием любой подходящей кислоты, такой как соляная или фосфорная кислота. Затем прозрачный раствор белка можно высушивать до сухого состояния любым удобным способом, как, например, распылительная сушка или сушка вымораживанием. Сухой белковый продукт имеет содержание белка свыше примерно 60% масс. белка, предпочтительно, по меньшей мере, около 90% масс. белка, более предпочтительно, по меньшей мере, около 100% масс. белка (N×6,25).
В качестве дополнительного альтернативного варианта прозрачный, подкисленный раствор соевого белка, повторно переведенного в растворимую форму, можно подвергать тепловой обработке для инактивирования любых оставшихся термолабильных антипитательных компонентов. Такая стадия нагревания также обеспечивает получение дополнительного положительного результата снижения микробной нагрузки. Как правило, раствор белка нагревают до температуры примерно от 70° до значения около 160°C, в течение периода примерно от 10 секунд до периода около 60 минут, предпочтительно до температуры примерно от 80° до значения около 120°C в течение периода примерно от 10 секунд до периода около 5 минут, более предпочтительно до температуры примерно от 85° до значения около 95°С, в течение периода примерно от 30 секунд до периода около 5 минут. Затем подвергнутый тепловой обработке, подкисленный раствор соевого белка можно охлаждать до температуры примерно от 2° до значения около 65°C, предпочтительно примерно от 20° до значения около 35°C для дальнейшей переработки, как описано ниже.
Подкисленный и, при необходимости, подвергнутый тепловой обработке прозрачный раствор можно концентрировать для повышения в нем концентрации белка. Такое концентрированно осуществляют с применением любой подходящей селективной мембранной технологии, такой как ультрафильтрация или диафильтрация, в которой используют мембраны с соответствующими граничными значениями молекулярной массы, позволяющие частицам с низкой молекулярной массой, включая соль, углеводы, пигменты, ингибиторы трипсина и другие материалы с низкой молекулярной массой, экстрагированные из исходного белкового материала, проходить через мембрану при одновременном удерживании значительной доли соевого белка в растворе. Можно использовать мембраны для ультрафильтрации с граничными значениями молекулярной массы от величины около 3000 примерно до 1000000 дальтон, предпочтительно от величины около 5000 примерно до 100000 дальтон, сопряженные с разнообразными мембранными материалами и конфигурацией. Концентрирование раствора белка таким способом также уменьшает объем жидкости, подлежащей высушиванию для выделения белка. Раствор белка, как правило, концентрируют до достижения концентрации белка от значения около 50 г/л примерно до 300 г/л, предпочтительно от значения около 100 примерно до 200 г/л, перед высушиванием. Такую операцию концентрирования можно проводить в периодическом или непрерывном режиме, как описано выше.
Раствор соевого белка можно подвергать обработке на стадии диафильтрации с использованием воды до или после завершенного концентрирования. Вода может характеризоваться своим естественным уровнем pH или уровнем pH, равным соответствующему показателю раствора белка, подвергаемого диафильтрации, или любым значением pH в промежутке между ними. Такую диафильтрацию можно осуществлять с использованием примерно от 1 до величины около 40 объемов диафильтрационного раствора, предпочтительно примерно от 2 до величины около 25 объемов диафильтрационного раствора. В ходе операции диафильтрации дополнительные количества загрязнителей удаляются из прозрачного водного раствора соевого белка с пермеатом при прохождении через мембрану. Операцию диафильтрации можно осуществлять до тех пор, пока никакие значительные дополнительные количества загрязнителей или никакое видимое окрашивание не будут иметься в пермеате или пока ретентат не будет достаточно очищен так, чтобы при высушивании получать соевый белковый продукт с желаемым содержанием белка, предпочтительно, изолят с содержанием белка, по меньшей мере, около 90% масс. (N×6,25) с.м. Такую диафильтрацию можно выполнять с использованием той же мембраны, что и на стадии концентрирования. Однако, при желании, стадию диафильтрации можно осуществлять с применением отдельной мембраны с отличающимися граничными значениями молекулярной массы, как, например, мембраны с граничными значениями молекулярной массы в диапазоне от значения около 3000 примерно до 1000000 дальтон, предпочтительно от значения около 5000 примерно до 100000 дальтон, сопряженной с различными мембранными материалами и конфигурацией.
Согласно настоящему документу стадию концентрирования и стадию диафильтрации можно осуществлять таким образом, что соевый белковый продукт, впоследствии извлекаемый высушиванием концентрированного и подвергнутого диафильтрации ретентата, содержит меньше примерно 90% масс. белка (N×6,25) с.м., как например, по меньшей мере, около 60% масс. белка (N×6,25) с.м. Посредством частичного концентрирования и/или частичного диафильтрования водного раствора соевого белка, можно лишь отчасти удалять загрязнители. Затем данный раствор белка можно высушивать для получения соевого белкового продукта пониженных степеней чистоты. Соевый белковый продукт по-прежнему пригоден для получения прозрачных растворов белка в условиях кислой среды.
Антиоксидант может присутствовать в диафильтрационной среде в продолжение, по меньшей мере, части стадии диафильтрации. Антиоксидант может быть любым подходящим антиоксидантом, таким как сульфит натрия или аскорбиновая кислота. Количество антиоксиданта, используемого в диафильтрационной среде, зависит от применяемых материалов и может варьироваться от величины около 0,01 примерно до 1% масс., предпочтительно около 0,05% масс. Антиоксидант способствует замедлению окисления любых фенольных смол, присутствующих в концентрированном растворе соевого белка.
Необязательную стадию концентрирования и необязательную стадию диафильтрации можно выполнять при любой удобной температуре, как правило, от значения около 2° примерно до 65°C, предпочтительно от значения около 20° примерно до 35°C и в течение периода времени, достаточного для достижения желаемой степени концентрирования и диафильтрации. Температура и другие условия, используемые для достижения определенной степени, зависят от мембранного устройства, применяемого для осуществления обработки при помощи мембраны, желаемой концентрации белка в растворе и эффективности удаления загрязнителей в пермеат.
Как упомянуто выше, уровень активности ингибитора трипсина в конечном соевом белковом продукте можно контролировать при помощи регулирования различных параметров процесса.
Как отмечено ранее, тепловую обработку подкисленного водного раствора соевого белка можно использовать для инактивирования термолабильных ингибиторов трипсина. Частично или полностью концентрированный подкисленный раствор соевого белка также может быть подвергнут тепловой обработке для инактивирования термолабильных ингибиторов трипсина.
В дополнение к этому, стадии концентрирования и/или диафильтрации можно выполнять способом, благоприятным для удаления ингибиторов трипсина в пермеат наряду с другими загрязнителями. Удаление ингибиторов трипсина активируют при помощи применения мембраны с более крупным размером пор, как, например, имеющей граничные значения молекулярной массы от величины около 30000 примерно до 1000000 дальтон, посредством функционирования мембраны при повышенных температурах, как, например, от величины около 30°C примерно до 65°C, и использования более значительных объемов диафильтрационной среды, как, например, от величины около 10 примерно до 40 объемов.
Подкисление и обработка раствора белка с использованием мембраны при более низком уровне pH (от 1,5 до 3) может снижать активность ингибитора трипсина относительно его активности в случае обработки раствора при более высоком уровне pH (от 3 до 4,4). Если раствор белка концентрируют и подвергают диафильтрации на нижней границе диапазона pH, может быть желаемым повышение уровня pH ретентата до высушивания. Уровень pH концентрированного и подвергнутого диафильтрации раствора белка можно повышать до желаемой величины, например pH 3, добавлением любой подходящей пищевой щелочи, такой как гидроксид натрия.
Кроме того, снижения активности ингибиторов трипсина можно достигать при воздействии на соевые материалы восстановителей, которые разрывают или перестраивают дисульфидные связи ингибиторов. Подходящие восстановители включают в себя сульфит натрия, цистеин и N-ацетилцистеин.
Добавление таких восстановителей можно осуществлять на различных стадиях процесса в целом. Восстановитель можно добавлять к влажному осадку белка, полученному на стадии разбавления, можно добавлять к раствору белка, образовавшемуся в результате подкисления и переведения осадка в растворимую форму, можно добавлять к концентрированному раствору до или после диафильтрации или можно составлять сухую смесь с высушенным соевым белковым продуктом. Добавление восстановителя можно сочетать со стадией тепловой обработки и стадиями мембранной обработки, как описано выше.
Если желательно удерживать активные ингибиторы трипсина в концентрированном растворе белка, этого можно достигать исключением или уменьшением интенсивности стадии тепловой обработки, отказом от использования восстановителей, осуществлением стадии концентрирования и диафильтрации на верхней границе диапазона pH (от 3 до 4,4), применением для концентрирования и диафильтрации мембраны с меньшим размером пор, посредством функционирования мембраны при более низких температурах и использования меньших объемов диафильтрационной среды.
Подкисленный, при необходимости, концентрированный и, при необходимости, подвергнутый диафильтрации прозрачный водный раствор белка можно подвергать обработке с использованием адсорбента, такого как порошкообразный активированный уголь или гранулированный активированный уголь, для удаления соединений, придающих цвет и/или запах. Такую обработку адсорбентом можно проводить в любых удобных условиях, как правило, при температуре среды, окружающей раствор белка. В случае порошкообразного активированного угля используют количество от значения около 0,025% примерно до 5% масс./об., предпочтительно от значения около 0,05% примерно до 2% масс./об. Адсорбент можно удалять из раствора соевого белка любыми удобными способами, как, например, фильтрацией.
Затем подкисленный, при необходимости, концентрированный и, при необходимости, подвергнутый диафильтрации прозрачный водный раствор соевого белка можно высушивать любым удобным способом, таким как распылительная сушка или сушка вымораживанием. Сухой соевый белковый продукт имеет содержание белка, по меньшей мере, около 60% масс. (N×6,25) с.м., предпочтительно свыше примерно 90% масс. (N×6,25) с.м., более предпочтительно по меньшей мере, около 100% масс. (N×6,25) с.м. Соевый белковый продукт характеризуется низким содержанием фитиновой кислоты, как правило, меньше примерно 1,5% масс.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения белок, осажденный в воде после разбавления можно перерабатывать вместе с надосадочной жидкостью. В таком случае степень разбавления составляет, как правило, примерно от 1-кратной примерно до 25-кратной, предпочтительно примерно от 3-кратной примерно до 12-кратной. Вода, с которой смешивают концентрированный раствор белка, имеет температуру от значения около 1° примерно до 60°C, предпочтительно от значения около 15°C примерно до 35°C.
Воду, использованную для разбавления и содержащую отложившийся осадок белка, доводят до уровня pH примерно от 1,5 до значения около 4,4, предпочтительно примерно от 2,0 до значения около 4,0 с использованием любой подходящей кислоты, такой как соляная или фосфорная кислота. Понижение уровня pH обусловливает повторное переведение в растворимую форму белка, осажденного при разбавлении, обеспечивая получение прозрачного, подкисленного раствора белка. Раствор белка можно использовать в мокром состоянии или можно высушивать до сухого состояния любым удобным способом, таким как распылительная сушка или сушка вымораживанием.
В качестве дополнительного альтернативного варианта раствор белка, образовавшийся при подкислении смеси осадка белка и надосадочной жидкости, можно перерабатывать с использованием тех же стадий, что и описанные выше в случае отделенного осадка, повторно переведенного в растворимую форму при подкислении.
При необходимости концентрированный, при необходимости подвергнутый диафильтрации, при необходимости подвергнутый тепловой обработке, при необходимости обработанный с использованием адсорбента прозрачный водный раствор соевого белка затем можно высушивать любым удобным способом, таким как распылительная сушка или сушка вымораживанием. Сухой соевый белковый продукт имеет содержание белка свыше примерно 60% масс. белка, предпочтительно, по меньшей мере, около 90% масс., более предпочтительно около 100% масс. (N×6,25) с.м.
Начальная стадия способа получения соевого белкового продукта согласно процедуре, описанной в совместно рассматриваемой заявке на патент США №12/693714, также включает в себя переведение соевого белка в растворимую форму из источника соевого белка. Источник соевого белка, как и прежде, может представлять собой соевые бобы или любой соевый продукт или побочный продукт, полученный в результате переработки соевых бобов, включая соевый шрот, соевые хлопья, соевую крупку и соевую муку, но не ограничиваясь ими. Источник соевого белка можно использовать в полножирной форме, частично обезжиренной форме или полностью обезжиренной форме. Если источник соевого белка содержит заметное количество жира, в ходе осуществления способа, как правило, требуется стадия удаления масла. Соевый белок, выделенный из источника соевого белка, может быть натуральным белком соевого боба или белковый материал может представлять собой белок, модифицированный с помощью генетического воздействия, но обладающий характерными гидрофобными и полярными свойствами натурального белка.
Переведение белка в растворимую форму можно осуществлять с использованием раствора пищевой соли натрия, такого как раствор пищевого хлорида натрия. Если соевый белковый продукт предназначен для непищевых вариантов использования, можно применять непищевые химические вещества. Также можно использовать и другие соли одновалентных металлов, такие как хлорид калия. По мере повышения концентрации раствора соли кальция степень переведения белка в растворимую форму из источника соевого белка первоначально возрастает до достижения максимальной величины. Любое последующее повышение концентрации соли не приводит к увеличению общего количества белка, переведенного в растворимую форму. Концентрация раствора соли, которая обусловливает максимальное переведение белка в растворимую форму, изменяется в зависимости от соответствующей соли. На выбор концентрации раствора натриевой соли также оказывает влияние доля белка, которую желают получать по мицеллярному маршруту. Более высокие концентрации соли, предпочтительно от значения около 0,5 М примерно до 1,0 М, как правило, приводят к получению большей мицеллярной массы белка после разбавления концентрированного раствора соевого белка холодной водой. Экстракцию можно проводить с использованием раствора хлорида натрия более высокой концентрации, или в качестве альтернативы экстракцию можно осуществлять при использовании раствора хлорида натрия с концентрацией менее 0,5 М, например с концентрацией 0,10 М или 0,15 М хлорида натрия, а затем к раствору соевого белка добавлять дополнительную соль после удаления источника соевого белка.
В периодическом способе переведение белка в растворимую форму при помощи соли осуществляют при температуре от значения около 1°C примерно до 100°C, предпочтительно от значения около 15°C примерно до 35°C, предпочтительно сопровождают перемешиванием для сокращения периода времени переведения в растворимую форму, который обычно составляет примерно от 1 до периода около 60 минут. Предпочтительно выполнять переведение в растворимую форму для извлечения из источника соевого белка по существу максимально достижимого на практике количества белка с целью получения общего высокого выхода продукта.
В непрерывном способе экстракцию белка из источника соевого белка проводят в любом варианте, совместимом с осуществлением непрерывной экстракции белка из источника соевого белка. В одном из вариантов осуществления источник соевого белка непрерывно смешивают с раствором пищевой соли и смесь перекачивают по трубе или трубопроводу определенной длины и при определенной скорости потока с целью обеспечения времени пребывания, достаточного для осуществления желаемой экстракции в соответствии с параметрами, описанными в настоящем документе. В ходе такой непрерывной процедуры стадия переведения в растворимую форму при помощи соли выполняется быстро, в течение периода времени примерно до 10 минут, предпочтительно осуществлять переведение в растворимую форму для извлечения из источника соевого белка по существу максимально достижимого на практике количества белка. Переведение в растворимую форму в непрерывной процедуре осуществляют при температурах от значения около 1°C примерно до 100°C, предпочтительно от значения около 15°C примерно до 35°C.
Экстракцию можно проводить при естественном уровне pH системы источника соевого белка/солевой раствор, как правило, от значения около 5 примерно до 7. В качестве альтернативы уровень pH экстракции можно доводить до любой желаемой величины в пределах диапазона от значения около 5 примерно до 7 для применения на стадии экстракции посредством использования любой подходящей кислоты, обычно соляной кислоты, или щелочи, обычно гидроксида натрия, по мере необходимости.
Концентрация источника соевого белка в растворе пищевой соли в продолжение стадии переведения в растворимую форму может широко варьироваться. Типичные значения концентрации составляют от величины около 5 примерно до 15% масс./об.
Стадия экстракции белка водным раствором соли заключает в себе дополнительный эффект переведения в растворимую форму жиров, которые могут быть представлены в источнике соевого белка, что приводит затем к наличию жиров, присутствующих в водной фазе.
Раствор белка, полученный на стадии экстракции, обычно имеет концентрацию белка от значения около 5 примерно до 50 г/л, предпочтительно от значения около 10 примерно до 50 г/л.
Водный раствор соли может содержать антиоксидант. Антиоксидант может быть любым подходящим антиоксидантом, таким как сульфит натрия или аскорбиновая кислота. Количество используемого антиоксиданта может варьироваться от величины около 0,01 примерно до 1% масс. раствора, предпочтительно около 0,05% масс. Антиоксидант способствует замедлению окисления любых фенольных смол в растворе белка.
Водную фазу, полученную на стадии экстракции, затем можно отделять от остаточного источника соевого белка любым удобным способом, как, например, с использованием декантерной центрифуги или любого подходящего сита с последующим разделением на дисковой центрифуге и/или фильтрованием, для удаления оставшегося исходного материала соевого белка. Отделенный остаточный источник соевого белка можно сушить для утилизации. В качестве альтернативы отделенный остаточный источник соевого белка можно подвергать обработке для выделения некоторого количества остаточного белка. Отделенный остаточный источник соевого белка можно подвергать повторной экстракционной обработке свежим раствором соли натрия и объединять раствор белка, полученный после осветления, с первоначальным раствором белка для дальнейшей переработки, как описано ниже. В альтернативном варианте отделенный остаточный источник соевого белка можно подвергать переработке посредством традиционной процедуры изоэлектрического осаждения или любой другой удобной операции для выделения такого остаточного белка.
Если источник соевого белка содержит значительные количества жира, как описано в патентах США №5844086 и 6005076, переуступленных патентообладателю данного документа и раскрытия которых включены в настоящий документ ссылкой, то стадии обезжиривания, описанные в них, можно осуществлять в отделенном водном растворе белка. В качестве альтернативы обезжиривания отделенного водного раствора белка можно достигать при помощи любой другой подходящей процедуры.
Водный раствор соевого белка можно подвергать обработке с использованием адсорбента, такого как порошкообразный активированный уголь или гранулированный активированный уголь, для удаления соединений, придающих цвет и/или запах. Такую обработку адсорбентом можно проводить в любых удобных условиях, как правило, при температуре среды, окружающей отделенный водный раствор белка. В случае порошкообразного активированного угля используют количество от значения около 0,025% примерно до 5% масс./об., предпочтительно от значения около 0,05% примерно до 2% масс./об. Адсорбирующее вещество можно удалять из раствора соевого белка любыми удобными способами, как, например, фильтрацией.
В качестве альтернативы экстракционной обработке источника соевого белка водным раствором соли, такую экстракцию можно осуществлять с использованием одной воды. Так, при использовании подобного альтернативного варианта соль в концентрациях, обсужденных выше, можно добавлять к раствору белка после отделения от остаточного источника соевого белка. При проведении вначале стадии удаления жира соль добавляют, как правило, после завершения таких операций.
Другая альтернативная процедура заключается в экстракционной обработке источника соевого белка раствором пищевой соли при относительно высоком значении уровня pH, выше примерно 7, как правило, примерно до 11. Уровень pH экстракционной системы можно доводить до желаемой величины, соответствующей щелочной среде, посредством использования любой подходящей пищевой щелочи, такой как водный раствор гидроксида натрия. В качестве альтернативы источник соевого белка можно подвергать экстракционной обработке раствором соли при относительно низком уровне pH, ниже примерно pH 5, как правило, в сторону понижения примерно до pH 3. Уровень pH экстракционной системы можно доводить до желаемой величины, соответствующей кислой среде, посредством использования любой подходящей пищевой кислоты, такой как соляная или фосфорная кислота. При использовании подобного альтернативного варианта водную фазу, полученную на стадии экстракционной обработки источника соевого белка, затем отделяют от оставшегося источника соевого белка любым удобным способом, как, например, с использованием декантерной центрифуги с последующим разделением на дисковой центрифуге и/или фильтрованием, для удаления оставшегося источника соевого белка. Отделенный остаточный источник соевого белка можно сушить для утилизации или подвергать дополнительной обработке для выделения остаточного белка, как обсуждалось выше.
Затем водный раствор соевого белка, полученный на стадии экстракции при высоком или низком уровне pH, доводят по уровню pH до диапазона от значения около 5 примерно до 7, как обсуждалось выше, перед дополнительной обработкой, обсуждаемой ниже. Такое регулирование уровня pH можно осуществлять с использованием любой подходящей кислоты, такой как соляная кислота, или щелочи, такой как гидроксид натрия, соответственно. При необходимости раствор белка можно осветлять при помощи любой удобной процедуры, такой как центрифугирование или фильтрация после регулирования уровня pH и перед дальнейшей переработкой.
Водный раствор соевого белка можно концентрировать для повышения в нем концентрации белка при одновременном поддержании его ионной силы практически постоянной. Такое концентрирование осуществляют, как правило, для получения концентрированного раствора белка с концентрацией белка от величины около 50 г/л примерно до 400 г/л, предпочтительно от величины около 100 примерно до 2 0 г/л.
Стадию концентрирования можно выполнять любым удобным способом, совместимым с периодической или непрерывной операцией, как, например, при помощи использования любой подходящей селективной мембранной технологии, такой как ультрафильтрация или диафильтрация, с применением мембран, таких как половолоконные мембраны или рулонные мембраны с подходящими граничными значениями молекулярной массы, как, например, от значения около 3000 примерно до 1000000 дальтон, предпочтительно от значения около 5000 примерно до 100000 дальтон, сопряженные с разнообразными мембранными материалами и конфигурациями, а в случае непрерывной операции согласованные по размерам для обеспечения возможности достижения желаемой степени концентрирования по мере прохождения водного раствора белка через мембраны.
Как хорошо известно, ультрафильтрация и аналогичные селективные мембранные технологии обусловливают прохождение частиц с низкой молекулярной массой через мембрану при одновременном предотвращении подобного пропускания частиц с более высокой молекулярной массой. Частицы с низкой молекулярной массой включают в себя не только ионные частицы пищевой соли, но и материалы с низкой молекулярной массой, извлеченные из исходного материала, такие как углеводы, пигменты, белки с низкой молекулярной массой и антипитательные компоненты, как, например, ингибиторы трипсина, которые сами являются белками с низкой молекулярной массой. Граничные значения молекулярной массы мембраны обычно выбирают в сопряжении с различными мембранными материалами и конфигурациями для обеспечения удерживания значительной доли белка в растворе при одновременном обусловливании пропускания загрязнителей.
Раствор белка можно подвергать обработке на стадии диафильтрации, до или после полного концентрирования, предпочтительно с использованием водного раствора соли той же молярности и с тем же уровнем pH, что и раствор для экстракции. Диафильтрацию можно осуществлять с использованием от количества около 1 примерно до 40 объемов раствора для диафильтрации, предпочтительно от количества около 2 примерно до 25 объемов раствора для диафильтрации. В ходе операции диафильтрации дополнительные количества загрязнителей удаляются из водного раствора белка с пермеатом при прохождении через мембрану. Операцию диафильтрации можно выполнять до тех пор, пока в пермеате не будут присутствовать никакие значительные дополнительные количества загрязнителей или видимое окрашивание. Такую диафильтрацию можно осуществлять с использованием той же мембраны, что и на стадии концентрирования. Однако, при желании, стадию диафильтрации можно выполнять с использованием отдельной мембраны с отличающимися граничными значениями молекулярной массы, такой как мембрана с граничными значениями молекулярной массы в диапазоне от значения около 3000 примерно до 1000000 дальтон, предпочтительно от значения около 5000 примерно до 100000 дальтон, сопряженная с различными мембранными материалами и конфигурацией.
Антиоксидант может присутствовать в диафильтрационной среде, по меньшей мере, в продолжение части стадии диафильтраци. Антиоксидант может быть любым подходящим антиоксидантом, таким как сульфит натрия или аскорбиновая кислота. Количество антиоксиданта, используемого в диафильтрационной среде, зависит от применяемых материалов и может варьироваться от величины около 0,01 примерно до 1% масс., предпочтительно около 0,05% масс. Антиоксидант способствует замедлению окисления любых фенольных смол, присутствующих в концентрированном растворе соевого белка.
Стадию концентрирования и необязательную стадию диафильтрации можно осуществлять при любой удобной температуре, как правило, от значения около 2° примерно до 65°C, предпочтительно от значения около 20° примерно до 35°C и в течение периода времени, достаточного для достижения желаемой степени концентрирования и диафильтрации. Температура и другие условия, используемые для достижения определенной степени, зависят от мембранного устройства, применяемого для осуществления мембранной обработки, желаемой концентрации белка в растворе и эффективности удаления загрязнителей в пермеат.
В сое имеются два основных ингибитора трипсина, а именно ингибитор Кунитца, который представляет собой термолабильную молекулу с молекулярной массой приблизительно 21000 дальтон, и ингибитор Баумана-Бирка, термически более стабильная молекула с молекулярной массой около 8000 дальтон. Уровень активности ингибиторов трипсина в конечном изоляте соевого белка можно контролировать при помощи регулирования различных параметров процесса.
Например, стадии концентрирования и/или диафильтрации можно осуществлять способом, благоприятным для удаления в пермеат ингибиторов трипсина наряду с другими загрязнителями. Удаление ингибиторов трипсина активируют при помощи применения мембраны с более крупным размером пор, как, например, имеющей граничные значения молекулярной массы от величины около 30000 примерно до 1000000 дальтон, посредством функционирования мембраны при повышенных температурах, как, например, от величины около 30°C примерно до 65°C, и использования более значительных объемов диафильтрационной среды, как, например, от величины около 10 примерно до 40 объемов.
Кроме того, снижения активности ингибиторов трипсина можно достигать при воздействии на соевые материалы восстановителей, которые разрывают или перестраивают дисульфидные связи ингибиторов. Подходящие восстановители включают в себя сульфит натрия, цистеин и N-ацетилцистеин.
Добавление таких восстановителей можно осуществлять на различных стадиях процесса в целом. Восстановитель можно добавлять вместе с исходным материалом соевого белка на стадии экстракции, можно добавлять к осветленному водному раствору соевого белка после удаления остаточного исходного материала соевого белка, можно добавлять к концентрированному раствору белка до или после диафильтрации или можно составлять сухую смесь с высушенным соевым белковым продуктом. Добавление восстановителя можно сочетать со стадиями мембранной обработки, как описано выше.
Если желательно удерживать активные ингибиторы трипсина в концентрированном растворе белка, этого можно достигать использованием мембраны для концентрирования и диафильтрации с меньшим размером пор, функционированием мембраны при более низких температурах, использованием меньших объемов диафильтрационной среды и отказом от применения восстановителя.
При необходимости концентрированный и, при необходимости, подвергнутый диафильтрации раствор белка можно подвергать дополнительной операции обезжиривания, как описано в патентах США №5844086 и 6005076. В качестве альтернативы обезжиривания концентрированного и, при необходимости, подвергнутого диафильтрации раствора белка можно достигать при помощи любой другой удобной процедуры.
Концентрированный и подвергнутый диафильтрации водный раствор белка можно обрабатывать с помощью адсорбента, такого как порошкообразный активированный уголь или гранулированный активированный уголь, для удаления соединений, придающих цвет и/или запах. Такую обработку с использованием адсорбента можно проводить в любых подходящих условиях, как правило, при температуре среды, окружающей концентрированный водный раствор белка. В случае порошкообразного активированного угля используют количество от величины около 0,025% примерно до 5% масс./об., предпочтительно от величины около 0,05% примерно до 2% масс./об. Адсорбент можно удалять из раствора соевого белка любыми удобными способами, как, например, фильтрацией.
Концентрированный и, при необходимости, подвергнутый диафильтрации раствор соевого белка, полученный в результате осуществления при необходимости стадии обезжиривания и при необходимости стадии обработки с использованием адсорбента, можно подвергать обработке на стадии пастеризации для снижения микробной нагрузки. Такую пастеризацию можно выполнять в любых желаемых условиях пастеризации. В большинстве случаев концентрированный и, при необходимости, подвергнутый диафильтрации раствор белка нагревают до температуры от значения около 55° примерно до 70°C, предпочтительно от значения около 60° примерно до 65°C в течение периода примерно от 30 секунд до периода около 60 минут, предпочтительно от периода около 10 примерно до 15 минут. Затем пастеризованный концентрированный раствор белка можно охлаждать предпочтительно до температуры от значения около 25° примерно до 40°C для дальнейшей переработки, описанной ниже.
При желании ионную силу концентрированного и, при необходимости, подвергнутого диафильтрации раствора белка можно повышать добавлением соли для активирования образования мицеллярной массы белка после разбавления, в качестве альтернативы операции регулирования ионной силы, описанной выше.
В зависимости от температуры, используемой на стадии концентрирования и при необходимости стадии диафильтрации, а также от того, осуществляют стадию пастеризации или нет, концентрированный раствор белка можно нагревать до температуры, по меньшей мере, примерно от 20°C и до значения около 60°C, предпочтительно примерно от 25°C до значения около 40°C для снижения вязкости концентрированного раствора белка с целью облегчения выполнения последующей стадии разбавления и образования мицелл. Концентрированный раствор белка не следует нагревать сверх температуры, выше которой не происходит образования мицелл по разбавлении охлажденной водой.
Затем концентрированный раствор белка, полученный в результате выполнения стадии концентрирования, при необходимости стадии диафильтрации, при необходимости стадии регулирования ионной силы, при необходимости стадии обезжиривания, при необходимости стадии обработки с использованием адсорбента и при необходимости стадии пастеризации, разбавляют для осуществления мицеллообразования при смешивании концентрированного раствора белка с охлажденной водой, обладающей объемом, требуемым для достижения степени желаемого разбавления. В зависимости от доли соевого белка, которую желают получать по мицеллярному маршруту, и соотношения с надосадочной жидкостью, можно изменять степень разбавления концентрированного раствора белка. В целом, при более низких степенях разбавления более значительная доля соевого белка остается в водной фазе.
Если желательно получать наибольшую долю белка по мицеллярному маршруту, концентрированный раствор белка разбавляют до степени примерно от 5-кратной примерно до 25-кратной, предпочтительно до степени примерно от 10-кратной примерно до 20-кратной.
Охлажденная вода, с которой смешивают концентрированный раствор белка, имеет температуру ниже примерно 15°C, как правило, от значения около 1° примерно до 15°C, предпочтительно ниже примерно 10°C, поскольку повышенные выходы изолята белка в форме белковой мицеллярной массы достигаются при указанных пониженных температурах в случае используемых параметров разбавления.
При работе в периодическом режиме порцию концентрированного раствора белка добавляют к статической массе охлажденной воды желаемого объема, как обсуждалось выше. Разбавление концентрированного раствора белка и обусловленное этим уменьшение ионной силы вызывает образование облакоподобной массы прочно связанных молекул белка в виде дискретных капелек белка в мицеллярной форме. При выполнении периодической процедуры мицеллам белка дают отстаиваться в массе охлажденной воды для образования агрегированной, коалесцированной, плотной, аморфной, липкой, напоминающей клейковину белковой мицеллярной массы (РММ). Отстаиванию можно содействовать, например, при помощи центрифугирования. Такое стимулированное отстаивание обеспечивает снижение содержания жидкости в белковой мицеллярной массе, уменьшая, таким образом, влагосодержание, обычно от величины примерно от 70% масс. до значения около 95% масс., как правило, до величины примерно от 50% масс. до значения около 80% масс. в расчете на общую мицеллярную массу. Уменьшение влагосодержания мицеллярной массы указанным способом также приводит к снижению содержания окклюдированной соли в мицеллярной массе, а следовательно, содержания соли в высушенном белковом продукте.
В качестве альтернативы операцию разбавления можно выполнять непрерывно при постоянном пропускании концентрированного раствора белка в один из входных каналов Т-образной трубы при одновременной подаче разбавляющей воды в другой входной канал Т-образной трубы, обеспечивая возможность смешивания в трубе. Разбавляющую воду подают в Т-образную трубу со скоростью, достаточной для достижения желаемой степени разбавления концентрированного раствора белка.
Смешивание концентрированного раствора белка и разбавляющей воды в трубе инициирует образование мицелл белка, и смесь непрерывно подают из выпускного канала Т-образной трубы в отстойник, из которого, при заполнении, надосадочной жидкости дают переливаться. Смесь предпочтительно подают в массу жидкости, находящуюся в отстойнике, способом, который обусловливает сведение к минимуму турбулентности внутри массы жидкости.
При непрерывной процедуре мицеллам белка позволяют отстаиваться в отстойнике для образования агрегированной, коалесцированной, плотной, аморфной, липкой, напоминающей клейковину белковой мицеллярной массы (РММ), и процедуру продолжают до тех пор, пока желаемое количество РММ не накапливается на дне отстойника, после чего накопленную РММ удаляют из отстойника. В месте отстаивания под действием седиментации РММ можно непрерывно отделять центрифугированием.
В отличие от периодического способа при использовании непрерывного способа для выделения мицеллярной массы соевого белка изначальную стадию экстракции белка можно существенно сократить во времени для достижения той же степени экстракции белка и можно использовать значительно более высокие температуры на стадии экстракции. В дополнение к этому, при непрерывной операции существует меньшая вероятность загрязнения, чем в периодической процедуре, что приводит к достижению более высокого качества продукта, и способ можно осуществлять в более компактном оборудовании.
Отстоявшуюся мицеллярную массу отделяют от остаточной водной фазы или надосадочной жидкости, например, декантацией остаточной водной фазы с осевшей массы или центрифугированием. Массу РММ можно использовать во влажном виде или можно высушивать до сухого состояния любым удобным способом, таким как распылительная сушка или сушка вымораживанием. Сухая масса РММ имеет высокое содержание белка, свыше примерно 90% масс. белка, предпочтительно, по меньшей мере, около 100% масс. белка (вычислено в виде N×6,25) с.м. и по существу является не денатурированной. В качестве альтернативы уровень pH мокрой массы РММ можно доводить до уровня pH примерно от 2,0 до значения около 4,0, предпочтительно примерно от 2,9 до значения около 3,2. Регулирование уровня pH можно осуществлять любым удобным способом, как, например, добавлением соляной или фосфорной кислоты. Полученный подкисленный раствор соевого белка затем высушивают. Как дополнительный альтернативный вариант раствор соевого белка с установленным уровнем pH можно подвергать тепловой обработке для инактивирования термолабильных антипитательных компонентов, таких как ингибиторы трипсина, упомянутые выше. Такая стадия нагревания также обеспечивает получение дополнительного положительного результата снижения микробной нагрузки. В большинстве случаев раствор белка нагревают до температуры от значения около 70° примерно до 100°C, предпочтительно от значения около 85° примерно до 95°C в течение периода примерно от 10 секунд до периода около 60 минут, предпочтительно от периода около 30 секунд примерно до 5 минут. Затем подвергнутый тепловой обработке подкисленный раствор соевого белка можно охлаждать до температуры от значения около 2°C примерно до 60°C, предпочтительно от значения около 20° примерно до 35°C. Затем полученный в результате этого подкисленный, подвергнутый тепловой обработке раствор соевого белка высушивают.
В соответствии с изобретением, заявленным в заявке на патент США №12/693714, соль кальция или другого двухвалентного металла, предпочтительно хлорид кальция, добавляют к надосадочной жидкости, которую можно вначале концентрировать или частично концентрировать способом, описанным ниже, для обеспечения электропроводности от величины около 2 мСм примерно до 30 мСм, предпочтительно от 8 мСм примерно до 15 мСм. Хлорид кальция, добавляемый к надосадочной жидкости, может находиться в любой желаемой форме, такой как его концентрированный водный раствор.
Добавление хлорида кальция имеет воздействие на осаждение фитиновой кислоты из надосадочной жидкости в форме фитината кальция. Осажденный фитинат выделяют из надосадочной жидкости, как, например, центрифугированием и/или фильтрацией для переведения в состояние прозрачного раствора.
Затем уровень pH прозрачного раствора можно доводить до величины примерно от 1,5 до значения около 4,4, предпочтительно от значения около 2,0 примерно до 4,0. Регулирование уровня pH можно осуществлять любым удобным способом, как, например, добавлением соляной или фосфорной кислоты. При желании стадию подкисления можно исключать из различных возможных вариантов, описанных в настоящем документе (отличных от тепловой обработки, упоминаемой ниже), как только удален осажденный фитинатный материал.
Прозрачный подкисленный водный раствор соевого белка с установленным уровнем pH можно подвергать тепловой обработке для инактивирования термолабильных антипитательных компонентов, таких как ингибиторы трипсина, упомянутые выше. Такая стадия нагревания также обеспечивает получение дополнительного положительного результата снижения микробной нагрузки. Как правило, раствор белка нагревают до температуры примерно от 70° до значения около 160°C в течение периода примерно от 10 секунд до значения около 60 минут, предпочтительно до температуры примерно от 80° до значения около 120°C в течение периода примерно от 10 секунд до значения около 5 минут, более предпочтительно до температуры примерно от 85° до значения около 95°C в течение периода примерно от 30 секунд до значения около 5 минут. После этого подвергнутый тепловой обработке подкисленный раствор соевого белка можно охлаждать до температуры примерно от 2°C до значения около 60°C, предпочтительно, примерно от 20° до значения около 35°C для дальнейшей переработки, описанной ниже.
Прозрачный раствор, при необходимости, с установленным уровнем pH и при необходимости, подвергнутый тепловой обработке, если только он уже не является концентрированным, концентрируют с целью повышения в нем концентрации белка. Такое концентрированно осуществляют с применением любой подходящей селективной мембранной технологии, такой как ультрафильтрация или диафильтрация, в которой используют мембраны с соответствующими граничными значениями молекулярной массы, позволяющие частицам с низкой молекулярной массой, включая соль, углеводы, пигменты, ингибиторы трипсина и другие материалы с низкой молекулярной массой, экстрагированные из исходного белкового материала, проходить через мембрану при одновременном удерживании значительной доли соевого белка в растворе. Можно использовать мембраны для ультрафильтрации с граничными значениями молекулярной массы от величины около 3000 примерно до 1000000 дальтон, предпочтительно от величины около 5000 примерно до 100000 дальтон, сопряженные с разнообразными мембранными материалами и конфигурацией. Концентрирование раствора белка таким способом также уменьшает объем жидкости, подлежащей высушиванию для выделения белка. Раствор белка, как правило, концентрируют перед высушиванием до достижения концентрации белка от значения около 50 г/л примерно до 400 г/л, предпочтительно от значения около 100 примерно до 250 г/л. Такую операцию концентрирования можно проводить в периодическом или непрерывном режиме, как описано выше.
Если надосадочную жидкость частично концентрируют перед добавлением соли кальция и полностью концентрируют после удаления осадка, надосадочную жидкость первоначально концентрируют до достижения концентрации белка около 50 г/л или меньше и после удаления осадка затем концентрируют до достижения концентрации белка от значения около 50 примерно до 400 г/л, предпочтительно от значения около 100 примерно до 250 г/л.
До или после частичного или полного концентрирования раствор белка можно подвергать обработке на стадии диафильтрации предпочтительно с использованием воды или разбавленного солевого раствора. Раствор для диафильтрации может характеризоваться своим естественным уровнем pH, уровнем pH, равным соответствующему показателю раствора белка, подвергаемого диафильтрации, или любым значением pH в промежутке между ними. Такую диафильтрацию можно осуществлять с использованием примерно от 1 до величины около 40 объемов диафильтрационного раствора, предпочтительно примерно от 2 до величины около 25 объемов диафильтрационного раствора. В ходе операции диафильтрации дополнительные количества загрязнителей удаляются из водного раствора с пермеатом при прохождении через мембрану. Операцию диафильтрации можно осуществлять до тех пор, пока никакие значительные дополнительные количества загрязнителей или никакое видимое окрашивание не будут иметься в пермеате или пока раствор белка не будет очищен в достаточной степени. Такую диафильтрацию можно выполнять с использованием той же мембраны, что и на стадии концентрирования. Однако, при желании, диафильтрацию можно осуществлять с применением отдельной мембраны, такой как мембрана с граничными значениями молекулярной массы в диапазоне от значения около 3000 примерно до 1000000 дальтон, предпочтительно от значения около 5000 примерно до 100000 дальтон, сопряженная с различными мембранными материалами и конфигурацией.
Стадию концентрирования и стадию диафильтрации можно осуществлять в соответствии с настоящим документом таким образом, что соевый белковый продукт, впоследствии выделяемый посредством высушивания концентрированного и подвергнутого диафильтрации ретентата, содержит менее примерно 90% масс. белка (N×6,25) с.м., как, например, по меньшей мере, около 60% масс. белка (N×6,25) с.м. Частичным концентрированием и/или частичным диафильтрованием водного раствора соевого белка можно лишь отчасти удалять загрязнители. Затем указанный раствор белка можно высушивать для получения соевого белкового продукта пониженных степеней чистоты. Соевый белковый продукт по-прежнему пригоден для получения прозрачных растворов белка в кислой среде.
Антиоксидант может присутствовать в диафильтрационной среде, по меньшей мере, в продолжение части стадии диафильтрации. Антиоксидант может быть любым подходящим антиоксидантом, таким как сульфит натрия или аскорбиновая кислота. Количество антиоксиданта, используемого в диафильтрационной среде, зависит от применяемых материалов и может варьироваться от величины около 0,01 примерно до 1% масс., предпочтительно около 0,05% масс. Антиоксидант способствует замедлению окисления любых фенольных смол, присутствующих в концентрированном растворе изолята соевого белка.
Стадию концентрирования и стадию диафильтрации можно осуществлять при любой удобной температуре, как правило, от значения около 2° примерно до 60°C, предпочтительно от значения около 20° примерно до 35°C и в течение периода времени, достаточного для достижения желаемой степени концентрирования и диафильтрации. Температура и другие условия, используемые для достижения определенной степени, зависят от мембранного устройства, применяемого для осуществления мембранной обработки, желаемой концентрации белка в растворе и эффективности удаления загрязнителей в пермеат.
Как упомянуто выше, уровень активности ингибиторов трипсина в конечном соевом белковом продукте можно контролировать при помощи регулирования различных параметров процесса.
Как отмечено ранее, тепловую обработку подкисленного водного раствора соевого белка можно использовать для инактивирования термолабильных ингибиторов трипсина. Частично или полностью концентрированный подкисленный раствор соевого белка также можно подвергать тепловой обработке для инактивирования термолабильных ингибиторов трипсина.
В дополнение к этому стадии концентрирования и/или диафильтрации можно выполнять способом, благоприятным для удаления ингибиторов трипсина в пермеат наряду с другими загрязнителями. Удаление ингибиторов трипсина активируют при помощи применения мембраны с более крупным размером пор, как, например, имеющей граничные значения молекулярной массы от величины около 30000 примерно до 1000000 дальтон, посредством функционирования мембраны при повышенных температурах, как, например, от величины около 30°C примерно до 60°C, и использования более значительных объемов диафильтрационной среды, как, например, от величины около 10 примерно до 40 объемов.
Подкисление и мембранная обработка разбавленного раствора белка при более низком уровне pH, как, например, от значения около 1,5 примерно до 3, может снижать активность ингибиторов трипсина относительно их активности в случае обработки раствора при более высоком уровне pH, как, например, от значения около 3 примерно до 4,4. Если раствор белка концентрируют и подвергают диафильтрации на нижней границе диапазона pH, может быть желаемым повышение уровня pH ретентата перед высушиванием. Уровень pH концентрированного и подвергнутого диафильтрации раствора белка можно повышать до желаемой величины, например pH 3, добавлением любой подходящей пищевой щелочи, такой как гидроксид натрия.
Кроме того, снижения активности ингибиторов трипсина можно достигать при воздействии на соевые материалы восстановителей, которые разрывают или перестраивают дисульфидные связи ингибиторов. Подходящие восстановители включают в себя сульфит натрия, цистеин и N-ацетилцистеин.
Добавление таких восстановителей можно осуществлять на различных стадиях процесса в целом. Восстановитель можно добавлять с исходным материалом соевого белка на стадии экстракции, можно добавлять к осветленному водному раствору соевого белка после удаления остаточного исходного материала соевого белка, можно до разбавления добавлять к ретентату, полученному в результате диафильтрации, можно добавлять к надосадочной жидкости, можно до высушивания добавлять к концентрированной и подвергнутой диафильтрации надосадочной жидкости, модифицированной кальцием, или можно составлять сухую смесь с высушенным соевым белковым продуктом. Добавление восстановителя можно сочетать со стадией тепловой обработки и стадиями мембранной обработки, как описано выше.
Если желательно удерживать активные ингибиторы трипсина в концентрированном растворе белка, этого можно достигать исключением или уменьшением интенсивности стадии тепловой обработки; отказом от использования восстановителей; осуществлением стадий концентрирования и диафильтрации на верхней границе диапазона pH, как, например, от значения около 3 примерно до 4,4; применением для концентрирования и диафильтрации мембраны с меньшим размером пор; посредством функционирования мембраны при более низких температурах и использования меньших объемов диафильтрационной среды.
Концентрированный и подвергнутый диафильтрации водный раствор белка можно обрабатывать с помощью адсорбента, такого как порошкообразный активированный уголь или гранулированный активированный уголь, для удаления соединений, придающих цвет и/или запах. Такую обработку с использованием адсорбента можно проводить в любых подходящих условиях, как правило, при температуре среды, окружающей концентрированный раствор белка. В случае порошкообразного активированного угля используют количество от величины около 0,025% примерно до 5% масс./об., предпочтительно от величины около 0,05% примерно до 2% масс./об. Адсорбент можно удалять из раствора соевого белка любыми удобными способами, как, например, фильтрацией.
Уровень pH концентрированного и, при необходимости, подвергнутого диафильтрации, а также, при необходимости, обработанного с использованием адсорбента раствора белка можно доводить до величины примерно от 2,0 до значения около 4,0, если стадия регулирования уровня pH уже не была применена. Концентрированный и, при необходимости, подвергнутый диафильтрации, а также, при необходимости, обработанный с использованием адсорбента раствор белка с установленным уровнем pH также можно подвергать тепловой обработке для снижения уровня активности ингибиторов трипсина, как описано выше.
Концентрированный и, при необходимости, подвергнутый диафильтрации, а также, при необходимости, обработанный с использованием адсорбента раствор белка высушивают до сухого состояния любым удобным способом, таким как распылительная сушка или сушка вымораживанием. Высушенный соевый белковый продукт имеет содержание белка, по меньшей мере, около 60% масс. (N×6,25) с.м., предпочтительно свыше примерно 90% масс. (N×6,25) с.м., более предпочтительно, по меньшей мере, около 100% масс. Соевый белковый продукт характеризуется низким содержанием фитиновой кислоты, как правило, меньше примерно 1,5% масс.
В соответствии с настоящим изобретением можно использовать широкое разнообразие процедур для получения соевых белковых продуктов, предпочтительно изолятов, из продуктов, приготовленных в соответствии с заявками на патент США №12/704078, 12/703996 и 12/693714. В одной из таких процедур концентрированный раствор соевого белка, полученный, как описано выше, а также и в упомянутой ранее заявке на патент США №12/704078, можно подвергать тепловой обработке для осаждения белка. Весь подвергнутый тепловой обработке образец можно высушивать для образования соевого белкового продукта или, при необходимости, нерастворимые твердые вещества можно выделять и высушивать с образованием соевого белкового продукта. В качестве альтернативы подсушенный концентрированный раствор белка можно повторно суспендировать в воде, доводить его уровень pH примерно до 6, если продукт был подкислен перед высушиванием, а затем подвергать тепловой обработке вместе со всем образцом, после чего высушивать или впоследствии собирать и высушивать нерастворимые твердые вещества. В качестве дополнительной альтернативы первоначальный раствор соевого белка, появляющийся в результате осуществления стадий экстракции и отделения, можно подвергать тепловой обработке для осаждения белка, при этом весь образец впоследствии высушивают или выделяют и сушат осажденный белок.
В еще одной альтернативной процедуре высушенный осадок белка, полученный согласно заявке на патент США №12/703996, можно повторно суспендировать в воде, доводить уровень pH примерно до 6, если продукт был подкислен перед высушиванием, и применять тепловую обработку. Весь образец можно высушивать для формирования соевого белкового продукта или, при необходимости, нерастворимые твердые вещества можно выделять и высушивать с образованием соевого белкового продукта. Как альтернативный вариант, до стадии высушивания влажный осадок белка можно повторно суспендировать в воде и подвергать тепловой обработке, при этом весь образец высушивают или нерастворимые твердые вещества впоследствии выделяют и сушат.
В дополнительной альтернативной процедуре высушенный кислый соевый белковый продукт, полученный, как описано в упомянутой ранее заявке на патент США №12/693714, можно преобразовать в водный раствор, при этом уровень pH водного раствора повышают примерно до pH 6 для осаждения соевого белка и высушивают образец. В качестве альтернативы белок, осажденный при помощи регулирования уровня pH, можно выделять и высушивать. Раствор с уровнем pH 6 также можно нагревать до высушивания всего образца или выделения и высушивания осажденного белка. В качестве дополнительной альтернативы уровень pH концентрированного кислого раствора белка до высушивания можно повышать примерно до 6 для осаждения соевого белка, который можно выделять и сушить для формирования соевого белкового продукта или же образец можно высушивать с образованием продукта. Концентрированный раствор белка с установленным уровнем pH также можно подвергать тепловой обработке до высушивания или выделения и высушивания осажденного белка.
В еще одной альтернативной процедуре соевый белковый продукт можно получать посредством экстракционной обработки исходного материала соевого белка водным раствором хлорида натрия для обусловливания переведения в растворимую форму соевого белка из источника белка и образования водного раствора соевого белка; отделения водного раствора соевого белка от оставшегося источника соевого белка; доведения уровня pH раствора соевого белка примерно до 4,5 для обусловливания осаждения соевого белка; выделения осажденного соевого белка и высушивания его с образованием соевого белкового продукта. Как альтернативный вариант, тепловую обработку можно применять после стадии регулирования уровня pH и до выделения и сушки осажденного белка. В качестве дополнительной альтернативы уровень pH выделенного осадка белка до высушивания можно повышать примерно до 6 с использованием любой подходящей пищевой щелочи.
В любой из упомянутых ранее процедур, в которых осажденный белок накапливают и сушат, остаточную растворимую фракцию также можно перерабатывать с образованием соевого белкового продукта. Растворимую фракцию можно непосредственно высушивать или можно до высушивания дополнительно подвергать обработке посредством мембранного концентрирования, и/или диафильтрации, и/или тепловой обработки.
Тепловую обработку, осуществляемую в отношении растворов соевого белка и упомянутую выше, можно выполнять при нагревании раствора до температуры от значения около 70° примерно до 160°C в течение периода времени примерно от 2 секунд до значения около 60 минут, предпочтительно до температуры от значения около 80° примерно до 120°C в течение периода примерно от 15 секунд до значения около 15 минут, более предпочтительно до температуры от значения около 85° примерно до 95°C за период примерно от 1 до величины около 5 минут.
Примеры
В примерах, которые следуют ниже, все высушенные вымораживанием продукты перемалывали в порошок, содержание белка в порошках определяли методом сжигания с использованием анализатора LECO Nitrogen Determinator, а влагосодержание порошков измеряли методом высушивания в сушильном шкафу.
Водосвязывающую способность продуктов определяли по следующей методике. Порошок белка (1 г) взвешивали в центрифужных пробирках (50 мл) известной массы. К данному порошку при естественном уровне pH добавляли приблизительно 20 мл воды, очищенной способом обратного осмоса (RO). Содержимое пробирок перемешивали с использованием вихревой мешалки при умеренной скорости в течение 1 минуты. Образцы выдерживали в термостате при комнатной температуре в течение 4 минут, затем перемешивали при помощи вихревой мешалки в течение 30 секунд. За этим следовало выдерживание в термостате при комнатной температуре в течение 4,5 минут, затем еще 30 секунд перемешивания вихревой мешалкой. После этого образцы подвергали центрифугированию при 1000g в течение 15 минут при 20°C. После центрифугирования надосадочную жидкость осторожно сливали, обеспечивая, чтобы весь твердый материал оставался в пробирке. Затем центрифужную пробирку снова взвешивали и определяли массу насыщенного водой образца.
Водосвязывающую способность (WBC) вычисляли в виде:
WBC (мл/г) = (масса насыщенного водой образца - масса исходного образца)/(масса исходного образца × общее содержание твердых веществ в образце).
Органолептическую оценку образцов осуществляли следующим образом.
Неофициальную группу экспертов численностью от 4 до 6 членов попросили сравнить вслепую экспериментальный образец с образцом традиционного IEP продукта S013-K19-09A с уровнем pH 6, приготовленным, как описано ниже в примере 1, и указать, какой образец обладал бобовым вкусом в большей степени. Образцы для органолептической оценки приготовляли в виде дисперсий с концентрацией 2% масс./об. белка в очищенной питьевой воде, при этом уровень pH образцов приводили в соответствие добавлением раствора пищевого гидроксида натрия к образцу, первоначально имевшему более низкий уровень pH.
Пример 1
Данный пример отображает приготовление изолята соевого белка традиционным способом изоэлектрического осаждения.
30 кг белых соевых хлопьев добавляли к 300 л воды, очищенной способом RO, при температуре окружающей среды и доводили уровень pH до 8,5 добавлением 1 М раствора гидроксида натрия. Образец перемешивали в течение 30 минут для получения водного раствора белка. Уровень pH при экстракции контролировали и поддерживали равным 8,5 на протяжении 30 минут. Оставшиеся белые соевые хлопья удаляли и образовавшийся раствор белка осветляли при помощи центрифугирования и фильтрации для получения 278,7 л фильтрованного раствора белка с содержанием белка 2,93% масс. Уровень pH раствора белка доводили до 4,5 добавлением HCl, которая была разбавлена равным объемом воды, и образовывался осадок. Осадок отбирали посредством центрифугирования, затем промывали при помощи повторного суспендирования его в 2 объемах RO-воды. После этого промытый осадок отбирали при помощи центрифугирования. Было получено общее количество промытого осадка, равное 32,42 кг, с содержанием белка 18,15% масс. Это подразумевало выход белка в осветленном растворе экстракта, равный 72,0%. Аликвоту, равную 16,64 кг промытого осадка, объединяли с равной массой RO воды, а затем уровень pH образца доводили до 6 гидроксидом натрия. После этого образец с установленным уровнем pH высушивали при помощи распылительной сушки для получения изолята с содержанием белка 93,80% (N×6,25) с.м. Продукт был назван традиционным IEP продуктом S013-K19-09A с уровнем pH 6.
Пример 2
Данный пример иллюстрирует приготовление модифицированного соевого белкового продукта из материала S702.
2
20 кг обезжиренной, подвергнутой минимальной тепловой обработке соевой муки добавляли к 200 л 0,15 М раствора CaCl при температуре окружающей среды и перемешивали в течение 30 минут для получения водного раствора белка. Оставшуюся соевую муку удаляли и образовавшийся раствор белка осветляли при помощи центрифугирования и фильтрации для получения 169 л фильтрованного раствора белка с содержанием белка 1,68% масс.
2
Фильтрованный раствор экстракта белка уменьшали в объеме до 31 л посредством концентрирования при помощи PVDF мембраны с граничным значением молекулярной массы 5000 дальтон. Концентрированный раствор белка подвергали диафильтрации с использованием 62 л 0,075 М раствора CaCl. Полученный концентрированный раствор белка, подвергнутый диафильтрации, имел содержание белка 13,28% масс. и соответствовал выходу 95,2% масс. в расчете на исходный фильтрованный раствор белка. Затем подвергнутый диафильтрации концентрированный раствор белка высушивали для получения продукта, как найдено, с содержанием белка 91,45% (N×6,25) с.м. Продукт был назван S005-L11-08А S702.
Соевый белковый изолят S005-L11-08А S702 суспендировали в воде при содержании около 8% масс. белка. Половину образца сушили вымораживанием с целью исполнения им функции контрольного образца для испытания на водосвязывающую способность (WBC). Другую половину образца нагревали приблизительно до 118°C в течение 15 минут в автоклаве и затем сушили вымораживанием. Результаты, полученные при анализе продуктов, приготовленных из материала S702, показаны в таблице 1 ниже.
Таблица 1
Результаты анализа продуктов, приготовленных из материала S702
Образец
Полученная масса (г)
Влага (%)
Белок с.м. (%)
WBC (мл/г)
Контрольный
21,45
4,29
92,76
0,90
Подвергнутый тепловой обработке
8,00
5,01
106,68
3,68
Как можно видеть из результатов таблицы 1, добавление стадии тепловой обработки приводило к повышению водосвязывающей способности продукта.
Все члены группы экспертов по органолептическим свойствам (6 из 6), оценивавшие подвергнутый тепловой обработке материал S702, классифицировали данный образец как имеющий менее выраженный бобовый вкус, чем традиционный IEP контрольный образец, приготовленный, как описано в примере 1.
Пример 3
В данном примере поясняется приготовление соевого белкового продукта в результате экстракционной обработки соевой муки хлоридом кальция.
2
Образец фильтрата объемом 700 мл, полученного в результате экстракционной обработки обезжиренной, подвергнутой минимальной тепловой обработке соевой муки 0,15 М раствором CaCl нагревали до 85°C в течение 5 минут для образования осадка. Твердые вещества отбирали посредством центрифугирования при 5000g в течение 5 минут, а затем повторно суспендировали в 700 мл RO-воды для вымывания загрязнителей. После этого суспензию вновь подвергали центрифугированию при 5000g в течение 5 минут для отбирания осадка. Процедуру промывки выполняли еще раз, а затем отобранный осадок сушили вымораживанием.
Аналитические результаты, относящиеся к продукту, показаны в таблице 2.
Таблица 2
Результаты анализа продукта, образовавшегося при тепловой обработке CaCl<sub>2</sub>-экстракта
Образец
Полученная масса (г)
Влага (%)
Белок с.м. (%)
WBC (мл/г)
Подвергнутый тепловой обработке осадок из CaCl<sub>2</sub>-экстракта
5,56
4,44
80,57
3,25
Три из четырех членов группы экспертов по органолептическим свойствам ощутили, что осадок, образовавшийся при нагревании хлоркальциевого экстракта, имел менее выраженный бобовый вкус, чем IEP контрольный образец, приготовленный, как описано в примере 1.
Пример 4
Данный пример иллюстрирует получение модифицированного соевого белкового продукта из материала S7300.
2
40 кг белых соевых хлопьев добавляли к 400 л 0,15 М раствора CaCl при температуре окружающей среды и перемешивали в течение 30 минут для получения водного раствора белка. Оставшийся источник соевого белка удаляли и образовавшийся раствор белка осветляли при помощи центрифугирования и фильтрации для получения 330 л фильтрованного раствора белка с содержанием белка 2,38% масс.
2
330 л раствора экстракта белка уменьшали до объема 67 л при помощи PES мембраны с граничным значением молекулярной массы 100000 дальтон, получая концентрированный раствор белка с содержанием белка 9,74% масс. Затем концентрированный раствор белка подвергали диафильтрации с использованием 335 л 0,15 М раствора CaCl на той же самой мембране, использованной для первоначальной стадии концентрирования. После этого подвергнутый диафильтрации раствор белка дополнительно концентрировали до 23,2 кг на той же мембране, использованной для первоначальных стадий концентрирования и диафильтрации, получая концентрированный раствор белка с содержанием белка 23,7% масс.
Затем 22,7 кг концентрированного и подвергнутого диафильтрации раствора белка при 30°C разбавляли в отношении 1:15 водой, очищенной способом обратного осмоса (RO), имеющей температуру 13°C. Немедленно образовывался белый сгусток. Надосадочную жидкость удаляли центрифугированием и выделяли осажденный белок с выходом 53,6% масс. в расчете на фильтрованный раствор белка. Затем выделенные 10,7 кг осадка белка промывали примерно 2 объемами воды и воду декантировали. Оставляли небольшой образец промытого осадка (217,06 г) и хранили в течение ночи в холодильнике, тогда как остаток материала повторно переводили в растворимую форму примерно в 1,7 объема воды, при этом разбавленную HCl добавляли для доведения уровня pH образца до 3. Подкисленный и повторно переведенный в растворимую форму осадок подвергали распылительной сушке для образования продукта S013/15-K30-09A S7300, который имел содержание белка 100,73% (N×6,25) с.м.
На следующее утро холодный, промытый образец осадка объединяли с RO водой (217 г) и гомогенизировали смесь в кухонном процессоре Robot Coupe со стальной ножевой вставкой для уменьшения размера частиц белка. Образец подвергали обработке приблизительно в течение 2 минут, что приводило к уменьшению размера частиц белка, а также и к привнесению некоторого количества пены. Аликвоту подвергнутого обработке образца (62,98 г) сушили вымораживанием с целью исполнения им функции контрольного образца для испытания на водосвязывающую способность. Остаток образца нагревали до 90°C в течение 5 минут над кипящей водой, затем немедленно охлаждали до комнатной температуры в ледяной бане. Затем охлажденный образец сушили вымораживанием.
Результаты анализа продуктов, полученных из материала S7300, показаны в таблице 3.
Таблица 3
Результаты анализа продуктов, полученных из материала S7300
Образец
Полученная масса (г)
Влага (%)
Белок с.м. (%)
WBC (мл/г)
Контрольный
11,90
1,58
104,42
1,68
Подвергнутый тепловой обработке
65,52
1,38
105,96
3,14
Как можно видеть из результатов таблицы 3, оказывается, что тепловая обработка повышает водосвязывающую способность белка.
В органолептическом испытании большинство членов группы экспертов (5 из 6) ощутило, что подвергнутый тепловой обработке материал S7300 обладал менее выраженным бобовым вкусом, чем традиционный IEP контрольный образец, приготовленный, как описано в примере 1.
Пример 5
Данный пример отображает приготовление модифицированных соевых белковых продуктов из материала S200Ca.
10 кг обезжиренной, подвергнутой минимальной тепловой обработке соевой муки добавляли к 200 л 0,50 М раствора NaCl при температуре окружающей среды и перемешивали в течение 60 минут для получения водного раствора белка. Оставшуюся соевую муку удаляли и образовавшийся раствор белка осветляли при помощи центрифугирования и фильтрации для получения 165 л фильтрованного раствора белка с содержанием белка 1,34% масс.
Раствор экстракта белка уменьшали по массе до 12,06 кг посредством концентрирования при помощи PES мембраны с граничным значением молекулярной массы 100000 дальтон, получая концентрированный раствор белка с содержанием белка 17,51% масс.
Затем концентрированный раствор белка при 30°C разбавляли в отношении 1:5 холодной RO-водой с температурой 4°C. Немедленно образовывался белый сгусток. Надосадочную жидкость удаляли и осажденную, вязкую, липкую массу (РММ) выделяли центрифугированием с выходом 20,8% масс. в расчете на фильтрованный раствор белка. Было найдено, что белок, полученный из высушенной РММ, имеет содержание белка 99,66% (N×6,25) с.м. Продукту было присвоено обозначение S005-K19-08A S300.
2
К 65 л отделенной надосадочной жидкости добавляли 0,336 кг CaCl, который повышал электропроводность раствора с 6,31 мСм до 12,65 мСм. Образовывался осадок и удалялся центрифугированием, а затем уровень pH фугата доводили до 3 посредством разбавленной HCl. Подкисленный фугат концентрировали от объема 66 л до объема 5 л при помощи PES мембраны с граничным значением молекулярной массы 10000 дальтон. После этого концентрат подвергали диафильтрации на той же мембране с использованием 25 л воды, очищенной способом обратного осмоса, с уровнем pH, доведенным до pH 3 посредством разбавленной HCl. Вместе с дополнительным белком, выделенным из надосадочной жидкости, общая степень извлечения для фильтрованного раствора белка составила 37,1%. Ретентат, полученный в результате диафильтрации, сушили для получения продукта с содержанием белка 98,01% (N×6,25) с.м. Продукту было присвоено обозначение S005-K19-08A S200Ca.
В RO-воде (600 мл) приготовляли приблизительно 8%-ный раствор материала S005-K19-08A S200Ca. Уровень pH аликвоты раствора белка (50 мл) повышали от 3,24 до 6,00 посредством 25%-ного масс./масс. раствора NaOH (марки FCC) и затем подвергали сушке вымораживанием. Сухой продукт назвали S200Ca-a. Остальную часть раствора белка разделяли пополам. Уровень pH одной половины повышали до 6,00 посредством 25% масс./масс. раствора NaOH (марки FCC), затем подвергали центрифугированию при 10200g в течение 10 минут. Надосадочную жидкость сливали и сушили осадок вымораживанием с образованием продукта, названного S200Ca-b. Уровень pH другой половины образца повышали до 6,00 посредством 25% масс./масс. раствора гидроксида натрия марки FCC, затем нагревали до 90°C в течение 5 минут над кипящей водой. Образец немедленно охлаждали до комнатной температуры в ледяной воде, после чего подвергали центрифугированию при 10200g в течение 10 минут. Надосадочную жидкость сливали и высушивали осадок вымораживанием с образованием продукта, названного S200Ca-c.
Результаты анализа продуктов, полученных из материала S200Ca, приведены в таблице 4.
Таблица 4
Результаты анализа продуктов, полученных из материала S200Ca
Образец
Полученная масса (г)
Влага (%)
Белок с.м. (%)
WBC (мл/г)
S200Ca-a
3,53
6,74
95,94
1,92
S200Ca-b
8,91
5,96
99,66
3,30
S200Ca-c
13,37
7,35
99,73
5,20
Как можно видеть из результатов таблицы 4, и стадия фракционирования, и последующая стадия тепловой обработки приводили к повышению водосвязывающей способности изолята.
Группой экспертов по органолептическим испытаниям было обнаружено, что и продукт S200Ca-b, и продукт S200Ca-c обладают менее выраженным бобовым вкусом, чем IEP контрольный продукт, приготовленный, как описано в примере 1. Продукт S200Ca-b был идентифицирован как имеющий менее выраженный бобовый вкус, чем контрольный продукт, 4-мя из 5 членов группы экспертов, тогда как продукт S200Ca-c был идентифицирован как имеющий менее выраженный бобовый вкус, чем контрольный, 4-мя из 6 членов группы экспертов.
Пример 6
Данный пример иллюстрирует приготовление соевого белкового продукта из соевой муки, подвергнутой экстракционной обработке хлоридом натрия.
120 г обезжиренной, подвергнутой минимальной тепловой обработке соевой муки подвергали экстракционной обработке с использованием 1200 мл 0,15 М раствора NaCl в течение 30 минут при комнатной температуре. Экстракт отделяли от отработанной муки центрифугированием при 10000g в течение 10 минут. Уровень pH фугата доводили до 4,5 посредством разбавленной HCl, что стимулировало образование осадка. Затем образец подвергали центрифугированию при 10000g для сбора твердых веществ, которые сушили вымораживанием.
Аналитические результаты для данного образца показаны в таблице 5 ниже.
Таблица 5
Результаты анализа продукта, приготовленного из экстракта, полученного с использованием NaCl
Образец
Полученная масса (г)
Влага (%)
Белок с.м. (%)
WBC (мл/г)
Осадок из NaCl-экстракта
15,29
1,15
100,09
1,66
В органолептическом испытании большинство членов группы экспертов (3 из 5) ощутило, что продукт NaCl-осадок обладал менее выраженным бобовым вкусом, чем традиционный IEP контрольный образец, приготовленный, как описано в примере 1.
Затем проводили другое испытание, в котором 120 г белых соевых хлопьев подвергали экстракционной обработке с использованием 1200 мл 0,15 М раствора NaCl в течение 30 минут при комнатной температуре. Экстракт отделяли от отработанной муки центрифугированием при 6500g в течение 10 минут. Далее фугат осветляли при помощи фильтрования через комплект #3 фильтровальных подушек, предварительно смоченных 0,15 М раствором NaCl. Уровень pH фильтрата доводили до 4,5 посредством разбавленной HCl, что стимулировало образование осадка. Образец оставляли без изменений на 10 минут, а затем подвергали центрифугированию при 6500g в течение 10 минут для отбора твердых веществ. Твердые вещества повторно суспендировали в 1000 мл RO-воды, после чего образец снова подвергали центрифугированию при 6500g в течение 10 минут. Затем осадок промывали и собирали еще раз, как описано выше. Промытый осадок повторно суспендировали в 400 мл RO-воды и нагревали образец до 85°C в течение 5 минут, после чего быстро охлаждали до комнатной температуры в ледяной воде. Затем весь образец сушили вымораживанием.
Аналитические результаты для данного подвергнутого тепловой обработке образца приведены в таблице 6.
Таблица 6
Результаты анализа подвергнутого тепловой обработке продукта, полученного из экстракта, приготовленного с использованием NaCl
Образец
Полученная масса (г)
Влага (%)
Белок с.м. (%)
WBC (мл/г)
Подвергнутый тепловой обработке осадок из NaCl-экстракта
7,33
9,80
101,60
3,60
Как можно видеть из результатов таблицы 6, осадок, полученный в указанном втором испытании, которое включало в себя стадию тепловой обработки, обладал более высокой водосвязывающей способностью, чем осадок из предыдущего испытания.
Шесть из шести членов группы экспертов по органолептическим испытаниям идентифицировали подвергнутый тепловой обработке продукт, полученный из экстракта, приготовленного с использованием NaCl, как имеющий менее выраженный бобовый вкус, чем контрольный продукт, полученный изоэлектрическим осаждением, приготовленный, как описано в примере 1.
Пример 7
Данный пример заключает в себе оценку растворимости в воде соевых белковых изолятов, полученных способами примеров 1, 2, 4, 5 и 6. Растворимость белка оценивали с использованием модифицированного варианта методики, описанной в работе Morr et al., J. Food Sci. 50:1715-1718.
Количество порошка белка, достаточное для привнесения «а» белка, взвешивали в химическом стакане, а затем добавляли небольшое количество воды, очищенной способом обратного осмоса (RO), и перемешивали смесь до тех пор, пока не образовывалась масса без комков. После этого добавляли дополнительную воду для доведения объема приблизительно до «b» мл. Затем содержимое химического стакана медленно перемешивали в течение 60 минут с использованием магнитной мешалки. Уровень pH определяли незамедлительно после диспергирования белка и доводили до надлежащего уровня (2, 3, 4, 5, 6 или 7) разбавленными NaOH или HCl. Приготовили также образец при естественном уровне pH, «c». В случае образцов с устанавливаемым уровнем pH его измеряли и периодически корректировали в продолжение 60 минут перемешивания. После 60 минут перемешивания образцы восполняли до «d» мл общего объема RO-водой, получая дисперсию с концентрацией белка 1% масс./об. Содержание белка в дисперсиях определяли методом сжигания с использованием прибора LECO. Затем аликвоты дисперсий подвергали центрифугированию при 7800g в течение 10 минут, что приводило к осаждению нерастворимого материала и получению прозрачной надосадочной жидкости. Содержание белка в надосадочной жидкости определяли при помощи анализатора LECO и затем вычисляли растворимость белка продукта следующим образом:
Растворимость (%) = (процент белка в надосадочной жидкости/процент белка в исходной дисперсии) × 100.
Параметры от «a» до «d» приведены в нижеследующей таблице 7.
Таблица 7
Параметры от «a» до «d» для испытания растворимости в воде при содержании белка 1% масс./об.
Продукт
«a»
«b»
«c»
«d»
Пример 1, S013-K19-09A традиционный IEP, pH 6
0,5
45
5,48
50
Пример 2, подвергнутый тепловой обработке
0,4
35
6,42
40
S005-L11-08A S702
Пример 4, подвергнутый тепловой обработке
0,5
45
6,36
50
S013/15-K30-09A S7300
Пример 5, S005-K19-08A S200Ca-b
0,5
45
6,11
50
Пример 5, S005-K19-08A S200Ca-c
0,5
45
6,61
50
Пример 6, осадок из NaCl-экстракта
0,5
45
3,97
50
Пример 6, подвергнутый тепловой обработке
0,3
25
3,82
30
Осадок из NaCl-экстракта
Результаты определения растворимости изложены в следующей таблице 8.
Таблица 8
Растворимость продуктов при различных значениях pH
Растворимость (%)
Продукт
pH 2
pH 3
pH 4
pH 5
pH 6
pH 7
Естест. pH
Пример 1, S013-K19-09A традиционный IEP, pH 6
72,7
64,7
13,3
9,2
30,5
55,7
24,8
Пример 2, подвергнутый тепловой обработке S005-L11-08А S702
11,0
7,7
4,7
4,2
6,3
9,3
8,5
Пример 4, подвергнутый тепловой обработке S013/15-K30-09A S7300
51,0
28,7
4,8
3,1
6,4
15,5
8,1
Пример 5, S005-K19-08A S200Ca-b
100
99,0
35,0
16,5
19,0
30,9
17,0
Пример 5, S005-K19-08A S200Ca-c
20,6
19,8
14,6
11,3
19,8
21,7
14,5
Пример 6, осадок из NaCl- экстракта
88,3
83,7
2,3
1,0
16,8
70,3
6,9
Пример 6, подвергнутый тепловой обработке осадок из NaCl- экстракта
6,7
0,0
0,0
0,0
1,9
8,7
0,0
Сущность раскрытия
Сущность раскрытия настоящего изобретения относится к широкому разнообразию процедур для получения соевых белковых продуктов, которые могут заменять традиционные соевые белковые изоляты в множестве пищевых вариантов применения. В пределах объема изобретения возможны видоизменения.